Mit zwei Neuentwicklungen eröffnet Oerlikon Balzers Beschichtern die Chance zur Erzeugung von Hochleistungsoberflächen für anspruchsvolle Zerspan-Aufgaben: Die PVD-Beschichtungsanlage Ingenia sowie die speziell für Bohrer gedachte Schicht Balinit Pertura.
Gleich drei verschiedene Beschichtungstechnologien lassen sich mit der Ingenia der Oerlikon Balzers AG, Balzers/Lichtentein, realisieren:
- Arc Evaporation. Bei diesem Verfahren, das zu den PVD(Physical Vapour Deposition)- Verfahren zählt, läuft ein Lichtbogen mit einem Durchmesser von nur wenigen Mikrometern über das feste, metallische Schichtmaterial und bringt es zum Verdampfen. Wegen der dabei eingesetzten hohen Ströme und Leistungsdichten wird das verdampfte Material zu einem Großteil ionisiert und bildet ein hochenergetisches Plasma. Die Metallionen verbinden sich mit dem gleichzeitig zugeführten Reaktivgas und treffen mit hoher Energie auf die zu beschichtenden Werkzeuge beziehungsweise Bauteile auf. Dort schlagen sie sich als dünne, fest haftende Schicht nieder.
- Pulse Enhanced Electron Emission, kurz P3e. Diese Technologie von Oerlikon Balzers basiert auf Arc-Verdampfung mittels Pulstechnologie. Der Prozess wird in einer reinen Sauerstoff-Atmosphäre gefahren. Elektronenemissionen und Plasmadichte werden durch einen kontrollierten Pulsstrom erhöht. Mittels P3e-Technologie ist es möglich, sämtliche Aluminiumoxidschichten herzustellen.
- Scalable Pulsed Power Plasma, kurz S3p: So nennt der Anbieter seine Lösung auf Basis des Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputterns (Hipims). Die Technologie erzeugt Plasmen mit einem hohen Anteil an ionisierten schichtbildenden Atomen. Sie erlaubt die Erzeugung extrem glatter und dichter Schichten mit optimierten Eigenschaften für vielfältige Anwendungsfelder.
„In unserer S3p-Technologie kommt die Hipims-Technologie zur Anwendung und kann jetzt effizient im Produktionsumfeld umgesetzt werden“, sagt Dr. Helmut Rudigier, Chief Technology Officer bei Oerlikon Balzers. „Im Vergleich zur bisherigen Hipims-Technologie können die Pulszeiten bei unserer Anlage in einem sehr weiten Bereich eingestellt werden. Eine nahezu volle Skalierbarkeit des Ionisierungsgrades und der Pulsparameter ist möglich.“
Für die S3p-Schichten seien die Eigenschaften gezielt einstellbar. So lassen sich diese von DC-ähnlichen Schichten bis hin zu hohen Werten wie in der Arc-Technologie definieren. Die Maximalwerte liegen laut Rudigier bei Härten zwischen 40 und 45 GPa und einem Elastizitätsmodul von 400 bis 500 GPa. Durch die Nutzung der Eigenschaften von ionisiertem Material sei dabei auch die Beschichtung geometrisch komplexer Bauteile problemlos möglich. Rudigier: „Ingenia und S3p sind insbesondere für hochwertige Präzisionswerkzeuge und Bauteile geeignet, die hohen Anforderungen in punkto Verschleiß und glatten Oberflächen entsprechen müssen.“
Acht verschiedene Prozesse, Schichten und Produkte pro Tag lassen sich mit der kompakten Anlage in kleinen wie auch größeren Losgrößen umsetzen. Die Bandbreite umfasst das gesamte Schichtportfolio von Oerlikon Balzers sowie Schichten, die kundenseitig entwickelt wurden. Dabei erreicht die Ingenia eine hohe Schichtdickengenauigkeit von ±5 % über die gesamte Beladung. Durch optimiertes Aufheizen und Abkühlen sorgt sie zudem für relativ kurze Beschichtungsprozesse mit Batchzeiten von etwa drei Stunden.
Mit dieser Ankündigung von Oerlikon Balzers ist das Hipims-Verfahren endgültig im industriellen Umfeld angekommen. Der Hersteller reiht sich ein in eine Reihe von Anbietern, die entsprechende Beschichtungsanlagen und -Technologie zur Verfügung stellen. Dazu gehören die Cemecon AG, Würselen, die APVV Coating Technologies GmbH & Co. KG, Dinslaken, Hauzer Techno Coating BV im niederländischen Venlo sowie die Hüttinger Elektronik GmbH + Co. KG, Freiburg. Maßgeblich auf den Weg gebracht wurde die Entwicklung von deutschen Forschungseinrichtungen wie dem Fraunhofer Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig, der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus und der RWTH Aachen.
Die neue Schicht Balinit Pertura positioniert Oerlikon Balzers als Universallösung für alle Hochleistungs-Hartmetallbohrer – egal ob aus Stahl oder Guss, ob Neu- oder Wiederbeschichtung. Wesentliches Merkmal ist die Nanostruktur. Sie sorgt für mehr Produktivität in der Zerspanung anspruchsvoller Materialien und für höhere Prozesssicherheit unter schwierigen Arbeitsbedingungen. Die Vorteile: Die Abrasivbeständigkeit wird deutlich gesteigert und ein Rissfortschreiten unterdrückt. Zusammen mit einer hohen Warmhärte resultieren daraus ein leistungsstarker Verschleißschutz und sehr hohe Standzeiten bei verschiedensten Bohranwendungen. Vergleichstests mit anderen Hochleistungsschichten am Markt ergaben laut Oerlikon Balzers eine Standzeiterhöhung um 20 bis 40 %. Die sehr glatte Schichtoberfläche begünstigt außerdem durch die reduzierte Klebneigung und den reibungslosen Spantransport das Tieflochbohren sowie die Bearbeitung anspruchsvoller Anwendungen wie „Rostfrei“. Beim Bohren von Stahl eignet sich die Schicht für moderate wie auch sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten. Höchstleistungen lassen sich selbst bei extremen Anforderungen erzielen – etwa bei der Bearbeitung von Werkstoffen wie C70, GGG60 oder GJV oder Werkstoffen mit hoher Zugfestigkeit.
Sabine Koll Journalistin in Böblingen
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