TiAlN (Herstellung)

Herstellung und Eigenschaften der TiAlN Beschichtung

Die TiAlN Beschichtungen werden ausschließlich im PVD Verfahren abgeschieden.

Unter dem Begriff (PVD – P = Physical V = Vapour D = Deposition) versteht man eine physikalische Gasphasenabscheidung. Bei diesem Verfahren wird das abzuscheidende Material mittels eines physikalischen Prozesses über die Gasphase aufgedampft.

Allen PVD Verfahren gemeinsam ist ein sehr gutes Vakuum bzw. niedrige Arbeitsgasathmosphäre, damit die Teilchen von der Quelle zum Werkzeug nur wenige Zusammenstöße mit Fremdatomen haben. Das spezielle PVD ARC - Verfahren der Firma P.O.S. ermöglicht zusätzlich bei niedriger Prozesstemperatur von unter 200°C die TiAlN Beschichtung aufzubringen.

Die PVD Beschichtungen werden durch unterschiedliche Quellentechnologien abgeschieden. Die TiAlN Beschichtung wird vorrangig im ARC Verfahren aufgebracht, aber auch das Sputterverfahren wird für die Abscheidung der TiAlN Beschichtungen eingesetzt.

Beim ARC - Vedampfen wird ein Lichtbogen an der Oberfläche des Schichtmaterials (Target) gezündet. Der Lichtbogen hat nur eine sehr geringe Ausdehnung, den sogenannten Brennfleck. Er verweilt nur wenige Millisekunden an einem Ort, bevor er am Rand des Brennfleckes einen neuen Brennfleck bildet. Aufgrund der geringen Ausdehnung besitzt er eine hohe Energiedichte, die das Material direkt in die Gasphase überführt. Es entsteht ein stark ionisierter Teilchenstrom, der mit den Arbeitsgasen reagiert und sich auf der Werkzeugoberfläche als Schicht niederschlägt.

Beim Sputterverfahren werden die Metallatome mit Hilfe eines Inertgases aus dem Target herausgelöst. Die Argonatome treffen mit hoher Energie auf das Target und zerstäuben beim Aufprall das Targetmaterial.

Die TiAlN Schichten haben eine Mikrohärte von 3300 HV und eine hohe Warmfestigkeit. Die Schicht beginnt erst bei ca. 800°C unter Sauerstoffatmosphäre zu oxidieren. Die Schichtstärke liegt normalerweise zwischen 2 und 4 Mikrometer. Auf Grund ihrer reaktionsträgen Oberfläche verringert die TIALN deutlich den Adhäsionsverschleiß.

Die hohen Eigenspannungen der TiAlN Beschichtung können je nach Anwendungsfall nachteilig sein. Hier kann durch mehrere dünne TiAlN - Einzelschichten, die sich abwechseln mit "weichen" TiN - Zwischenschichten eine Mehrlagenbeschichtung (Multilayerbeschichtung) aufgebaut werden.

Die Anwendungsfelder der TiAlN Beschichtung liegen im Bereich der Zerspanung, Umformung und Kunststoffspritzguss.

Die fast schwarze Schichtfarbe macht die TiAlN Beschichtung auch für dekorative Anwendungen interessant. Sie kann auch im Medizinbereich eingesetzt werden, da sie keine zytotoxische Eigenschaften aufweist und die ISO 10993-5 erfüllt.

Weitere Informationen erhalten Sie auch auf unserer Homepage Werkzeugbeschichtungen in der Metallverarbeitung.