KANNE PREMIUMWERKZEUGE IHR PARTNER FÜR CEMECON- BESCHICHTUNGEN

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1 KANNE PREMIUMWERKZEUGE IHR PARTNER FÜR CEMECON- BESCHICHTUNGEN

2 ANFORDERUNGEN AN DIE BESCHICHTUNGSTECHNOLOGIE Anforderungen an die Fertigungstechnik: Neue Materialien (schwer zu zerspanen) Hocheffiziente Fertigungsprozesse (Flexibilität, Produktivität, Zuverlässigkeit) Bedingungen: Neue Produktionstechniken: Trocken-Zerspanung Hart-Zerspanung Hochgeschwindigkeits-Zerspanung Hochleistungs-Zerspanung Daraus folgt: Hohe mechanische Lasten Hohe dynamische Kräfte Hohe Temperaturbelastungen/-schocks Quelle: CemeCon AG 01

3 ANFORDERUNGEN AN DIE BESCHICHTUNGSTECHNOLOGIE Schlüsselfaktoren für Hochleistungsbeschichtungen: Schichthaftung Verschleißbeständigkeit (Haftung) Zähigkeit Temperaturbeständigkeit Oxidationsbeständigkeit Definierte Wärmeleitfähigkeit Niedrige Reibwerte Keine Anhaftung vom Werkstückstoff Glatte Oberflächen (keine Makroartikel) 02

4 BESCHICHTUNGSVERFAHREN Chemical Vapour Deposition (CVD) Das Hartmetall kann durch die hohen Prozesstemperaturen und die aggressiven Medien geschädigt werden. Plasma assisted Chemical Vapour Deposition (CVD) Der Marktanteil der PVD-Beschichtungen steigt kontinuierlich. Sputter-Prozess HiPIMS-Prozess Physical Vapour Deposition (PVD) Arc-Prozess E-Beam-Prozess 03

5 BESCHICHTUNGSVERFAHREN Lichtbogen (Arc)-verdampfen Lichtbogen = Verdampfen der Target- Oberfläche durch Lichtbogen Lichtbogen Ti + Ti + Makropartikel (Ti)-Ionen Metall-Platte aus z.b. Titan (Target) gasförmige Titan-Ionen und Makropartikel Werkzeug 04

6 BESCHICHTUNGSVERFAHREN Atomares Zerstäuben (Sputtern) Ar + Sputtern = Schnelle Ar-Ionen schlagen Titan-Atome aus dem Target Ar + Ar + Ti + Ti + Ar + Ar + Argon-Ionen im Plasma der PVD-Anlage Metall-Platte aus z.b. Titan (Target) gasförmige Titan- Atome und -Ionen Werkzeug 05

7 BESCHICHTUNGSVERFAHREN Vergleich der Oberflächen Arc-Verfahren: Hohe Spannungen Droplets auf der Oberfläche Weniger flexibel (Schichtwerkstoffe) Robustes Verfahren Sputter-Technologie: Geringe Spannungen Glatt, keine Partikel auf der Oberfläche sehr flexibel (Schichtwerkstoffe) Komplexeres Verfahren 06

8 BESCHICHTUNGSVERFAHREN Vergleich der Eigenspannungen Arc-PVD (Competitor) Magnetron Sputtering-PVD (CC 800/9 ) 07

9 HiPIMS - Die Zukunft der Beschichtungstechnologie HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) ist die Weiterentwicklung der Sputter-Technologie und vereint die Vorteile aller gängigen, am Markt erhältlichen Beschichtungstechnologien und verfahren - für dichtere Schichten, verbesserte Härte/Zähigkeit und höhere Schnittdaten bei hoher Wirtschaftlichkeit.

10 HiPIMS-BESCHICHTUNGSTECHNOLOGIE Verfahrensprinzip Statt eine konstante Leistung wie beim DC-Sputtern zu nutzen, wird beim HiPIMS-Verfahren die Energie gespeichert und in kurzen extrem hohen Leistungspeaks freigegeben. Dies führt zu einer sehr hohen Ionisation der gesputterten Metallatome. Kathodenleistung 1 MW 10 KW ~ 10 ms ~ 100 µs HiPIMS-Peak DC-Sputtern Zeit 08

11 HiPIMS-BESCHICHTUNGSTECHNOLOGIE Schichtdichte, -verteilung und Haftung Sehr dichte Schichten: Die Leistungspeaks des HiPIMS-Verfahrens bilden ein hochenergetisches Plasma, das die abgeschiedenen Materialien in bislang unerreichtem Maße ionisiert. Der hohe Fluss hochionisierter Partikel bildet sehr dichte und nahezu amorphe Schichtstrukturen. Beste Haftung: Die beim HiPIMS erreichte hohe Metallionisation sorgt für eine ausgezeichnete Haftung von bis zu 130N im Scratchtest und Beschichtungen, die gleichzeitig zäh sind. 09

12 HiPIMS-BESCHICHTUNGSTECHNOLOGIE Schichtdichte, -verteilung und Haftung Gleichmäßige Schichtdickenverteilung: Eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung rund um dreidimensionale Objekte wie z. B. der Schneide eines Zerspanwerkzeugs ermöglicht optimalen Verschleißschutz. Ergebnis: Konturtreue, dichte Nanostruktur Gleichmäßig und gut haftende Schicht auf der Schneidkante 10

