Nanolock: Die weltweit erste nanokristalline Anbindungsschicht

Die Hochgeschwindigkeitszerspanung stellt enorme Anforderungen an Maschinen und Werkzeuge. Als Verschleißschutz für Werkzeuge haben sich deshalb mehrlagige Beschichtungen bewährt. Abhängig vom Einsatzzweck sind sie entweder besonders hart oder besonders zäh. Mit der innovativen Nanolock-Technologie ist es Boehlerit nun erstmals gelungen, diese beiden Eigenschaften in einem Schneidstoff zu verbinden. Grundlage ist die weltweit erste nanokristalline Anbindungsschicht, durch die sich die Haftung zwischen Schneidkörper und Schneidschicht deutlich verbessert.

Nanolock: das klassische Titancarbonitrid in neuer Form

Titancarbonitrid-Beschichtungen werden allgemein als Verschleißschutzschicht für Wendeschneidplatten und Werkzeuge aus Hartmetall genutzt. Über 90 Prozent aller mittels CVD-Verfahren beschichteter Wendeschneidplatten enthalten im Mehrlagenaufbau zumindest eine Ti-(CN-)Schicht. Sie dient in der Regel dazu, eine keramische Deckschicht wie Aluminiumoxid an das Werkzeug oder die Schneide anzubinden. Trotz der umfangreichen Erfahrungen mit den verschiedenen Verfahren blieb dabei bislang ein zentrales Problem ungelöst: Zwar können die Werkzeuge durch mehrlagige Beschichtungen gegen die hohen thermischen und mechanischen Belastungen bei der Bearbeitung geschützt werden. Doch bei den im Vergleich zu PVD-Beschichtungen relativ dicken CVD-Schichten führen die hohen Drehzahlen dazu, dass die einzelnen Schichten ab einem gewissen Punkt im wahrsten Sinne des Wortes auseinanderfliegen. Die Funktionseigenschaften hängen dabei besonders von der Mikrostruktur, der Kristallgröße und der Orientierung der Kristalle in der Beschichtung ab.

Höhere Verschleißbeständigkeit durch nanokristalline Struktur

Wegen dieser Eigenschaften ist es ein wesentliches Entwicklungsziel, die Korngröße der Beschichtung zu reduzieren, denn dadurch verbessern sich die mechanischen Kenngrößen deutlich. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass eine Kristallitgröße von circa 50 bis 300 Nanometern bei equiaxialem Kristallwachstum die Verschleißbeständigkeit der Ti(CN) deutlich erhöht. Genau das ist den Boehlerit-Entwicklern mit der neuen Nanolock-Schicht gelungen, denn die neue Schicht besitzt eine rund dreifach feinere Kristallitgröße von nur rund 25 Nanometern. Darüber hinaus zeigen die Untersuchungen im Elektronenmikroskop: Die neue Oberfläche besitzt einen „Kompositcharakter“, es liegen also zwei unterschiedliche Kristalltypen gleichzeitig nebeneinander vor. Außerdem besitzt die Nanolock-Beschichtung eine extrem feine, nadelförmige Oberfläche, welche die Haftung der Folgeschicht enorm verbessert. Damit ist Boehlerit gelungen, was nach gängiger Meinung bislang unmöglich schien: eine Elementenmischung von Kohlenstoff und Stickstoff in der Titancarbonitrid-Schicht.

Wie sich bei unterschiedlichen Zerspanungsversuchen gezeigt hat, ist die Nanolock-Schicht dadurch äußerst hart und verschleißt kaum durch Abrasion. Stattdessen kommt es wegen der hohen Temperaturen eher zum typischen Freiflächenverschleiß durch plastische Deformation im Bereich der Schneidecken. Für einen effektiven Schutz sorgen hier Oxidschichten wie Aluminiumoxid, die als thermisches „Schutzschild“ eingesetzt werden. Durch die neue Nanolock-Schicht kann Boehlerit die Abriebfestigkeit des Titancarbonitrids optimal mit der Hitzebeständigkeit des Aluminiumoxids kombinieren. Anwender profitieren davon durch wesentlich höhere Schnittgeschwindigkeiten und überproportional längere Standzeiten.