Warum Tantalkarbid ideal für die Beschichtung von Schneidwerkzeugen ist

Materialeigenschaften

Tantalkarbidzeichnet sich durch seine hohe Festigkeit und Stabilität aus. Seine Härte erreicht etwa 27 bis 30 Gigapascal. Das ist vergleichbar mit anderen ultraharten Werkstoffen, die für Schneidwerkzeuge verwendet werden. Tantalcarbid kann auch bei hohen Temperaturen gut arbeiten. Sein Schmelzpunkt ist sehr hoch, was es unter extremen Bedingungen stabil macht. Einfach ausgedrückt: Es nutzt sich bei längerem Einsatz nicht so leicht ab.

Die Wissenschaftler stellen fest, dass seine Oxidationsbeständigkeit bemerkenswert ist. Wenn die Werkzeuge der beim Schneiden entstehenden Hitze ausgesetzt sind, bleibt die Beschichtung intakt. Auch die mechanische Belastung der Schneidkanten wird besser bewältigt, da das Material Stöße absorbieren kann, ohne zu brechen. Die chemische Inertheit von Tantalkarbid ist ein zusätzlicher Vorteil, da es während des Schneidprozesses nicht mit anderen Substanzen reagiert. Diese spezifischen Eigenschaften sind wohlbekannt und wurden durch viele industrielle Fälle bestätigt, was diese Beschichtung zu einer zuverlässigen Wahl für Bearbeitungsprozesse macht.

Anwendungen im Werkzeugbau und bei der Bearbeitung

Im Werkzeugbau ist der Einsatz von Beschichtungen zur Verbesserung der Werkzeugstandzeit am weitesten verbreitet. Die ideale Werkzeugbeschichtung für diese Anwendung ist Tantalkarbid. Tantalkarbid wird als Hartstoffbeschichtung auf Hartmetallwerkzeugen verwendet, in der Regel in Mischung mit TiC, TiN oder Al₂O₃. Es wird auch als Zusatzstoff in Cermet-Werkzeugen zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit und als Matrixmaterial in Ultrahochtemperaturkeramiken für die Luft- und Raumfahrt verwendet.

Es wird in vielen Schneidwerkzeugen für die Metallbearbeitung und das Schneiden harter Materialien verwendet. Fräser und Bohrer, die mit Tantalkarbid beschichtet sind, arbeiten zum Beispiel besser. Sie schneiden gleichmäßiger und mit geringerer Reibung und bleiben länger scharf als unbeschichtete Fräser.

Zerspanungsmechaniker stellen fest, dass mit Tantalkarbid beschichtete Werkzeuge bei der Bearbeitung von Hartmetallen weniger Verschleiß aufweisen. Das bedeutet, dass sie weniger zum Schärfen oder Auswechseln in die Werkstatt fahren müssen. Die hervorragende Wärmeleitfähigkeit sorgt dafür, dass die bei der Bearbeitung entstehende Wärme kontrolliert wird. Beim Drehen von Stahlteilen beispielsweise verhindert die Werkzeugbeschichtung, dass das Werkzeug zu schnell stumpf wird. Die längere Lebensdauer der Werkzeuge führt langfristig zu Kosteneinsparungen. Industrielle Anwendungen haben gezeigt, dass selbst bei der Bearbeitung extrem harter Legierungen und Metalle Werkzeuge mit Tantalkarbidbeschichtung seltener ausfallen.