13 HiPIMS-BESCHICHTUNGSTECHNOLOGIE Beispiel FerroCon : Keine Droplets CemeCon FerroCon-HiPIMS CemeCon TinaloxSN²-DC Oberflächen Topographie HiPIMS/DC/Arc CemeCon Wettbewerb HiPIMS Wettbewerb Arc Inserts für Ausdrehen Wettbewerb 11

14 HiPIMS-BESCHICHTUNGSTECHNOLOGIE Vergleich der PVD-Beschichtungsverfahren SPUTTER-VERFAHREN Flexibilität Schichtdicke Glätte HiPIMS-VERFAHREN Flexibilität Haftung Schichtdicke Härte/Zähigkeit Glätte Schichtrate Schichtverteilung ARC-VERFAHREN Haftung Härte/Zähigkeit Schichtrate HiPIMS vereint die Vorteile aller PVD-Beschichtungsverfahren. HiPIMS - die Steigerung von Premium. 12

15 ANWENDUNGSBEISPIELE Edelstahl-Fräsen mit Inoxacon Wear [µm] µm TiAlSiN-Vergleich Inoxacon 40 TiAlSiN Vergleich 44 µm Inoxacon Vc = 179 m/min ae = 1 mm ap = 5 mm Endmill: Ø 10 mm cutting length: 145 m CrNi (1.4571, V4A), dry 13

16 ANWENDUNGSBEISPIELE Edelstahl-Fräsen mit Inoxacon InoCon Ergebnis: Geringerer und gleichmäßigerer Verschleiß Verschleiß [µm] AlTiN Wettbewerb wear max. wear Inoxacon AlTiN-Wettbewerb Inoxacon Material: Werkzeug: Ø 8 mm, Eckradius-Fräser Einsatzdaten: n = /min Vc = 80 m/min Vf = 446 mm/min fz = 0,035 ap = 5 mm ae = 3 mm t = 34 min, nass 14

17 ANWENDUNGSBEISPIELE Fräsen von X38CrMoV5-1 Die Standzeit wurde um 65 % erhöht. Ausgangslage Material: X38CrMoV5-1, , 50 HRC Werkzeug: Kugelkopffräser, Ø 10 mm Bearbeitung: Fräsen Parameter: v c = 190 m/min f z = 0,05 mm a p = 0,5 mm Kühlung: ohne Standzeit in min TINALOX SN² FerroCon CemeCon Beschichtungslösung TINALOX SN², 3 µm: 380 min FerroCon, 3 µm: 629 min 15

18 ANWENDUNGSBEISPIELE Fräsen von Inconel 718 Der Verschleiß wurde um 50 % verringert. Ausgangslage Material: Inconel 718 Werkzeug: VHM-Fräser 12 mm, Z = 4 Bearbeitung: Fräsen Parameter: v c = 40 m/min f z = 0,1 mm a p = 4 mm a e = 2 mm Fräsweg: 3,5 m VB in mm 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Hyperlox Inoxacon CemeCon Beschichtungslösung HYPERLOX, 3 µm: VB 0,1 Inoxacon, 3 µm: VB 0,

19 ANWENDUNGSBEISPIELE Bearbeitung von 42CrMo4 mit HiPIMS 42CrMo4 geglüht Arc Mitbewerber HiPIMS CemeCon HiPIMS Wear [µm] Altinos HiPIMS Mitbewerber Alnova Arc 4HP_4kHz (1xVB05+NB) 4HP_1kHz (1xVB05+NB) n = /min Vc = 80 m/min CemeCon HiPIMS (3+1)HP_4kHz (1xVB05+NB) Verschiede Parameter und (3+1)HP_1kHz 0 2 Vorbehandlung/Finish (1xVB05+NB) (2+2)HP_4kHz (1xVB05+NB) (2+2)HP_1kHz (2xVB05+NB) # Teile fz = 0,035 ap = 5 mm ae = 3 mm t = 34 min, nass 17

20 ÜBERSICHT DER SCHICHTARTEN Charakterisierung der Schichtwerkstoffe n = /min Vc = 80 m/min fz = 0,035 ap = 5 mm ae = 3 mm t = 34 min, nass 18

21 ZUSAMMENFASSUNG Zur Technologie Die CemeCon-Beschichtungstechnologien, insbesondere die HiPIMS-Technologie, sind die Antwort auf die Anforderungen des Umfeldes und erzeugen optimale Schichten Neue Möglichkeiten beim Schichtdesign und Beeinflussung der Schichtmorphologie Verbesserte Schichteigenschaften: bessere Schichthaftung bessere Oxidationsbeständigkeit erhöhte Schichthärte/niedrigere Eigenspannung dichtere Schichtstruktur Performancesprünge in der Zerspanung Höhere Verschleißfestigkeit und Standzeiten 19

22 ZUSAMMENFASSUNG Unser Ziel: Die Vorteile von Kanne + CemeCon verbinden und für den Kunden den besten Beschichtungsservice bieten. Vorteile von Kanne + CemeCon : Entwicklung von Premiumbeschichtungen durch die CemeCon AG Investitionen in neueste Beschichtungstechnologie (HiPIMS) und Peripherie durch Kanne Premiumwerkzeuge Kurze Lieferzeiten durch genügend Kapazitäten Reduzierung der Umlaufmengen und Erhöhung der Standzeiten 20