WerkzeugTechnik
Technologie - System - Logistik
ISSN Nr. 0997 - 6981
15 September 2010Nr. 115
Die deutsche Fachzeitschrift der Schneidwerkzeuge und Meßtechnik für die Metallbearbeitung
TripleCoatings3®
Die Open Source Schichtfamilie
D ie innovativste Branche ist mo-mentan ohne Zweifel die IT-Indu-
strie. Sie bringen Neuigkeiten in einemrasanten Tempo heraus. Um die Bran-chenführung kämpfen momentan zweiFirmen, Apple und Google, deren Un-ternehmensphilosophien nicht unter-schiedlicher sein könnten [1].
“Innovation ist, wenn der Kunde seinPortmonee öffnet [2]“ - sagt Steve Jobs,der geniale CEO von Apple und bei sei-ner Firma wird alles nach ihm gerichtet:– Die oft wegweisenden neuen Pro-
dukte stammen aus seinem Ideentank,die dann emotionsgeladen ver-marktet werden.
– Es wird nach extremer Hierarchie undstrengen zentralen Vorgaben und Kon-trollen gearbeitet.
– D e m K u n d e n w i r d e i n i n s i c hgeschlossener Produktrahmen vorge-legt, in dem er sich nach kürzesterEinarbeitungszeit, extrem zuverlässigund laiensicher bewegen kann.
– Es wird eine absolute Hochpreispoli-tik gefahren, für Hardware und Soft-ware beim jedem Update auf dasNeue. Es wird sogar von den Ent-wicklern Geld verlangt, um auf derApple-Plattform entwickeln zu dür-fen.Die Wunderkinder, die Google-Grün-
der Larry Page und Sergey Brin gebensowohl ihren Ingenieuren und als auchihren Anwendern eine extrem grosszü-gige “Arbeitsfreiheit“:
– Die Mitarbeiter werden fortlaufend stark motiviert, nach neuen Ideen zusuchen und dabei keine Risiken zu scheuen.
– Die Ingenieure bestimmen die eige-nen Aufgaben z.T. selbst und sollenprojektorientiert mit grosser Eigen-kontrolle und Eigenverantwortungagieren.
– Die Produkte sind offen (Open Source)damit sie auf verschiedene Plattfor-men transportiert werden können.
(Nach dem Motto: Jeder weiss, wasihm das Beste ist.)
– Alle Dienstleitungen und Programme sind kostenlos, damit sich die Pro-dukte frei verbreiten können.
Die Situation ist auf dem Markt derWerkzeugbeschichtungen ähnlich.
Die Markführer geben über dieSchichten kaum Informationen heraus:– Über Zusammensetzung und Schicht-
strukturen wird geschwiegen
Was ist Innovation?Innovation ist „etwas neu
Geschaffenes“. Der Begriffwird unspezifisch im Sinne
von neuen Ideen undErfindungen und für derenwirtschaftliche Umsetzung
verwendet.
TripleCoatings3®
Die Open Source Schichtfamilie
BESCHICHTEN
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T. Cselle, M. Morstein, A. Lümkemann - PLATIT AG, Selzach, Schweiz
Bild 0: Kaloschnitt und EDX-Karteeiner TripleCoating3® (nACoX3®).
Die Änderungen, die vergleichenden Bewertungen (0, +, -) beziehen sich jeweils auf die Schicht in dervorhergehenden Zeile
+ bedeutet positive Änderung aus der Sicht des Anwenders- bedeutet negative Änderung aus der Sicht des Anwenders
X liegt bei ca. 65%
Bild 1: Einfluss wichtiger additivenMaterialien auf die Eigenschaften
von PVD-Schichten.
– Die physikalischen Eigenschaften wer-den nur durch Richtwerte beschrie-ben
– Beim Erwerb einer Beschichtungsan-lage • werden die Schichten festgefroren
und sind durch den Anwender nicht veränderbar.
• Wobei die Rezepte einen bedeutsa-men Kostenposten darstellen.
Die TripleCoatings3® stellen dazuden krassen Gegenpol dar:– D i e Z u s a m m e n s e t z u n g e n u n d
Stöchiometrie (Schichtstruktur) sindoffengelegt und die Auswirkung dereinzelnen “Komponenten und Do-pingelemente“ ausführlich beschrie-ben (Bild 1).
– Der Anwender erhält detaillierte Mess-werte und Diagramme über die vonihm verwendeten Schichten.
– Die Standard TripleCoatings®-Rezeptesind für die Anwender offen (OpenSource) und veränderbar (nach demMotto, jeder weiss was ihm das Besteist).
– Die Nanocomposite-Standardrezepteder TripleCoatings3® (nACo3® undnACRo3®) sind “Kernbestandteile“der PLATIT-Anlagen, sind also fürdie Anwender kostenfrei.
