Nanolock Schwarz: eine unzertrennliche Verbindung beim Fräsen
Gut zwei Jahre ist es jetzt her, dass LMT-Allianzpartner Boehlerit die weltweit erste Nanoschicht für Schneidstoffe vorgestellt hat. „Nanolock“ steht seitdem für die erfolgreiche Kombination von Härte und Zähigkeit bei Wendeschneidplatten, die so beim Drehen für deutlich längere Standzeiten und höhere Schnittgeschwindigkeiten sorgen. Mit der Weiterentwicklung Nanolock Schwarz haben die Boehlerit-Experten ihre Innovation jetzt auch auf das Fräsen von Stahl übertragen.
Vom Gravitationsgesetz über Röntgenstrahlen bis hin zum Penicillin - die Geschichte einiger der größten Entdeckungen ist häufig dem Zufall zu verdanken. Auch die Entwicklung der weltweit ersten nanostrukturierten Beschichtung für Wendeschneidplatten passt ganz sicher in dieses Raster: Der eigentliche Durchbruch, der den Boehlerit-Experten bei der Entwicklung von Nanolock vor rund zwei Jahren gelungen war, blieb zunächst verborgen.
Auf der Suche nach mehr Härte
Dazu muss man wissen, dass man bei LMT-Allianzpartner Boehlerit mithilfe der sogenannten chemischen Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition – CVD) eine besondere Titancarbonitrid- Beschichtung (TiCN) entwickelt hat. Statt wie andere Hersteller auf die übliche Mitteltemperatur- Titancarbonitrid-Beschichtung zu setzen, nutzten die Entwickler mit dem klassischen Hochtemperaturverfahren einen Temperaturbereich zwischen 900 und 1.000 Grad Celsius. Der Grund dafür: Die neue TiCN-Beschichtung sollte die Schneidstoffe nicht nur besonders gut gegen Kolkverschleiß schützen und gut haften, sondern zugleich nicht so schnell wie andere CVD-Oberflächen verspröden. Die TiCN-Beschichtungen dienen in der Regel dazu, eine keramische Deckschicht wie Aluminiumoxid auf das Werkzeug oder die Schneide aufzubringen. Dies gelingt mit der neuen TiCN-Beschichtung hervorragend.
Nadelstruktur auf Nanoebene
Dass dieser Effekt bei der neuen Boehlerit-Sorte deutlich reduziert war, konnten sich die Experten zunächst nicht erklären. Erst die Untersuchung unter dem Elektronenmikroskop gab Aufschluss: Die Elemente Kohlenstoff und Stickstoff hatten sich in der Titancarbonitrid-Schicht vermischt. Und das nicht nur auf der Mikro-, sondern auch auf Nanoebene. Die Nanolock-Beschichtung besitzt eine extrem feine, nadelförmige Oberfläche. Wie bei einem Reißverschluss verbessert diese Nanostruktur die Haftung an die über ihr befindliche Außenschicht.
Schutz des Werkzeugs vor Hitze
Mittlerweile haben die Nanolock-beschichteten Wendeschneidplatten von Boehlerit bei weltweit über 1000 Anwendungen ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt – allerdings zumeist im Bereich des Drehens. Um diese Innovation auch im Bereich des Fräsens verstärkt einsetzen zu können, wurde die nadelförmige TiCN-Beschichtung jetzt mit einer schwarzen, hitzbeständigen Keramikschicht kombiniert, einer sogenannten kappa-Al2O3-Beschichtung – aus mehreren Gründen: Zunächst besitzen die so beschichteten Schneiden sämtliche Nanolock-typischen Vorteile: Die Haftung der schwarzen Keramik-Deckschicht an die TiCN-Schicht ist besonders hoch. Diese hat zudem einen hohen Verschleißschutz und aufgrund ihrer speziellen Struktur eine elastisch, dämpfende Wirkung. Zusätzlich hat die schwarze Keramikschicht nur eine geringe thermische Leitfähigkeit. Dadurch schützt sie das Hartmetallsubstrat des Werkzeugs vor Hitze. Außerdem reduzieren spezielle Dotierungen (das Einbringen von Fremdatomen) beim Hartmetallsubstrat die Tendenz zur Kammrissbildung. Insgesamt hält Nanolock Schwarz der beim Fräsen üblichen Schlagbeanspruchung besonders gut stand. Im Fall der Trockenbearbeitung ist sie zudem oxidationsbeständig. Und: Die CVD-Schichten bei Nanolock Schwarz sind nur wenige Tausendstel Millimeter stark. Deshalb hat ihr Aufbringen keinen Einfluss auf die Kantenverrundung des Werkzeugs.
Wirtschaftlichkeit beim Trockenfräsen
Das Ergebnis dieser Forschungsanstrengung zeigt sich anhand der Leistungsdaten: Die neue universelle Frässorte LC230E mit Nanolock Schwarz schützt das Werkzeug vor allem beim Trockenfräsen von Stahl dauerhaft vor Verschleiß. Besonders bei hohen Schnittgeschwindigkeiten von 120 bis 300 m/min zeigen sich die enormen Stärken dieser Beschichtungstechnologie. Nanolock Schwarz konnte bereits bei zahlreichen Anwendungen mit teilweise extremen Anforderungen ihre Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit unter Beweis stellen. Dazu gehört die Bearbeitung der Blechkanten von Stahlblechen für Pipelines oder von abgefahrenen Schienen aus Manganstahl – ebenfalls mit Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 300 m/min.