Fraunhofer IWS präsentiert Beschichtung mit Härte von Diamant

Materialforschung

Fraunhofer IWS präsentiert neue Beschichtungsansätze

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Die beiden neuen Beschichtungen des Fraunhofer IWS sollen Werkzeuge deutlich widerstandsfähiger machen (Symbolbild). Foto: RAW/Fotolia
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Zwei neue Ansätze zur Beschichtung von Werkzeugen hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) kürzlich auf der EMO 2017 vorgestellt. Neben der diamantähnlichen Kohlenstoffbeschichtung „Diamor“ sorgte ein neuer Ansatz zur Herstellung harter Verschleißschutzschichten mit einer Dicke von mehr als 100 Mikrometern für Aufmerksamkeit.

Auch 2017 nahm das Fraunhofer IWS an der Leitmesse für Metallbearbeitung in Hannover teil – an ihrem Stand informierten Wissenschaftler des Instituts über zwei Möglichkeiten der Veredelung von Werkzeugoberflächen.

„Diamor“: Ein Polymer, hart wie Diamant

Da wäre zum einen die Beschichtung mit diamantähnlichem Kohlenstoff (ta-C) „Diamor“: Aufgrund ihrer reibmindernden Wirkung eignet sie sich sowohl für eine Vielzahl geschmierter als auch nicht geschmierter Anwendungen. Die besondere Haftfestigkeit der bis zu 15 Mikrometer dicken Schichten erlaubt die Beschichtung einer Vielzahl von Komponenten und Werkzeugen. Das Fraunhofer IWS setzt für den Beschichtungsprozess die speziell entwickelte Laser-Arc-Technik ein und nutzt einen Plasmafilter, um glatte und homogene Schichten zu erzeugen.

„Diamor“-Schichten erreichen Härten von bis zu 80 Gigapascal (das entspricht etwa 80 % der Härte von Diamant als härtestem bekanntem Material). Im Ergebnis steigt der Widerstand gegen Verschleiß (zum Beispiel bei Zerspanungswerkzeugen), gleichzeitig sinkt die Reibung mit dem zu spanenden Material. Die harte und glatte Kohlenstoffoberfläche reduziert die Anhaftung des Gegenwerkstoffs und eignet sich deshalb besonders für die Aluminiumzerspanung. Aufgrund der Eigenschaftskombination aus hoher Abrasionsbeständigkeit, geringer Reibung und Anhaftungsneigung empfiehlt sich die ta-C-Beschichtung besonders für das Zerspanen von Verbundmaterialien.

Dicke Schichten für höhere Belastung

Verschleißmindernde Eigenschaften stellt das Fraunhofer IWS auch in Form eines neuen Ansatzes für die Herstellung von dicken PVD-Beschichtungen vor: Galten Werte von drei bis fünf Mikrometern in den vergangenen Jahrzehnten als obere Grenze der Dicke für eine Vielzahl von Anwendungen, so gelang es den Dresdner Wissenschaftlern nun, harte Verschleißschutzschichten mit Stärken von 100 Mikrometern und mehr zu produzieren. Dies gelingt durch einen nanolagigen Aufbau, der über die gesamte Schichtdicke eine homogene Eigenschaftsverteilung aufweist. Der neuartige Schichttyp bietet einen substanziell verbesserten Schutz im Vergleich zu den herkömmlichen, dünneren Schichten.

Insbesondere für die Werkzeugherstellung eröffnen sich somit vielversprechende Perspektiven, da dicker beschichtete Oberflächen höherer Belastung widerstehen. Der Ansatz des Fraunhofer IWS ermöglicht zusätzlich neue Wege der Nachbehandlung, zum Beispiel für die Strukturierung, Politur oder das Schärfen von Schneidkanten.

Dr. Ralf Jäckel ist für das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) im Bereich der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit tätig.

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