1.Was sind die TripleCoatings3®?Die TripleCoatings3® stellen heute die
absolute Spitze der Hochleistungs-schichten der PVD-Technik dar. Sie sindKombinationen von konventionellenund Nanocomposite-Schichten [3] - [6]:– Die Schichten werden immer mit ei-
nem Haftlayer gestartet, der üblicher-weise aus nicht legierten Targets (Ti oder Cr) mit hoher Haftfestigkeit ab-geschieden wird (Bild 2).
BESCHICHTEN
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Bild 2: Stöchiometrie von TripleCoatings3®,sowie ihre Abscheidungsschritte
in der � 311.
Bild 3: Die TripleCoatings3® - Schichtfamilie (Stand August/2010)
– Der mittlere Layer wird üblicherweisedurch eine konventionelle Schicht-struktur (AlTiN, AlCrN, AlTiCrN) gebildet, damit ein zäher Schichtkernentsteht. Dabei spielt natürlich die kostengünstige Produzierbarkeit aucheine wichtige Rolle.
– Die “harte Haut“ ist in den meistenFällen eine superharte, siliziumhaltigeNanocomposite-Schicht mir extremhoher Härte, Verschleiss- und Warm-festigkeit.
2. Die TripleCoatings3® -Schichtfamilie
Die Mitglieder der TripleCoatings3® -Schichtfamilie sind Mosaiksteine, die sy-stematisch (und offen) ausgebaut wer-den. Den heutigen Stand (August/2010)stellt das Bild 3 dar. Neben den Schicht-zusammensetzungen zeigt es auch dieKathodenkonfigurationen, die zur Her-stellung der jeweiligen Schichten einge-setzt werden.
Die TripleCoatings3® wurden ur-sprünglich mit Hilfe der kompakten Be-schichtungsanlage � 300 entwickelt (Bild4) . Die neue, in Stuttgart auf derAMB‘2010 ihre Weltpremiere erlebende� 311 ist mit ihrem Vorgänger voll kom-patibel. Die Maschinen arbeiten mit 4rotierenden Kathoden. Eine typische Ka-thodenanordnung zeigt das Bild 2, diedie Abscheidung einer sehr hohen An-zahl (über 30) von Schichten ohne Ka-thodenwechsel ermöglicht. Die einzelnenSchichten werden per Software zusam-mengesetzt, wodurch diese enorm hoheFlexibilität zustande kommt.
Die Herstellung einiger TripleCoa-tings3® (nACo3®, AlTiCrN3®, TiXCo3®
und nACoX3®) ist auch in der 2-Katho-den-Anlage � 111 möglich. Wegen derKomplexität der Schichten sind aberhierfür verstärkt legierte und dadurchteurere Kathoden notwendig (siehe dieAngaben der Kathodenanordnungenauch für die � 111 im Bild 3).
2.1 Die Open Source –TripleCoatings3® - Standardschichten
Die Standard-TripleCoatings3® stre-ben eine sich ständig erweiternde, uni-verselle Anwendbarkeit an.
– nACo3® wurde als erste TripleCoa-ting3® Anfang 2007 vorgestellt [3]. Sieweist unter den Klassikern die höch-ste Härte auf und hat sich schon beivielen, unterschiedlichen Anwendun-gen bewährt. In erster Linie fürtrockene Hartzerspanung , wie Dre-hen (Bild 5), Hartfräsen, Bohren undReiben.
– nACRo3® kombiniert die hohe Härtemit einer extrem hohen Zähigkeit. Siewird in erster Linie für die schwie-rigsten Aufgaben der Zerspanung-und Umformtechnik verwendet. WieZerspanen von Titan und Superlegie-rungen, zum Reibschweissen sowie für Umformwerkzeuge des Spritz-giessens, Tiefziehens und Stanzens(Bild 6). Dabei muss die extrem guteHaftung auf den sehr scharfen Schnei-den hervorgehoben werden, die zumFeinstanzen notwendig sind.
– AlCrN3® zeigt, dass die Triple-Struk-tur auch ohne Silizium hervorragendeErgebnisse bringt, z.B. bei trockenemMikro-Abwälzfräsen [6].
– AlTiCrN3® kann auch mit konventio-nellen (nicht rotierenden) Planar-Kathoden abgeschieden werden (z.B. in der Maschine PL1001, siehe Bild 4)und erreicht beim Abwälzfräsen sehr beachtliche Resultate (Bild 7). EinAnwender gab eine ähnliche Stöchio-metrie für Feinstanzen vor, die inseiner Anwesenheit, an einem Tag inder PLATIT F&E abgebildet wurde.Die Schicht war tatsächlich auch fürdiese Anwendung ausgezeichnet.
