CrAlN (Chromaluminiumnitrid)



Herstellung und Eigenschaften der CrAlN Beschichtung

Die TiAlN Beschichtungen werden ausschließlich im PVD Verfahren abgeschieden.

Die TiN-Beschichtung, die erste industriell genutzte PVD Beschichtung erzielte für die Anwender erhebliche Standzeitverlängerungen im Zerspanungsbereich und war viele Jahre die universelle Hartstoffbeschichtung. Im Laufe der Zeit wurden immer neue Anwendungsmöglichkeiten für diese Beschichtung entdeckt, es zeigten sich aber auch die Grenzen der TiN-Beschichtung. Die einerseits neuen und andererseits gestiegenen Anforderungen an die Beschichtungen führten zu einer stetigen Weiterentwicklung der PVD Beschichtungen mit dem Ziel möglichst harte, reibungsarme und oxidationsbeständige Eigenschaften in einer Schicht zu vereinigen.

Die CrAlN Beschichtung ist einer der großen Schritte bei der Entwicklung zu Hartstoffbeschichtungen mit multifunktionellen Eigenschaften. Erreicht wurde dies durch die besondere Zusammensetzung der CrAlN Beschichtung. Es ist eine titanfreie Hartstoffbeschichtung mit den Legierungselementen Chrom und Aluminium. Diese Kombination führt zum einen zu einer hohen Härte und ausgezeichnete Oxidations­beständigkeit und zum anderen besitzt sie dennoch einen niedrigen Reibungskoeffizienten.

Die CrAlN Beschichtung hat eine Mikrohärte von 3.300 HV. Die Schicht beginnt erst bei ca. 900°C unter Sauerstoffatmosphäre zu oxidieren. Auf Grund ihrer besonderen Zusammensetzung hat die CrAlN Beschichtung bessere korrosionshemmende Eigenschaften als eine TiAlN oder CrN Beschichtung. Dies zeigte eine Untersuchung von Xing-Zhao Ding et. al. aus dem Jahre 2008.

Die CrAlN Beschichtung wird mit dem ARC PVD Beschichtungsverfahren abgeschieden und die Schichtstärke liegt zwischen 2 und 4 Mikrometer.

Beim ARC - Verfahren wird mit Hilfe eines Lichtbogens an der Oberfläche des Schichtmaterials (Target), die metallische Komponente in die Gasphase überführt. Es entsteht ein stark ionisierter Teilchenstrom, der mit einem oder mehreren Arbeitsgasen reagiert und sich auf der Werkzeugoberfläche als Schicht niederschlägt. Der hohe Ionisierungsgrad und das spezielle P.O.S. ARC PVD Beschichtungsverfahren ermöglichen es, dass schon bei Prozesstemperaturen von 180° C die CrAlN Beschichtung abgeschieden werden kann.

Die Anwendungsgebiete der CrAlN Beschichtung sind schon sehr zahlreich.

Die hervorragende Abriebsfestigkeit und eine hohe thermische Stabilität machen die CrAlN Beschichtung für Zerspanungswerkzeugen interessant. Die chemische Stabilität und der geringe Reibungskoeffizient der Beschichtung haben sich auch bei Anwendungen im Umfombereich ausgezeichnet bewährt. Besonders bei kritischen Werkstoffen zeigte die Schichtkombination CrAlN-T deutliche größere Standmengen bei gleichzeitig besserer Oberflächenqualität.

Ein weiteres Anwendungsfeld, bei der die CrAlN Beschichtung vielversprechende Ansätze zeigt, ist der Aluminiumdruckguss und damit ist das Potential dieser Beschichtung mit Sicherheit noch nicht ausgeschöpft.

Informationen zu alternativen Beschichtungen, z.B. die PVD-Beschichtung.

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CrAlN Beschichtung
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