Powłoka TiAlN – charakterystyka, zastosowanie i korzyści w narzędziach skrawających

Powłoka TiAlN (Tytanowo-Aluminiowo-Azotowa) to jedno z najbardziej zaawansowanych rozwiązań stosowanych w narzędziach skrawających, takich jak wiertła, frezy, noże tokarskie czy narzędzia do obróbki metalu. Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom TiAlN odgrywa kluczową rolę w zwiększaniu trwałości narzędzi, poprawie ich wydajności i odporności na zużycie w trudnych warunkach pracy. Czym jest powłoka TiAlN, jakie ma zastosowanie, z czego jest wykonana, jakie oznaczenia towarzyszą narzędziom z tą powłoką oraz jakie są popularne kombinacje TiAlN z innymi materiałami, takimi jak VHM i technologie PVD.

Czym jest powłoka TiAlN?

Powłoka TiAlN (Tytan Aluminium Azotek) to twarda i odporna na wysoką temperaturę warstwa nanoszona na narzędzia skrawające, która znacznie zwiększa ich żywotność oraz wydajność. Jej formuła opiera się na związku tytanu (Ti), aluminium (Al) oraz azotu (N), co nadaje jej unikalne właściwości, takie jak wysoka twardość, odporność na utlenianie oraz zdolność do pracy w wysokich temperaturach sięgających 900°C. TiAlN jest jedną z najczęściej wybieranych powłok w narzędziach stosowanych w precyzyjnej obróbce skrawaniem.

Skład powłoki TiAlN

Powłoka TiAlN składa się z następujących składników:

• Tytan (Ti) – zapewnia twardość oraz odporność na zużycie mechaniczne. Jego obecność gwarantuje narzędziom dużą trwałość w czasie eksploatacji.
• Aluminium (Al) – odpowiada za odporność na wysokie temperatury oraz utlenianie. Aluminium w TiAlN podwyższa stabilność chemiczną powłoki.
• Azot (N) – dodanie azotu do stopu TiAl podnosi ogólną odporność na ścieranie oraz zwiększa twardość powłoki, jednocześnie wspierając wytrzymałość na trudne warunki skrawania.

Warstwa TiAlN jest zazwyczaj nanoszona za pomocą technologii PVD (Physical Vapor Deposition), co zapewnia równomierne pokrycie narzędzi i precyzyjne odwzorowanie mikroskopijnych szczegółów narzędzi, takich jak krawędzie tnące.

Właściwości powłoki TiAlN

Powłoka TiAlN oferuje szereg korzyści, które czynią ją niezastąpioną w zaawansowanej obróbce skrawaniem:

• Wysoka twardość: Dzięki tytanowi i azotowi TiAlN jest niezwykle twarda, co przekłada się na wyższą odporność narzędzi na zużycie.
• Odporność na wysokie temperatury: Powłoka ta jest zdolna do pracy w ekstremalnych temperaturach, przekraczających 800-900°C, co sprawia, że idealnie nadaje się do operacji o dużych prędkościach skrawania.
• Odporność na utlenianie: Dzięki aluminium, TiAlN zachowuje swoje właściwości nawet w kontakcie z powietrzem w wysokich temperaturach, co ogranicza degradację narzędzi.
• Zmniejszone tarcie: Powłoka TiAlN zmniejsza współczynnik tarcia między narzędziem a obrabianym materiałem, co wpływa na lepsze odprowadzanie wiórów oraz niższe zużycie energetyczne.

Zastosowanie TiAlN w wiertłach i narzędziach skrawających

Powłoka TiAlN znajduje szerokie zastosowanie w wielu narzędziach skrawających, szczególnie w operacjach, które generują wysokie temperatury i wymagają dużej wytrzymałości narzędzi. Poniżej przedstawiamy przykładowe zastosowania:

1. Wiertła: Wiertła pokryte TiAlN doskonale sprawdzają się w obróbce stali nierdzewnej, stali narzędziowej, a także żeliwa i stopów aluminium. Powłoka chroni krawędzie tnące przed zużyciem i odkształceniem.
2. Frezy: TiAlN jest powszechnie stosowana w frezach używanych do frezowania materiałów o wysokiej twardości, w tym metali żaroodpornych i materiałów kompozytowych.
3. Noże tokarskie: Narzędzia tokarskie z powłoką TiAlN umożliwiają obróbkę w wyższych temperaturach oraz przy większych prędkościach, co jest kluczowe przy obróbce ciągłej i przerywanej.

Oznaczenia narzędzi z powłoką TiAlN

Narzędzia skrawające pokryte powłoką TiAlN są często oznaczane specjalnymi kodami lub symbolami, które ułatwiają ich identyfikację. Typowe oznaczenia obejmują:

• TiAlN – skrót oznaczający powłokę tytanowo-aluminiowo-azotową.
• PVD – oznaczenie metody nanoszenia powłoki, która zapewnia precyzyjne pokrycie narzędzia cienką warstwą materiału.
• VHM – symbol narzędzi z węglika spiekanego, które są często pokrywane powłoką TiAlN.

Powłoka TiAlN w połączeniu z VHM (Węglik Spiekany)

VHM (Volfram Hartmetall), czyli węglik spiekany, to jeden z najpopularniejszych materiałów używanych do produkcji narzędzi skrawających. Połączenie węglika spiekanego z powłoką TiAlN tworzy narzędzia o wyjątkowej twardości i trwałości. VHM zapewnia narzędziom doskonałą odporność na pękanie i deformacje, podczas gdy TiAlN chroni powierzchnię przed ścieraniem oraz poprawia odporność na wysokie temperatury.

Takie narzędzia, jak wiertła i frezy VHM pokryte TiAlN, są idealne do obróbki twardych materiałów w warunkach dużego obciążenia cieplnego, takich jak stal nierdzewna, żeliwo czy stopy tytanu.

Technologia PVD a powłoka TiAlN

Powłoka TiAlN jest nanoszona na narzędzia za pomocą technologii PVD (Physical Vapor Deposition). PVD to proces fizycznego osadzania par, który umożliwia tworzenie cienkich, jednolitych powłok o grubości zazwyczaj od 2 do 5 mikrometrów. PVD ma wiele zalet, w tym:

• Precyzyjne pokrycie: PVD zapewnia równomierne pokrycie narzędzia, nawet na skomplikowanych kształtach i drobnych detalach.
• Niska temperatura procesu: Metoda PVD jest prowadzona w niższych temperaturach niż inne metody, co pozwala na pokrywanie narzędzi węglikowych bez ryzyka ich odkształcenia.
• Ścisła kontrola parametrów: PVD umożliwia kontrolowanie takich parametrów, jak grubość powłoki i skład chemiczny, co zapewnia optymalną ochronę narzędzia.

Powłoka TiAlN tworzy narzędzia zdolne do sprostania najbardziej wymagającym zadaniom w obróbce metali, zwłaszcza w warunkach intensywnego zużycia i wysokich temperatur. Dzięki TiAlN narzędzia te mogą pracować z większymi prędkościami skrawania, dłużej utrzymują ostrość krawędzi tnących i są mniej podatne na zużycie termiczne, co obniża koszty produkcji i zwiększa efektywność procesów. Połączenie TiAlN z technologią PVD oraz materiałami takimi jak węglik spiekany (VHM) to doskonałe rozwiązanie dla firm poszukujących narzędzi o wyjątkowej wytrzymałości i długiej żywotności.