2.2 Die dedicated – TripleCoatings3® - Schichten
Diese Schichten entstehen in Zusam-menarbeit zwischen den Anwendernund der PLATIT-Forschung & Entwick-lung, wobei sie “massgeschneidert (de-dicated)“ entsprechend den Anforde-rungen der speziellen Anwendungenoptimiert werden. Diese Optimierungist immer ein iterativer Prozess, die
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Bild 4: PLATIT-Beschichtungsanlagen zur
Herstellung vonTripleCoatings3®.
Bild 5: Unterbrochenes Drehenvon ADI-Gusseisen mit nACo3®.
Bauteil: Rohr mit Außen-Ø 198 mm, Innen-Ø 142 mmWerkstoff: ADI 900 - Bearbeitung: Plandrehen - Plattenform: CNGX 120716
vc = 270 m/min - f= 0,4 mm - ap = 2 mm – Quelle: GFE, Schmalkalden
besten Ergebnisse können nur nach meh-reren Schritten erreicht werden. Nachden Versuchen beim Anwender sind üb-licherweise mehrere Modifikationen not-wendig, bis die optimale Schicht ent-steht.
– nATCRo3® ist eine All-in-One-Schicht.Sie enthält sowohl Ti und Al als auchCr und Si. Sie wurde bisher begrenztund in erster Linie nur zur Beschich-tung von universell eingesetzten HSS-Werkzeugen verwendet.
– TiXCo3® weist einen enorm hohenSilizium-Anteil auf. Sie entstand zurtrockenen Zerspanung von Materia-lien mit ganz hohen Härten über 60HRC.
– nACoX3® ist eine spezielle Entwick-lung von PLATIT zum trockenen Dre-hen, zur Substitution von CVD-Schich-ten. Sie weist Oxide (Al,Cr)2O3 oderOxinitride ((Al,Cr)(O,N)) bei extremhohen Schichtdicken (bis zu 18 μm) auf.Sie vermindert enorm die chemische Affinität zwischen Werkzeug undWerkstück bei den extrem hohen Tem-peraturen der trockenen Drehprozesse.Eine spezielle Version von nACoX3®
wird aktuell auf Turbinenschaufelngetestet, also zur Beschichtung von Bauteilen, die sehr starken abrasivenBelastungen ausgesetzt sind.
– Eine User-Triple-Schicht ist zur Beschichtung von Umformwerkzeu-gen aus PM-HSS entstanden. Bei die-sen Anwendungen sind relativhohe Schichtdicken und sehr niedrigeOberflächenrauheiten mit extrem ho-her Zähigkeit verlangt.
Diese User-Triple-Schicht ist natür-lich nur ein Beispiel, das die Möglich-keiten der dedicated TripleCoatings3®
zeigen möchte. In zahlreichen Fällenvereinbaren die Kunden und PLATITeine Exklusivität.
3. ZusammenfassungDas Open Source-Prinzip der Triple-
Coatings® heisst im Klartext, dass derAnwender die Nanocomposite-Standard-TripleCoatings3® kostenfrei benutzenkann. PLATIT startet den Vorstoss imInteresse– Der optimalen Zusammenarbeit mit
den Anwendern. – Damit die Anwender nicht zögern so-
fort mit diesen High-Tech-Schichten(und nicht erst mit den konventio-nellen) Schichten zu arbeiten.
– Also im Interesse der schnellen Ver-breitung der TripleCoatings3®.
“ In 40 Jahren habe ich noch nicht er-lebt, dass sich das geschlossene Systemgegen das offene durchgesetzt hat“ –sagt Logitech-Gründer Daniel Borel.
Mal sehen, ob es auch für die Be-schichtungstechnik gilt und zum Auf-schwung der mittelständischen Indu-strie beitragen kann [5].
Referenzen:[1] Kowalsky, M.: Krieg der Welten –
Apple vs. Google – Bilanz; Das Schweizer Wirtschaftsmagazin,S p r i n g e r Ve r l a g , Z ü r i c h , A u -gust/2010.
[2] Kahney, L.: Inside Steve’s Brain, theMan Who Saved Apple – AtlanticBooks, London, 2009.
[3] Morstein, M. u.a.: Rotating ARC PVDCathodes – Five Years of Depend-able High Performance - ICTCMF, G7-6, San Diego, April/2007.
[4] Cselle, T. u.a.: TripleCoatings® – eineneue Generation von PVD-Schichtenfür Zerspanwerkzeuge SpanendeFertigung, Vulkan-Verlag, Essen,2008, p.258-268.
[5] Cselle, T. u.a.: Auf zu neuen Ufern,WerkzeugTechnik, 109, Sept/2009
[6] Kompendium 2010 - PLATIT-Katalogund Website: www.platit.com
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Bild 6: Feinstanzen mit nACRo3®
Bild 7:Abwälzfräsen mitAlTiCrN3®.
Material: 34CrNiMo6 (1.6582) -vc=45 m/min, fn=0.12 mm/U, n=500 1/minÖlkühlung – Quelle: Unimerco, Sund, DK
Material: C100 - Quelle: Stepper, Pforzheim
