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Flashcards in Werkzeugbeschichtung Deck (44):
1

Nennen Sie drei typische metallische Werkzeugwerkstoffe.

• Unlegierter Werkzeugstahl
• Kaltarbeitsstahl
• Warmarbeitsstahl
• Schnellarbeitsstahl (HSS)

2

Nennen Sie drei typische Verbundwerkstoffe für Werkzeuge.

• Hartmetalle (WC-TiC-Ta/NbC-Co)
• Cermet (Ti(C,N)-Mo(W)-Ni(Co))
• Ferrotitanat (TiC-Fe-Leg.)
• Polykristalliner Diamant (PKD)

3

Beschreiben Sie kurz den prinzipiellen Ablauf eines thermischen CVD-Prozesses.

gasförmiger Reaktand (Precursor) -> feste CVD-Schicht +Abgase

4

Wie lautet die Reaktionsgleichung für das Abscheiden von TiC in einem
thermischen CVD-Prozess?

TiCl4 + CH4 -> TiC + 4 HCI

5

Nennen Sie den typischen Temperaturbereich für das Substrat bei thermischen
CVD-Prozessen.

T_substrat = 800 °C bis 1000 °C

6

Nennen Sie den typischen Druckbereich für thermische CVD-Prozesse zur
Werkzeugbeschichtung

p = 10^3 Pa bis 1,5·10^4 Pa

7

Nennen Sie die drei prinzipiellen Schritte beim PVD-Prozess.

1. Verdampfen
2. Transportieren
3. Kondensieren

8

Wie unterscheiden sich die CVD- und PVD-Prozess in Bezug auf die Bereitstellung
des gasförmigen Ausgangsmaterials?

• Beim CVD-Prozess liegen die Edukte als gasförmige chemische Verbindung vor
• Beim PVD-Prozess wird das Schichtmaterial mittels Energiezuführung verdampft

9

In welchem Temperaturbereich laufen PVD-Prozesse für die
Werkzeugbeschichtung typischerweise ab?

T_S = 400 - 650 °C

10

In welchem Druckbereich finden PVD-Prozesse für die Werkzeugbeschichtung
typischerweise statt?

p = 0,5 - 1 Pa

11

Welche Schichtdicken sind typischerweise beim CVD- und welche beim PVDProzess
erreichbar?

CVD: 4 - 25 μm
PVD: 2 - 6 μm (Ausnahme: EB-PVD > 150 μm)

12

Nennen Sie drei Vorteile des CVD-Prozesses.

• Einfache Chargierung
• Erreichbare Schichtdicken größer
• Sehr gute Haftung

13

Nennen Sie drei Vorteile PVD-Prozesses.

• Bessere Kantenschärfe
• Umweltverträgliche Ausgangsstoffe und Abgase
• Schichtqualität (glatter, homogener, Druckspannungen in der Schicht)

14

Nennen Sie die vier Hauptziele der Beschichtung mit Hartstoffen.

Verschleißschutz
Warmfestigkeit
Oxidationsschutz
Reibminderung

15

Nennen Sie vier gängige Hartstoffbeschichtungen.

• TiN
• TiC
• CrN
• ZrN

16

Wodurch sind Hartstoffe charakterisiert?

Sie haben eine Härte von > 1000 HV

17

Nennen Sie je einen Vor- und einen Nachteil eines hohen kovalenten
Bindungsanteils in einem Hartstoff.

+Härte
+ Hochtemperatureigenschaften
- Haftung

18

Nennen Sie je einen Vor- und einen Nachteil eines hohen metallischen
Bindungsanteils in einem Hartstoff.

+Zähigkeit
+Haftung
- Härte

19

Nennen Sie je einen Vor- und einen Nachteil eines hohen ionischen
Bindungsanteils in einem Hartstoff.

+ chemische Stabilität
+ geringe Reaktionsneigung
- Sprödigkeit

20

Welche Anforderung wird an die Oberfläche der aufgebrachten Schicht gestellt?

geringe Neigung zur Wechselwirkung

21

Welche weitere Anforderung wird an das Werkzeugschichtmaterial
gestellt?

hohe Härte und Zähigkeit

22

Welche Anforderung wird eine Werkzeugbeschichtung gestellt?

gute Haftung auf dem Substrat

23

Nennen Sie die drei grundsätzlich mögliche Schichtarchitekturen und geben Sie
jeweils eine charakteristische Eigenschaft an.

• Kolumnares Wachstum
- anisotropes Werkstoffverhalten
• Feinkristallines Wachstum
- quasiisotropes Werkstoffverhalten (durch wiederholte Keimbildung während der
Beschichtung)
• Multilayerstrukturen
- Festigkeitssteigerung durch alternierende Schichtsysteme

24

Wie werden PVD-Multilayerschichten praktisch hergestellt?

• Durch rotierende Beschichtung des Substrats in einer PVD-Kammer mit mehreren
Targets
• Ein-/ Ausschalten mehrerer Quellen

25

Nennen Sie drei Vorteile von PVD-Multilayerschichten.

