PVD-Beschichtungen: Überblick und Anwendungen für die Messerindustrie

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1 PVD-Beschichtungen: Überblick und Anwendungen für die Messerindustrie von Mark Büttner Die P.O.S. GmbH bietet das ganze Spektrum rund um die Oberflächenoptimierung für Werkzeuge und Präzisionsbauteile! - Gründung Juni Standort Remscheid - 21 Mitarbeiter - Zertifiziert nach ISO 9001:2008 1

2 Unser Dienstleistungsspektrum: - PVD Beschichtungen ab 180 C - Chemisch vernickeln - Gleitbeschichtungen - CVD Beschichtungen - Plasmanitrieren - Schichtsysteme - Polituren PVD Physical Vapour Deposition physikalisches Abscheiden von Atomen oder Molekülen aus der Gas- oder Dampfphase reaktive Prozessführung durch Reaktivgaszufuhr Beispiel: - Titan (Ti) verdampft und reagiert mit zugeführtem Stickstoff (N) zu Titannitrid (TiN) 2

3 PVD Beschichtungen für Werkzeuge Kunststoffspritzguss Zerspanung Umformung Anhaftungen minimieren Standzeitverlängerung weniger Kaltverschweißungen PVD Beschichtungen für Präzisionsbauteile Maschinenbau Haushaltsware Medizintechnik Verschleißschutz dekorative Oberfläche biokompatibel DiN EN

4 Verdampfungsarten bei PVD Verfahren - Magnetron-Sputter-Ion-Plating (MSIP) Atomare Stossprozesse Ionisierungsgrad: 1-5 % H.I.S. -Verfahren (High Ionisation Sputtering) von CemeCon ermöglicht Ionisierungsgrad von 30 % - Arc-Ion-Plating (AIP) Vedampfung mit Lichtbogen Ionisierungsgrad: 90 % Prinzipielle Darstellung der Arc-Verdampfung Rezipientenwand 2 Isolator 3 Magnetsystem 4 gekühlte Kupferkathode 5 Target 6 Zündfinger 7 Lichtbogen 8 ionisierter Metalldampf 9 Reaktivgaseinlass 10 Schicht 11 Substrat 12 Substrathalter 4

5 Innenansicht einer Beschichtungskammer Eigenschaften der PVD Beschichtungen Beschichtungstemperatur [ C] Schichtdicke [µm] Standard 2-4 Dünnschicht 1-2 Dickschicht 3-5 Schichtaufbau Mono- u. Multilayer 5

6 Eigenschaften der PVD Beschichtungen Mikrohärte [HV 0,05] Max. Anwendungstemp. [ C] Reibwert gegen Stahl 0,35-0,55 Schichtdicke [µm] Beschichtungstemperatur [ C] Schichtstruktur mikrokrist./lamellar Schichtaufbau Mono- u. Multilayer Standardprogramm der PVD Beschichtungen TiN TiCN CrN TiAlN ZrN CrAlN Mikrohärte [HV 0,05] maximale Anwendungstemperatur [ C] Reibwert gegen Stahl 0,5 0,4 0,35 0,5 0,5 0,55 Schichtdicke Beschichtungstemperatur [ C] Schichtaufbau Monolayer mehrlagiggradiert Monolayer Monolayer Monolayer Monolayer Schichtfarbe gold blau-grau silbergrau anthrazit hellgold anthrazit 6

7 Härtevergleich einiger Werkstoffe und Beschichtungen TiAlN TiCN TiN CrN Hartmetall Hartchrom Diamant ASP Ck Härte[HV] Abmessungen der Bauteile Multiarc Anlage: Länge max. 750 mm Durchmesser 710 mm Platit Anlage: Länge max. 750 mm Durchmesser max. 650 mm Ionbond Anlage: Länge max mm Durchmesser max. 700 mm GPA Anlage: Länge max mm Durchmesser max. 650 mm maximales Gewicht 600 kg 7

8 Die P.O.S. GmbH betreibt hochmoderne PVD-Beschichtungsanlagen Voraussetzungen für erfolgreiche PVD-Beschichtungen: Werkstoffwahl und Wärmebehandlung - Härte des Grundwerkstoffs ( Stützfunktion ) - Anlasstemperatur oberhalb der Beschichtungstemperatur - Nitrierte Oberflächen ( Badnitrieren u. Gasnitrieren nicht geeignet, plasmanitrierte Oberflächen gut geeignet wenn metallisch blank ) 8

9 Voraussetzungen für erfolgreiche PVD-Beschichtungen: Mechanische Bearbeitung der Oberflächen - Schleifen in Arbeitsrichtung (keine Schleifhaut, Schleifrisse, gratfrei) - Funkenerosives Senken (schlichterodiert( schlichterodiert,, Mikrostrahlen zumeist notwendig) - Polierte Oberflächen: Oberfläche nur plastisch deformiert anstatt Rauhheitspitzen abgetragen Verunreinigungen in der Oberfläche => Ausgasungen beim Beschichten - Schweißen (riß-riß-,, poren- und schlackefrei) Schweißstellen immer erhöhte Funktionsunsicherheit Konstruktive Hinweise zur Gestaltung zu beschichtender Oberflächen dünne Bauteile neigen bei einseitiger PVD-Beschichtung zu Verformung rotationssymmetrische Teile müssen bei PVD-Beschichtung rotieren, damit allseitig gleichmäßige Schichtdickenverteilung gewährleistet ist D L Bohrungen Bei PVD Beschichtungen ist Schichtausbildung in Löchern/Bohrungen abhängig vom Verhältnis L/D 9

10 Anlieferungszustand - Metallisch blanke Oberfläche - Werkzeuge komplett demontiert - Keine silikonhaltigen bzw. synthetischen Mittel verwenden Informationen zur Anlieferung - Härte und Angabe des Grundmaterials - ggf. Zeichnung beilegen Verschleißminderung durch PVD- Beschichtungen Abrasion: Adhäsion: Erhöhung der Oberflächenhärte Beispiel: TiN oder TiAlN Trennen der Reibpartner durch eine Schicht mit geringer Adhäsionsneigung Beispiel: CrN-T 10

11 Verschleißminderung durch PVD- Beschichtungen Tribochemische Reaktion: Verminderung der Reaktionsfähigkeit ausbilden gleitfähiger Reaktionsschichten Beispiel: Bildung von Aluminiumoxyd auf TiAlN Vielen Dank für Ihr Interesse Plasma-Oberflächen-Service GmbH Berghausen Remscheid fon (02191) (02191) fax (02191)

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