Forschungsprojekt: Wie hochtemperaturfeste AlTiN-Beschichtungen länger halten sollen

12.02.2026

Eine forscherin im Labor und zwei Werkzeuge von Gühring

Im Projekt AlTiNTec-II untersuchen die Partner, wie sich spezielle verschleißmindernde Hartstoffbeschichtungen auf Werkzeugen im Schneidprozess verhalten – besonders bei hohen Temperaturen. Ziel ist es, die Standzeit von Beschichtungen zu verlängern und dadurch die Bearbeitung stabiler und effizienter zu machen.

Bei aluminiumreichen (Ti,Al)N-Schichten handelt es sich um sogenannte Hartstoffschichten aus Aluminium-Titan-Nitrid (AlxTi1-xN). Aluminiumreiche (AlxTi1-xN)-Schichten können eine deutlich bessere Verschleißfestigkeit bieten – vor allem dann, wenn sie überwiegend aus einer harten kubischen Phase bestehen. Das zentrale Problem ist, dass sich die harte kubische Phase bei hohen Einsatztemperaturen abbauen bzw. degradieren kann. Das bedeutet: Die Struktur der Schicht verändert sich so, dass sie ihre Vorteile (z. B. hohe Härte und Verschleißschutz) teilweise verliert – und das Werkzeug schneller verschleißt.

FACTEN ZUM PROJEKT

Projektname: AlTiNTec-II
Antragsnummer: 100705132
Förderung: EFRE-Projekt
Projektzeitraum: 01.11.2025 – 31.10.2027
Projektpartner: Dr. Gühring KG, PMG Precision Mechanics Group GmbH, CeWOTec gGmbH, TU BA Freiberg, Fraunhofer FEP, Fraunhofer IKTS

Was ist das Ziel des Projekts?

Das Projekt verfolgt mehrere klare Ziele:

  • Degradationsmechanismen identifizieren
  • Schichtarchitektur optimieren (z. B. Gradient oder Multilagen)
  • Standzeit verlängern durch gezielte Dotierung und Aufbau der Schicht
  • Anwendungsempfehlungen ableiten, wann und wie hoch-Al-haltige Schichten ideal eingesetzt werden
  • kritische Elemente ersetzen, um schädliche Reaktionen zu unterdrücken

Am Ende soll das Verständnis so gut sein, dass sich Beschichtungen gezielt so entwickeln lassen, dass sie unter realen Bedingungen länger stabil bleiben. Wenn die Beschichtungen temperaturstabiler werden, profitieren Anwender ganz direkt durch längere Werkzeugstandzeiten, weniger Werkzeugwechsel, höhere Prozesssicherheit, potenziell höhere Zerspangeschwindigkeit und eine effizientere Bearbeitung bei anspruchsvollen Werkstoffen.

Was wird im Projekt untersucht?

Das Projekt betrachtet verschiedene Varianten aluminiumreicher (Ti,Al)N-Schichten, darunter:

  • Gradientenschichten (Eigenschaften ändern sich über die Schichtdicke)
  • Multilagenschichten (mehrere Lagen mit unterschiedlichen Funktionen)
  • gezielt dotierte Schichten (Zusatz von Elementen zur Stabilisierung)

Ein besonderer Fokus liegt auf Schichten mit hohem Anteil an kubisch flächenzentriertem (kfz) (AlxTi1-xN). Die Schichten werden mit verschiedenen Abscheideverfahren erzeugt, darunter: Kathodische Lichtbogenverdampfung (CAE), Chemische Dampfphasenabscheidung (CVD), Atomic Layer Deposition (ALD), Puls-Magnetron-Sputtern (PMS). Durch den Vergleich dieser Methoden lassen sich Unterschiede in der Struktur und Stabilität der Schichten besser bewerten.

Im Projekt werden mehrere wichtige Mechanismen betrachtet, die bei hohen Temperaturen auftreten und den Verschleiß deutlich beschleunigen können, zum Beispiel: Hochtemperatur-Instabilität von mit Aluminium „übersättigten“ kfz-(AlxTi1-xN), Entmischung, Phasenumwandlung (die harte kubische Phase wandelt sich teilweise in andere Phasen um), Oxidation (Bildung neuer Oxidphasen an der Oberfläche), Interdiffusion (Elemente wandern zwischen Schutzschicht und Werkstückmaterial).

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