22.11.2023

Development of customised diamond coatings

With its in-depth knowledge in the field of coating technology, MAPAL also develops extremely hard and wear-resistant diamond coatings for machining materials such as CFRP, ceramics, graphite and aluminium alloys. MAPAL’s machining solutions thus achieve longer tool lives and more process reliability especially for applications in the automotive and aerospace industry, in the die & mould sector and in medical technology.

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Inside view of a reactor during the HF CVD coating process.
  • Inside view of a reactor during the HF CVD coating process.
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    Inside view of a reactor during the HF CVD coating process. ©MAPAL 

  • SEM image of the break edge of a diamond-coated solid carbide tool. Enlarged: 3,000x.
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    SEM image of the break edge of a diamond-coated solid carbide tool. Enlarged: 3,000x. ©MAPAL 

  • The OptiMill-Composite-Speed-Plus solid carbide milling cutter can be seen during the machining of a CFRP material.
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    The homogeneous CVD diamond coating from MAPAL ensures long tool lives and a high level or process reliability, for example with the OptiMill-Composite-Speed-Plus solid carbide milling cutter for CFRP workpiece materials. ©MAPAL 
SEM image of the break edge of a diamond-coated solid carbide tool. Enlarged: 3,000x.
SEM image of the break edge of a diamond-coated solid carbide tool. Enlarged: 3,000x.   ©MAPAL

New coating processes thanks to CVD diamond reactors

Zum Fräsen oder Bohren stark abrasiver Materialien sind reine Diamantschichten erforderlich. Das in der MAPAL Gruppe eingesetzte Verfahren zur Synthese von Diamantschichten ist eine Abwandlung des rein thermischen CVD und nennt sich Hot‐Filament‐CVD, kurz HF-CVD. Für die Beschichtung von Schaftwerkzeugen sind herkömmliche CVD-Schichten ungeeignet, weil es aufgrund der Werkzeuglängen und der hohen Beschichtungstemperaturen meist zu einem Längenverzug kommt. Bei HF-CVD erhitzen Drähte aus Refraktärmetallen ein Gemisch aus Wasserstoff und Methan auf Temperaturen bis zu 2.500 Grad. Dabei bilden sich sehr reaktive Methylradikale, die sich nach und nach auf der bekeimten Hartmetalloberfläche als Diamantschicht abscheiden. MAPAL stehen dafür eigene CVD-Diamant-Reaktoren zur Verfügung.
Es ist der OptiMill-Composite-Speed-Plus Vollhartmetallfräser während der Zerspanung eines CFK-Werkstoffes zu sehen.
Die homogene CVD-Diamantbeschichtung von MAPAL sorgt für lange Standzeiten und hohe Prozesssicherheit, zum Beispiel beim OptiMill-Composite-Speed-Plus Vollhartmetallfräser für CFK-Werkstoffe.   ©MAPAL

„In den vergangenen Jahren haben wir uns intensiv mit der Verbesserung des Diamantbeschichtungsprozesses beschäftigt und MAPAL bei der Werkzeugherstellung neue Möglichkeiten eröffnet“, berichtet Dr. Martin Kommer, Teamleiter R&D Cutting Material / Coating bei MAPAL. Der Werkzeughersteller habe nun die komplette Werkzeugauslegung von der passenden Geometrie über die Auswahl eines geeigneten Hartmetalls bis hin zur Beschichtung in der eigenen Hand. Damit können Werkzeuge noch gezielter auf die Anforderungen der Kunden hin ausgelegt werden. Die Entwicklungsabteilung in Aalen verfügt über ein eigenes Zerspanungszentrum, das neue Werkzeuge unter anderem auf Standzeit und Verschleißverhalten untersucht. 


Da der Beschichtungsprozess über eine chemische Reaktion in Kombination mit einer mechanischen Verklemmung funktioniert, sind bei der Vorbehandlung das definierte Ätzen der Hartmetalloberfläche und eine Bekeimung wichtig. Weil dafür nicht jedes Hartmetall infrage kommt, evaluiert MAPAL geeignete Substrate. Ob bei der Beschichtung feinkörnige mikrokristalline oder nanokristalline Schichten entstehen, wird über Temperatur, Druck und Fluss der jeweiligen Reaktivgase während des Prozesses gesteuert. Theoretisch können per HF-CVD Schichten bis zu einer Dicke von 50 µm erzeugt werden. Für die Beschichtung seiner Werkzeuge beschränkt sich MAPAL derzeit auf den Bereich zwischen 3 µm und 15 µm, abhängig der jeweiligen Anwendung.

Der optimierte HF-CVD-Prozess erzeugt Schichten mit nahezu homogener Dicke, was MAPAL bei der Entwicklung seines OptiMill‐Composite‐Speed‐Plus nutzt. In der jeweiligen Zerspanungsanwendung kann damit die gesamte Schneidenlänge unabhängig von der Schnitttiefe prozesssicher genutzt werden.
Kathrin Rehor, PR Project Manager bei MAPAL

Kontakt

Kathrin Rehor Public Relations Kathrin.Rehor@mapal.com Tel.: +49 7361 585 3342

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