Schichtdickenbestimmung von PVD beschichteten Werkzeugen

Schneide- und Stanzwerkzeuge, welche für die Zerspanung und zum Stanzen und Umformen von Stahl, Hartmetall oder Aluminium eingesetzt werden, unterliegen hohem Verschleiß. Um die Lebensdauer solcher oftmals sehr kostspieligen Werkzeuge zu erhöhen, werden sie mit einer Hartstoffschicht im PVD-Verfahren beschichtet. Die Dicke der PVD-Schicht bestimmt dabei die Standzeit, sprich die Lebensdauer des Werkzeuges. Eine Mindestschichtdicke ist bei der Werkzeugherstellung zu garantieren und auch messtechnisch zu überwachen.

PVD-Schichten werden im Sputtering-Prozess in einem Vakuum-Ofen auf die zu beschichtenden Werkzeuge aufgebracht. Dazu werden die Werkzeuge in einem Vakuum-Ofen gestapelt. Mittels Ionenbeschuss der Targets (wie Titan oder Chrom) und unter Zugabe von Gasen wie Stickstoff werden die Schichten wie TiN, CrN, TiCN usw. auf die Werkzeuge abgeschieden. Ausgeklügelte Haltevorrichtungen garantieren, dass die Schichten gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Werkzeuge aufgebracht werden.

PVD-beschichtetes Werkzeug

Abb. 1: PVD-beschichtetes Werkzeug

Spezifische Prozessparameter wie Vakuum, Temperatur, Ionenstrahlstärke und Prozessdauer bestimmen die Schichtabscheidung und führen zur geforderten Schichtstärke.Wie bei allen Beschichtungsarten muss auch bei der PVD-Beschichtung der Prozess überwacht werden. Dazu wird die Stärke der abgeschieden PVD-Schicht auf den Werkzeugen gemessen.

Neben zerstörenden Prüfmethoden hat die zerstörungsfreie Röntgenfluoreszenz-Methode für die Schichtdickenmessung breite Akzeptanz gefunden. Das FISCHERSCOPE® X-RAY XDLM ist mit seinem robusten Gerätekonzept für die gestellten Anforderungen optimiert, indem die hohe Strahlintensität der Mikrofokusröhre mit kleinen Blenden und großem Detektorfenster kombiniert wird. Die herausragenden Vorteile dieses Gerätes sind:

  • Zerstörungsfreie Messung
  • Kurze Messzeit
  • Kleinste Messfleckgröße von 100 µm

Damit können die Schichtdicken auf kleinsten Schneidezähnen von kostspieligen Werkzeugen genau gemessen werden. Zudem kann mit demselben Messgerät die metallische Zusammensetzung der Werkzeuge bestimmt werden, um z. B. das Herauslösen von Kobalt beim chemischen Entfernen alter Beschichtungen vor einem Nachbeschichten zu bestimmen.

TiN-Schicht auf HSS-Werkzeug

Schichtdicke


Einzelmesswerte




3,53

3,62

3,53

3,48

3,62

3,54

3,60

3,49

3,56

3,61

Mittelwert (10 Messungen)

3,56 µm

Standardabweichung

0,05 µm

Variationskoeffizient

1,47 %

Tab. 1: Messbeispiel einer TiN-Schicht auf HSS-Werkzeugstahl, gemessen mit FISCHERSCOPE X-RAY XDLM, Kollimator 0,1 mm und 10 s Messzeit

Zur Bestimmung der Dicke von Hartstoffschichten auf Werkzeugen und zur Überwachung des PVD-Beschichtungsprozesses ist das FISCHERSCOPE® X-RAY XDLM optimal geeignet. Für weitere Informationen steht Ihnen Ihr Fischer-Ansprechpartner gerne zur Verfügung.

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