• Lange Lebensdauer
• Abbau von Eigenspannungen
• Steigerung der Schichtdicke
• Steigerung der Härte

26

Wie ändern sich die mechanischen Eigenschaften (Härte und E-Modul} einer
Schicht, wenn anstatt einer einfachen Schicht (Monolayer) ein Nanolaminat
verwendet wird?

• Zunahme der Härte
• Abnahme des E-Moduls

27

Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau von Nanocomposites.

Nanokristallite von etwa 3 - 10 nm (z.B. TiAIN) sind von einer dünnen Schicht aus Matrix (z.B. alpha-Si3N4) von etwa 0,3 - 0,5 nm umgeben.

28

Nennen Sie vier positive Eigenschaften von Nanocomposites.

• Sehr gute Oxidationsbeständigkeit
• Hohe Härte (H_univ. - 40 GPa)
• Extreme Festigkeit
• Keine Rissausbreitung

29

Nennen Sie zwei Arten von Verschleiß, die ein Werkzeug unterliegt.

• Abrasion
• Adhäsion
• Tribooxidation
• Oberflächenermüdung

30

Geben Sie zwei typische Korrosionsmedien an, mit denen Werkzeugbeschichtungen
in Kontakt kommen.

• Kühlschmierstoffe
• Trennmittel
• Reinigungsmittel
• Umgebungsmedium (z.B. Luft)

31

Wie wirken sich hohe Temperaturen auf das Werkzeugverhalten aus?

Hohe Temperaturen verstärken Verschleiß- und Korrosionsangriffe. Diffusion und
Festigkeitsverlust bei hohen Temperaturen schwächen das Werkzeug.

32

Welche Belastungsart kann Rissbildung initiieren?

Thermische und mechanische Wechselbelastung.

33

Bei welchen Zerspanprozessen finden beschichtete Werkzeuge typischerweise
verstärkt Anwendung?

• Zerspanen mit Minimalmengenschmierung
• Hochgeschwindigkeitszerspanung
• Hartbearbeitung
• Hochleistungszerspanung

34

Nennen Sie drei Anforderungen an eine Zerspanungswerkzeugbeschichtung und
die zugehörige Werkstoffeigenschaft der Beschichtung.

• Abrasionswiderstand -> Hohe Härte, gute Festigkeit
• Adhäsionswiderstand -> Niedrige Oberflächenenergie
• Oxidationsbeständigkeit -> Chemische Stabilität

35

Welche Werkstückeigenschaft hat großen Einfluss auf die thermische Belastung
der Werkzeugschneide und wie wirkt sie sich aus?

Die Wärmeleitfähigkeit.
• Hohe Wärmeleitfähigkeit: geringere Schneidentemperatur, viel Wärmeabfuhr über
den Span und Werkstück.
• Niedrige Wärmeleitfähigkeit: hohe Schneidentemperatur und weniger Wärmeabfuhr
über Span und Werkstück.

36

Nennen Sie die beiden Möglichkeiten zur Steigerung der Oxidationsbeständigkeit
von TiAIN-Schichten und nennen Sie je eine konkrete Methode, wie diese
Steigerung erreicht werden kann.

1. Chemische Zusammensetzung:
- Steigerung des Al-Gehalts -> AITiN
- Substitution von Ti durch Cr -> CrAIN
2. Schichtstruktur:
- Multilayerstrukturen
- Nanocomposite

37

Bei welchen Urformverfahren werden Beschichtungen oft zum Schutz der
Werkzeuge eingesetzt?

• Druckguß (NE-Metalle: Al, Mg, Zn)
• Spritzguß (Kunststoffe)

38

Welche vier primären Schadensmechanismen gibt es beim Druckguß?

• Korrosion
• Kavitation
• Adhäsion
• Brandrisse

39

Nennen Sie drei Ziele von Beschichtungen auf Werkzeuge für das Urformen.

• Verschleißschutz
• Vermeiden von Brandrissen
• Verbesserung der Bauteilqualität
• Höhere Standzeiten

40

Was können PVD-Schichten beim Druckguss aus ökologischer und/oder ökonomischer Sicht verbessern?

• Reduktion der Trennmittel
• Verbesserung der Oberflächenqualität
• Erhöhung der Standzeit

41

Wodurch kann auf das Trennmittel beim Druckguss verzichtet werden?

Durch die Nutzung von antiadhäsiven PVD-Beschichtungen

42

Bei welchen drei Umformprozessen werden beschichtete Werkzeugbeschichtungen
eingesetzt?

• Kaltumformung
• Halbwarmumformen
• Warmumformen

43

Welches Verfahren wird bis jetzt zur Reibminderung und zum Verschleißschutz bei
hohen Umformgraden eingesetzt?

Zn-/Mn-Phosphatierung (Bondern)

44

Welche Vorteile bietet ein neues PVD-Konzept für die Kaltumformung von Stahl?

• Sehr guter Verschleißschutz (Abrasion/ Adhäsion)
• Exzellente Schichthaftung (Stoßbelastung)
• Niedriger Reibwert zur Reduzierung der Umformkräfte