Das Verfahren
Zum PVD-Beschichten werden Metalle in hochreiner fester Form als Schichtmaterial eingesetzt. Je nach gewünschten Schichteigenschaften sind das beispielsweise Titan, Aluminium, Chrom oder auch Zirkonium und Silizium. Dieses Material wird Target genannt.
Die Zusammensetzung, Dicke und Eigenschaften der Schicht können durch die Wahl des Targets, der Prozessparameter und der Abscheidebedingungen kontrolliert werden. Dadurch können beispielsweise die Struktur, die Härte, aber auch die thermische Beständigkeit gesteuert werden.
Die gewünschte Schichtdicke ist zudem von der Größe und dem Einsatzzweck des Werkstücks abhängig. Grundsätzlich sind bis zu 10 μm möglich. Bei Mikrowerkzeugen beträgt die Schichtdicke hingegen meist weniger als 1 μm.
Es gibt unterschiedliche Verfahren zur PVD-Beschichtung, die auch kombiniert werden können. Einige der am weitesten verbreiteten sind:
- Arc-PVD: Beim Lichtbogenverdampfen wird ein Lichtbogen zwischen einer Elektrode und dem Schichtmaterial erzeugt, um Partikel aus dem Target zu lösen.
- Sputtern: Das Target wird mit magnetisch abgelenkten Ionen oder Elektronen beschossen.
- Laser: Das Material wird mit Laserstrahlen beschossen, um die Verdampfung einzuleiten.
Bei Härtha bieten wir Sputtern und die Lichtbogenbeschichtung an. Grundsätzlich laufen die verschiedenen Verfahren nach denselben Schritten ab.
Verdampfung
Bei der Verdampfungsabscheidung wird das Target so stark erhitzt, dass die Atome auf der Oberfläche als Gas freigesetzt werden, um für den nächsten Schritt verfügbar zu sein. Dafür gibt es verschiedene Technologien. Bei Härtha nutzen wir das Arc-Verfahren.
Die Verdampfung findet im Vakuum statt, um kontrollierte Bedingungen zu gewährleisten und eine Wechselwirkung mit Luftmolekülen zu unterbinden.
Reaktion
Damit sich das verdampfte Material auf der Werkstückoberfläche niederschlägt, wird nun ein Reaktivgas zugeführt, das sich mit den Metalldämpfen verbindet. Die Wahl des Gases hat einen wichtigen Einfluss auf die Eigenschaften der Schicht. In der Regel handelt es sich um ein kohlenstoffhaltiges Gas oder Stickstoff. Diese Gase erzielen eine starke Haftung und bilden Nitrid- und Oxid-Verbindungen, die vor Rost und Korrosion schützen.
Um unerwünschte chemische Reaktionen zu verhindern, findet dieser Schritt in einer chemisch nicht reaktiven Atmosphäre statt. Das kann durch ein Inertgas wie Argon erreicht werden. Damit die Schichtdicke auf dem gesamten Werkstück einheitlich ausfällt, wird es während dieses Schritts über mehrere Achsen gedreht.
Ablage
Im letzten Schritt kondensieren die verdampften Atome des Targets auf der Werkstückoberfläche und bilden dort eine dünne Filmbeschichtung.
Verschleißschutzschichten im Überblick
PVD-Beschichtungen können als Verschleißschutzschichten dienen. Zum Beispiel sind Titannitrid, Titancarbonitrid und Titanaluminiumnitrid häufig verwendete Grundtypen. Überblick über Schichtsysteme und ihre Eigenschaften finden sie in unser Tabelle.
Anwendungsbereiche
PVD-Beschichtungen kommen in einer Vielzahl von Branchen für verschiedenste Bauteile zur Anwendung:
- Schneidewerkzeuge
- Umform- und Formwerkzeuge
- Kunststoffformen
- Industrielle Komponenten
- Automobilkomponenten
- Schmuck und Uhren
- Medizintechnik
- Deko- und Sportanwendungen
- Aluminiumdruckguss
Geeignete Werkstoffe
Die PVD-Beschichtung ist eine Oberflächenbehandlung. Um Änderungen im Gefüge und der Härte auszuschließen und Maßhaltigkeit zu gewährleisten, muss der Werkstoff beschichtungsgerecht wärmebehandelt sein.
Da PVD-Beschichtungen unterhalb von 500 °C vorgenommen werden können, eignet sich das Verfahren sehr gut für Schnellarbeitsstähle, Warmarbeitsstähle und manche Kaltarbeitsstähle.
Auch Stähle, die bei sehr niedrigen Temperaturen angelassen wurden, können grundsätzlich beschichtet werden – mit speziellen Schichtsystemen für Niedertemperaturverfahren (zwischen 250 °C und 450 °C).
Vorteile und Vorzüge
Die wichtigsten Vorteile von PVD-Beschichtungen im Überblick:
- Hohe Maßhaltigkeit wegen geringer Schichtdicke
- Hohe Haftfestigkeit
- Steigerung des Verschleißwiderstands und der Härte
- Reibungsminderung durch glatte Oberflächen
- Beschichtungstemperatur bis 450 °C
- Beliebiger Schichtaufbau (Monolayer, Multilayer)
- Optische Veredelung
Bearbeitungsmöglichkeiten
Bei Härtha bieten wir Ihnen das PVD-Beschichten und das DLC-Beschichten an. Wir beschichten Werkstücke in unterschiedlichen Größen, vom Mikrobereich bis zu einem Durchmesser von 500 mm. Neben standardisierten Schichten entwickeln wir auch maßgeschneiderte Lösungen für Ihren spezifischen Anwendungsfall.
Standardprüfverfahren
Wir prüfen alle PVD-Beschichtungen visuell. Wenn Sie eine eingehende Prüfung wünschen, können wir zerstörungsfreie Prüfmethoden empfehlen.
Kundenangaben
Um Ihnen ein Angebot zum PVD-Beschichten zu unterbreiten oder eine andere Beschichtungslösung für Sie zu finden, benötigen wir zunächst folgende Angaben:
- Anwendungszweck
- Werkstoffbezeichnung
- Thermische Vorbehandlungen
- Gewünschte Schichtdicke in μm
Verfahrensstandorte
Finden Sie einen Standort in Ihrer Nähe. Unsere Standortübersicht zeigt Ihnen, wo wir bei Härtha mit PVD beschichten und welche metallverarbeitenden Verfahren wir noch anbieten.