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PVD - Beschichtung
PVD-Beschichtung
Anwendungen:
Die PVD-Beschichtung (engl. Physical Vapour Deposition) kann als letzter Schritt in der
Herstellung von Werkzeugen ausgeführt werden, - ohne Härteverlust, Verzug oder
Beeinflussung der Mikrostruktur der Stähle. Wesentlicher Vorteil des PVD-Verfahrens ist,
im Gegensatz zum CVD-Verfahren, die geringe Beschichtungstemperatur, die unterhalb
von 500 °C liegt und somit unterhalb der Anlaßtemperatur von Schnellarbeitsstählen,
Warmarbeitsstählen und einigen Kaltarbeitsstählen.
Entsprechend werden PVD-Beschichtungen für die spanabhebende Bearbeitung, die
Umformtechnik und auch für die Kunststoffverarbeitung eingesetzt.
Für dekorative Anwendungen ist es sogar möglich, die Beschichtungstemperatur soweit
zu senken, daß Materialien wie Messing oder Aluminium beschichtet werden können.
Spezielle PVD-Varianten erlauben auch die Beschichtung von Isolatoren, z.B. für die
Optik oder Elektronik.
Technik:
Alle PVD-Beschichtungen finden im Hochvakuum statt. Dabei wird ein Metall, z.B. Titan,
in den dampfförmigen Zustand überführt. Durch Zugabe eines Reaktionsgases,
(z.B. Stickstoff), bildet sich auf den Werkzeugoberflächen dann eine dünne, harte und
außergewöhnlich fest haftende Schicht (z. B. TiN = Titannitrid).
Die einzelnen PVD-Verfahren unterscheiden sich untereinander nur durch die Art der
Metall-Verdampfung.
Beschichtung:
Die vorgereinigten Werkzeuge kommen in eine Vakuumkammer, die auf etwa 1 x 10-5
mbar evakuiert wird. Nachdem die zu beschichtenden Teile auf Beschichtungstemperatur
gebracht wurden, werden mittels Ionenätzens unter Edelgasatmosphäre dünne
Oxydschichten von der Substratoberfläche abgestaubt. Unmittelbar darauf erfolgt die
eigentliche Beschichtung.
Nach Erreichen der Schichtdicke und anschließendem Abkühlen der Werkzeuge unter
Vakuum, werden diese der Kammer entnommen.
Prospekt Eifeler – Techniken 2.1 2/2010
Vorreinigung:
Von großer Bedeutung für den Erfolg der Beschichtung ist die Sauberkeit der
Werkzeugoberfläche. Vor der Beschichtung werden die Werkzeuge deshalb einer
intensiven Reinigung unterzogen, bei der Öle, Fette, anorganische Salze und
Rostschutzmittel entfernt werden. Diese Reinigungslinie besteht im wesentlichen aus
einer Ultraschall-unterstützten, mehrstufigen Entfettung mit alkalischen Bädern, einer
Wasserspülung und einer abschließenden fleckenfreien Trocknung.
Um hartnäckige Oberflächenverschmutzungen zu entfernen, wird in manchen Fällen zu
Beginn der Vorreiningung ein Naßstrahlverfahren mit Wasser, Druckluft und
Aluminiumoxyd feinster Körnung eingesetzt. Ein Strahlen mit Glasperlen ist zu vermeiden.
PVD - Beschichtung
Materialeigenschaften:
Die Teile müssen elektrisch leitend sein. Für die während des Beschichtungsprozesses
auftretenden Temperaturen von ca. 450 °C, müssen die Werkstoffe geeignet sein (Härteverlust,
Verzug). In Frage kommen hier insbesondere einige Kaltarbeitsstähle wie z.B. 1.2379, die bei
mindestens 520 °C angelassen sind, sowie HSS, Warmarbeitsstähle z.B. 1.2343, Hartmetalle
und rostfreie Stähle.
Die Teile müssen in unmagnetischem Zustand angeliefert werden, um Probleme beim Entfernen
des Schleifstaubes zu vermeiden.
Die Beschichtung von gelöteten Teilen ist nur möglich, wenn das verwendete Lot vakuum- und
temperaturbeständig ist, sowie frei von Cadmium und Zink ist. Die Löttemperatur muß über
600 °C liegen und darf keine Lunker oder Flußmittelrückstände aufweisen.
Oberflächenbeschaffenheit:
Die Oberfläche der Teile muß metallisch blank sein. Geeignet sind z.B. geschliffene, polierte,
schlicht-erodierte oder läpp-gestrahlte Teile. Stumpfe Schleifscheiben sind zu vermeiden!
Poliermittel mit geeignetem Lösungsmittel entfernen (beim Hersteller das Poliermittel erfragen),
evtl. mit Ultraschall reinigen und anschließend sofort einölen. Die Teile sollen zum Schutz gegen
Rost leicht eingeölt werden.
Die Oberflächenrauhigkeit sollte zur Erzielung optimaler Resultate bei Schneidwerkzeugen
Rz ≤4 µm, bei Umformwerkzeugen Rz ≤2 µm sein. Gerade bei Umformwerkzeugen ist eine
Hochglanzpolitur der Funktionsflächen anzuraten. An den Schneiden dürfen keine Grate
vorhanden sein.
Die Teile müssen frei von Rost, Farbrückständen, Farbkennzeichnungen und frei von
Fremdschichten sein. Sie dürfen nicht nitriert, brüniert o.ä. sein.
Rückstände von Verpackungsmitteln sind zu vermeiden (z.B. Wachse, Klebemittel, PVC-Reste ).
Verschraubte oder verpreßte Teile bitte einzeln anliefern;
armierte Matrizen (Sonderbehandlung) auf Anfrage.
Innenkonturen sind nur im Verhältnis Öffnung zu Tiefe von etwa 1:1 beschichtbar.
Prospekt Eifeler – Techniken 2.1 2/2010
Verpackung:
Innenverpackung: die Teile sollen in ölgetränktem Papier eingewickelt oder in einem ölbeständigen Plastikbehälter verpackt sein, das Füllmaterial muß stoßreduzierend sein.
Außenverpackung: sie muß transportgerecht sein und sollte wiederverwendbar sein.
(Rücksendung, Umweltschutz).
PVD-Beschichtung
Anforderungen zur PVD-Beschichtung von Metallteilen