PVD-Verschleißschutzschichten als thermische Isolierung und Diffusionsbarriere für PKD Zerspanwerkzeuge (DiaCoat)

 

Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung und der Einsatz diffusionshemmender und wärmedämmender Beschichtungen über physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) für Werkzeuge mit Schneidkante bestehend aus polykristallinem Diamant (PKD) zur Leistungssteigerung bei der Dreh- und Fräsbearbeitung von Gusswerkstoffen. Gusseisen ist einer der am meisten verwendeten eisenhaltigen Werkstoffe. Die Affinität des Diamanten zu eisenhaltigen Werkstoffen sowie eine herausfordernde Beschichtbarkeit führen jedoch bei der Zerspanung zu einem schnell fortschreitendem tribochemischen Verschleiß. Deshalb können PKD-Schneidstoffe bei der Bearbeitung von Gusslegierungen bislang nicht wirtschaftlich eingesetzt werden.

Zur Umsetzung der Zielsetzung werden Beschichtungen entwickelt, die das Substrat vor thermischem und chemischem Verschleiß schützen. Die Forschungsarbeiten umfassen unter anderem Untersuchungen zum Schichtaufbau und den Prozessparametern zur Schichtabscheidung. Darüber hinaus wird eine Wissensbasis geschaffen, um den Einfluss der Schichteigenschaften (thermische Leitfähigkeit, Reibwert, Härte usw.) auf das Verschleißverhalten und die Verschleißmechanismen, die thermomechanische Werkzeugbelastung, die Spanbildung und -form und die Bauteilqualität zu beschreiben. Als Resultat ergeben sich Handlungsempfehlungen für KMU zum Abscheiden von PVD-Beschichtungen auf PKD-Werkzeugen sowie Prozessparameter für die spanende Bearbeitung von Gusslegierungen. Dies bietet den KMU das Potenzial, flexibel auf Herausforderungen bei der Gussbearbeitung zu reagieren und gleichzeitig das wirtschaftliche Potenzial von Diamantschneidstoffen für die Zerspanung zu nutzen. Basierend auf der erarbeiteten Wissensbasis wird bspw. über höhere Standzeiten und stabilere Zerspanprozesse ein wirtschaftlicher Nutzen generiert, der die Mehrkosten für die Werkzeugbeschaffung bei weitem übertrifft. Durch den Einsatz der neu entwickelten Technologien und wärmedämmenden Schichten werden darüber hinaus bei den KMU Stillstandzeiten und Ausschuss verringert, weshalb Fertigungsprozesse kosteneffizienter gestaltet werden können. Die unmittelbare Umsetzung der Projektergebnisse in der industriellen Praxis ist möglich, da für die Realisierung kein zusätzlicher maschinenseitiger Integrationsaufwand und keine Änderung der Werkzeuggeometrie notwendig sind. Deshalb besteht die Möglichkeit, dass die Ergebnisse direkt im Anschluss an die Projektlaufzeit in die Praxis überführt und umgesetzt werden.