PVD-Beschichhtung

PVD-Beschichtung: Hochleistungsbeschichtung für Präzisionswerkzeuge

PVD ist die Abkürzung für Physical Vapour Deposition, zu Deutsch Physikalische Gasphasenabscheidung. Die PVD-Beschichtung macht Gebrauch von gasförmigem Beschichtungsmaterial, welches unter sogenannter physikalischer Abscheidung verdampft und am Substrat kondensiert, wo es eine dünne Schicht bildet. Aufgrund der sehr geringen Schichtdicken der PVD-Beschichtung von 1 µm und höchstens 15 µm ist es als Hochleistungsbeschichtung für den Werkzeugbau, Fertigungstechnik und Herstellung von Präzisionswerkzeugen sowie Feinmechaniken sehr interessant. PVD-Beschichtung dient als hervorragender Verschleißschutz, durch hohe Schichthärte, sowie guten Korrosionsschutz.

In diesem Artikel gehen wir der PVD-Beschichtung auf den Grund; lernen das Verfahren PVD-Beschichtung und dessen Vorteile kennen sowie die Teile und Industrien, an und in denen PVD-Beschichtung zur Anwendung kommt. Zuletzt wird eine Auswahl an PVD-Lohnbeschichtern in Deutschland aufgeführt.


Das sind der PVD-Beschichtung Vorteile

Die PVD-Beschichtung ist in Sektoren, wie Fertigungstechnik und Präzisionswerkzeugbau sehr interessant. Kein Wunder, schließlich hat sich die Hightech-Beschichtung durch folgende Vorteile einen Namen gemacht:

  • bildet extrem harte Metallverbindung, bis 3500 HV Mikrohärte
  • mikrofeine, nahezu porenfreie Oberfläche
  • korrosionsbeständig
  • Antihaft-Eigenschaften
  • abrasionsfest
  • verschleißfest
  • Schutz gegen korrosive Medien
  • sehr gute Maßhaltigkeit
  • umweltfreundliches Verfahren

Diese Vorzüge sind sehr brauchbar, wenn es um die Oberflächenveredlung von Werkzeugen zur Zerspanung, zum Schneiden, Fräsen, Umformen, Bohren, Stanzen, Pressen und dergleichen geht. Der Einsatz PVD-beschichteter Instrumente ist riesig, und reicht von der Medizintechnik über Lebensmittelindustrie bis zur Fertigungstechnik. Auch als Dekoration kommt PVD vor, und zwar von Paneelen im Automobilsektor bis zu Beschlägen und Besteck.


Das passiert beim Verfahren PVD-Beschichtung

PVD-Beschichtung Lichtbogen Verdampfung

Hohe Stromdichte im Funken des Lichtbogens erzeugt das explosive Verdampfen des Metalls

Legen wir also los beim Verfahren: Nach mehrstufigem chemischen Entfetten, (Ultraschall-)Reinigen, Mikrostrahlen und Spülen der Werkstücke, kommen die Teile in drehbaren Gestellen in einen geschlossenen Automaten, wo sie rotierend beschichtet werden. Der Prozess der PVD-Beschichtung im vakuumisierten Automaten dauert je nach Schichtdicke mehrere Stunden. Als Faustregel gilt: ca. 1 Stunde pro 1 Mikrometer. In der Vakuumkammer passiert Folgendes:

Lichtbogenentladung (Arc Evaporation)
Im Hochvakuum wird das metallische Beschichtungsmaterial (Kathodenmaterial) in fester Form in dampfförmigem Zustand freigesetzt. Durch elektrische Felder und Plasma werden die Beschichtungsteilchen zum Substrat transportiert. Nun wird reaktives Gas zugegeben – etwa Kohlenstoff oder Stickstoff –, und die Teilchen schlagen nieder und verbinden sich mit der Substratoberfläche zu einer harten Schicht.

Kathodenzerstäubung
Alternativ zur Lichtbogenentladung werden bei der Kathodenzerstäubung im Hochvakuum – auch Sputtern genannt – die Atome aus dem festen Beschichtungsmaterial gelöst, indem das Kathodenmaterial mit energiereichen Ionen beschossen wird. Auf diese Art geht das Material in die Dampfphase über. Daraufhin folgt die Abscheidung auf das Substrat und Schichtbildung.


PVD-Beschichtung: Farben und Beschichtungsmaterial

Abhängig von den gewählten Materialien zur PVD-Beschichtung entstehen neben der harten Oberfläche auch beeindruckende Farbtöne. Übrigens ist TiN-Lackierung mit Abstand die meistverwendete. Die Tabelle stellt die Nitridmischungen einander gegenüber. Es handelt sich um metallische Hartstoffe, beziehungsweise keramisches Material und Stickstoff.

Beschichtungs­materialPVD-Beschichtung FarbenPVD-Beschichtung SchichtdickePVD-Beschichtung TemperaturMikrohärte HV 0,05
Titannitrid TiNGold1 – 7 µmca. 450 °C2300 HV
Titancarbonitrid TiCNViolett/ Dunkelgrau1 – 5 µmca. 450 °C2300 HV
Titanaluminiumnitrid TiAlNSchwarz/Anthrazit1 – 5 µmca. 450 °C3500 HV
Titanaluminium­carbonitrid TiAlCNRosé2 – 4 µmca. 450 °C3500 HV

Als Substrat zur PVD-Beschichtung eignen sich im Allgemeinen alle Stähle mit Anlasstemperatur über 500 °C, Hartmetalle, legierter Stahl, unlegierter Stahl, Gusseisen,, Edelstahl, Titan, NE-Metall (Kupfer, Zink, Messing, Bronze) und Aluminium. Da die PVD-Beschichtung der letzte Veredlungsschritt der Teile ist, müssen diese vollständig gefertigt und gehärtet sein. Auch zur Antireflex-Beschichtung von Glas wird die Technik der PVD-Beschichtung eingesetzt.


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