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Vergleich mit anderen Hartmetallen: Tantalkarbid versus Wolframkarbid

Wenn wir Tantalkarbid mit Wolframkarbid vergleichen, sind einige Punkte zu beachten. Wolframkarbid ist sehr beliebt. Aufgrund seiner Härte und Haltbarkeit wird es in verschiedenen Industriewerkzeugen verwendet. Tantalcarbid hat jedoch einige Vorteile, vor allem seinen hohen Schmelzpunkt. Während Wolframkarbid auch bei Temperaturen unter 1000 °C gut funktioniert, kann Tantalkarbid viel höhere Temperaturen vertragen. Dies macht es zu einer besseren Wahl für Hochleistungsanwendungen, bei denen viel Hitze entsteht.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Oxidation. Wolframkarbid oxidiert schneller, wenn es bei hohen Temperaturen der Luft ausgesetzt wird, während Tantalkarbid der Oxidation besser widersteht. Vereinfacht gesagt, können mit Tantalkarbid beschichtete Werkzeuge unter rauen Bedingungen länger arbeiten. Obwohl Wolframkarbid manchmal billiger ist, kann die längere Standzeit von Tantalkarbid zu niedrigeren Gesamtwartungskosten führen.

Weitere Informationen finden Sie unterStanford Advanced Materials (SAM).

Herstellung und Verarbeitung

Das Aufbringen von Tantalkarbidbeschichtungen auf Schneidwerkzeuge ist ein technologisch anspruchsvolles Verfahren. Üblich sind Verfahren wie die physikalische und die chemische Abscheidung aus der Gasphase (Vapor Deposition). Bei diesen Verfahren wird eine dünne, gleichmäßige Schicht aus Tantalkarbid auf die Werkzeugoberfläche aufgebracht. Der Prozess wird sehr sorgfältig kontrolliert, um sicherzustellen, dass die Beschichtung gut haftet und eine vollständige Abdeckung bietet.

Schleifmittel und Superabrasives

Schleifmittel spielen bei vielen Bearbeitungs- und Schneidanwendungen eine wichtige Rolle. Auch Tantalkarbid hat seinen Weg in Schleifmittel und Superschleifmittel gefunden. Seine Härte macht es zu einer ausgezeichneten Ergänzung für Schleifmittel-Verbundstoffe. Tantalkarbidpulverwird Schleifscheiben und Polierwerkzeugen zugesetzt, die für ultraharte Materialien wie Saphir, Quarz und gehärteten Stahl verwendet werden.

Superschleifmittel aus Tantalkarbid sind für extrem harte Einsatzbedingungen geeignet. Sie tragen dazu bei, die Präzision bei nachfolgenden Bearbeitungsprozessen zu erhalten. Ich habe schon viele Werkzeuge mit diesen Beschichtungen in rauen Umgebungen, wie z. B. in Metallwerkstätten und auf Baustellen, in der Hand gehabt. Ihre hervorragende Leistung bei abrasiven Anwendungen beruht auf denselben Materialeigenschaften, die sie als Schutzbeschichtungen wertvoll machen. Dies macht Tantalkarbid zu einem vielseitig einsetzbaren Material, das sowohl als dauerhafte Beschichtung als auch als Bestandteil von Hochleistungsschleifmitteln verwendet werden kann.

Schlussfolgerung

Tantalkarbid ist ein idealer Werkstoff für Schneidwerkzeugbeschichtungen. Dank seiner überragenden Härte und thermischen Stabilität eignet es sich gut für den Einsatz in rauen Umgebungen. Die verbesserte Beständigkeit gegen Verschleiß, Oxidation und hohe Temperaturen führt zu einer längeren Lebensdauer der Werkzeuge und zu Kosteneinsparungen.

Häufig gestellte Fragen

F: Warum wird Tantalkarbid in Schneidwerkzeugen verwendet?
F: Es bietet hohe Härte, große Temperaturbeständigkeit und reduziert den Werkzeugverschleiß während des Schneidens.

F: Was ist der Unterschied zwischen Tantalkarbid und Wolframkarbid?
F: Tantalkarbid hält höheren Temperaturen stand und ist oxidationsbeständiger als Wolframkarbid.

F: Für welche Anwendungen sind Tantalkarbidbeschichtungen von Vorteil?
F: Schneidwerkzeuge, Fräser und Schleifmittel weisen mit diesen Beschichtungen eine höhere Genauigkeit und Langlebigkeit auf.