PVD-Beschichtungen
Eigenschaften der PVD-Beschichtungen
PVD-Beschichtungen sind im Markt der beschichteten Hochleistungswerkzeuge enorm stark vertreten. Dies ist zum einen auf die ausgereifte Verfahrenstechnik zurück zuführen, zum anderen auf die vielseitigen Anwendungsbereiche moderner PVD-Beschichtungen.
Die PVD-Beschichtungen werden in der Regel mit Schichtdicken von 2-4µm abgeschieden. Je nach Anwendungsfall kann die Schichtdicke deutlich höher sein oder auch nur 1µm stark aufgetragen werden. Obwohl die PVD-Beschichtungen mit 2200- 3300 HV 0,05 sehr hart sind, verhalten sie sich aufgrund ihr feinkörnigen Struktur und ihrer Druckeigenspannungen zäh-elastisch. Die Schichthaftung ist ausgezeichnet. Weder schlagende Beanspruchungen noch Druckbelastungen an den Kanten führen zu Schichtzerstörungen.
Die PVD-Beschichtungen bilden die Oberflächen konturgetreu ab. Ausnahmen treten bei komplexen Geometrien mit tiefen Bohrungen oder Schlitzen auf. Hier ist die Beschichtungstiefe verfahrensbedingt begrenzt. Als Faustformel bei Bohrungen kann man ein Bohrungs-Tiefenverhältnis von 1:1,5 nehmen. Bei Schlitzen und Nuten können die PVD-Beschichtungen etwas tiefer eindringen, hier kann man als Verhältnis 1:3 ansetzen.
Ein weiterer Vorteil der PVD-Beschichtungen sind die geringen Reibwerte und damit sehr guten Gleiteigenschaften.
Hinsichtlich ihres Aufbaus kann man die PVD-Beschichtungen unterteilen in titanbasierte und titanfreie Beschichtungen. Beide Beschichtungsvarianten können zusätzlich als Mono- oder Multilayer aufgebaut sein.
Titanbasierte PVD-Beschichtungen sind:
Titannitrid (TiN): Titannitrid wird als Allroundschicht im Verschleißschutz eingesetzt. Sie hat eine Härte von 2500 HV 0,05 und eine Oxidationsbeständigkeit von 550°C.
Titancarbonitrid (TiCN): Durch Zugabe eines kohlenstoffhaltigen Gases besteht die Schicht aus Karbonitriden. Dies bewirkt eine Härtezunahme auf 3.000 HV 0,05 und einen niedrigeren Reibungskoeffizienten im Vergleich zu TiN. Die Oxydationstemperatur liegt bei 400°C.
Titanaluminiumnitrid (TiAlN): Durch Zugabe von Aluminium in die Schicht wird zum einen die Härte auf 3.300HV 0,05 erhöht und zum anderen die Oxidationstemperatur auf 800° C gesteigert.
Titanfreie PVD-Beschichtungen sind:
Chromnitrid (CrN): Die CrN Schichten zeichnen sich durch sehr gute korrosionshemmende Eigenschaften und spannungsarmen Schichtaufbau aus. Die Härte liegt bei 2300 HV 0,05 und einer Oxydationsbeständigkeit von 800°C.
Chromaluminiumnitrid (CrAlN): Die Kombination von Chrom und Aluminium in der Schichtzusammensetzung führt zu einer hervorragenden chemischen Stabilität. Die Oxydationstemperatur wird noch weiter nach oben verschoben (900°C) Gleichzeitig bleibt die Härte von ca. 3.200 HV 0,05 auch bei hohen Einsatztemperaturen erhalten.
Zirkonnitrid (ZrN): Zirkonnitrid bietet auch verbesserte korrosionshemmende Eigenschaften im Vergleich zu Titannitrid. Die Härte und Oxidationstemperatur sind vergleichbar mit Titannitrid.
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