Steigerung der Prozesssicherheit von CVD-diamantbeschichteten Hartmetallwerkzeugen unter Berücksichtigung von Schichteigenspannungen

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Reimers; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 43681056

Die Bearbeitung vieler Hochleistungswerkstoffe wie beispielsweise Aluminium-Silicium-Legierungen ist oftmals nur durch das Einsetzen von auf das Substrat und die Werkzeuggeometrie abgestimmten hochharten Werkzeugbeschichtungen möglich. Diamant mit seiner äußerst hohen Härte bietet sich als Schneidstoff für die Bearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe an. Seit einigen Jahren ist das Abscheiden von Diamantschichten auf komplexen Geometrien mit der chemischen Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition CVD) möglich. Jedoch ist durch die gegenwärtig noch fehlende Prozesssicherheit von CVD-diamantbeschichteten Werkzeugen das Anwendungsfeld dieser Werkzeuge stark limitiert. Es ist bekannt, dass das Hartmetallsubstrat sowie die Vorbehandlung einen signifikanten Einfluss auf die Schichthaftung und damit auf das Einsatzverhalten der beschichteten Werkzeuge besitzen. Allerdings sind grundlegende Kenntnisse hinsichtlich des Einflusses des Hartmetalls (Korngröße und Kobaltgehalt), der Vorbehandlung und der Beschichtung auf die Eigenschaften und das Einsatzverhalten von CVD-diamantbeschichteten Werkzeugen mit komplexen Geometrien derzeit nicht vorhanden.Es wurde im ersten Forschungszeitraum festgestellt, dass das Einbringen von Druckeigenspannungen in das Hartmetallsubstrat durch mechanische Vorbehandlungen möglich ist und dass der Eigenspannungszustand sowohl im Substrat als auch in der Schicht einen signifikanten Einfluss auf die Schichthaftung und damit das Einsatzverhalten der CVD-diamantbeschichteten Werkzeuge während der Zerspanung hat. Hierbei konnte eine klare Korrelation zwischen den vorhandenen Eigenspannungen an der Schneidkante und der Standzeit der Werkzeuge festgestellt werden. Ungeklärt ist bis jetzt, ob diese Korrelation bei Schaftwerkzeugen gleichermaßen zu erkennen ist. Weiterhin ist zu klären, ob das Einbringen von Druckeigenspannungen durch eine Bearbeitung der Werkzeuge nach der CVD-Diamantbeschichtung möglich ist und inwiefern eine haftvermittelnde Zwischenschicht einen Einfluss auf den Eigenspannungszustand in den Schichten und im Substrat haben kann. Hauptziel dieses Vorhabens ist es, grundlegende Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen dem Hartmetallsubstrat, der CVD-Diamantbeschichtung mit Hinblick auf die Vorbehandlungsmethode, den Eigenspannungen an der Schneidkante und schließlich dem Einsatzverhalten von Zerspanwerkzeugen mit komplexen Geometrien zu erlangen. Diese Kenntnisse sind erforderlich, um die prozesssichere Herstellung von CVD-diamantbeschichteten Schaftwerkzeugen und damit die wirtschaftliche Bearbeitung von sehr abrasiven Werkstoffen zu ermöglichen. Außerdem werden die im ersten Forschungszeitraum erzielten Kenntnisse bezüglich der Zusammenhänge zwischen den Eigenspannungszuständen und den Standzeiten von Werkzeugen mit einfachen Geometrien genutzt, um die Eigenspannungen dieser Werkzeuge gezielt zu optimieren und somit die Standzeiten zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen