Die hitzebeständige Beschichtung der Drahtziehmatrize hält Reibungstemperaturen von 800 °C stand, ohne zu erweichen

Wenn eine Drahtziehmatrize mit hoher Geschwindigkeit läuft, erzeugt die Reibung am Reduktionskegel starke lokale Hitze. Bei kohlenstoffreichem Stahl und Edelstahldraht können die Oberflächentemperaturen am Matrizenlager 600–800 °C erreichen. Herkömmliche Hartmetallmatrizen beginnen deutlich unterhalb dieser Schwelle weich zu werden. Trotz seiner Härte bei Raumtemperatur verliert Wolframkarbid oberhalb von 500 °C deutlich an Festigkeit – die Bindephase, typischerweise Kobalt, beginnt sich plastisch zu verformen, wodurch sich die Karbide verschieben und die Matrizenbohrung ihre präzise Geometrie verliert. Die Folge sind ovaler Draht, Oberflächenrauheit und Werkzeugversagen, lange bevor die Tonnagevorgabe erreicht ist.

Ein in der Schweiz ansässiges Unternehmen für Stanzformtechnologie hat ein Beschichtungssystem eingeführt, das diese thermische Einschränkung direkt angeht. Ihre neue beschichtete Drahtziehmatrize verfügt über eine proprietäre Beschichtung auf Aluminium-Chrom-Nitrid-Basis (AlCrN), die mittels kathodischer Lichtbogen-PVD in einer Dicke von 4 bis 6 Mikrometern aufgebracht wird. Die Beschichtung behält ihre Härte von 3.200 HV (Vickers) bei Temperaturen bis zu 800 °C, ohne messbare Phasenumwandlung oder Erweichung. Unabhängige Tests an einem deutschen Drahtinstitut haben den Reibungskoeffizienten bei 0,35 bei Trockengleiten bei 700 °C gemessen – vergleichbar mit der Leistung der Matrize bei Raumtemperatur.

Die Vorteile sind am deutlichsten bei Hochgeschwindigkeitsziehanlagen, wo die Wärmeansammlung konstant ist. Ein spanischer Federdrahthersteller verglich unbeschichtete Wolframcarbid-Matrizen mit den neuen AlCrN-beschichteten Matrizen in einem gleichzeitigen Lauf mit zwei Drähten. Die unbeschichteten Matrizen mussten alle 30 Tonnen nachgeschliffen werden; Die beschichteten Matrizen liefen 120 Tonnen, bevor sie den ersten Mikrometer Verschleiß zeigten – eine Verlängerung der Matrizenlebensdauer um 300 %. Die beschichteten Matrizen sorgten außerdem für eine gleichmäßigere Ovalität des Drahtes während des gesamten Durchlaufs, wodurch der Ausschuss in der nachgelagerten Qualität um 60 % reduziert wurde.

Für verzinkte Drahtziehsteine ​​bestand die Herausforderung schon immer aus zwei Gründen: Hitze und Zinkhaftung. Bei hohen Temperaturen verschmiert die Zinkbeschichtung und es entsteht eine Aufbaukante, die die Drahtoberfläche zerkratzt und die Ziehkraft erhöht. Die niedrige Oberflächenenergie und die thermische Stabilität der AlCrN-Beschichtung verhindern ein Anhaften des Zinks, während die Oxidationsbeständigkeit der Beschichtung das Matrizenlager frei von harten Oxidknötchen hält, die sich auf unbeschichteten Hartmetalloberflächen bilden. Ein belgischer Hersteller von verzinktem Draht berichtete, dass beschichtete Matrizen zwischen den Reinigungszyklen 16 Stunden liefen – gegenüber nur 4 Stunden bei Standard-Wolframkarbid-Matrizen – wodurch sich der Reinigungsaufwand und die Ausfallzeiten für den Matrizenwechsel um über 70 % verringerten.

Die Hitzebeständigkeit der Beschichtung vereinfacht zudem die Chip-Wartung. Bediener können die Linie über längere Schichten hinweg kontinuierlich betreiben, ohne anzuhalten, um den Matrizenkasten abzukühlen – eine gängige Praxis bei unbeschichteten Matrizen, um thermische Schäden zu vermeiden. Die reduzierten thermischen Zyklen verlängern die Gesamtlebensdauer des Chips und verringern das Risiko von Thermoschockrissen im Hartmetallsubstrat.

Die Kosten für die AlCrN-Beschichtung betragen etwa 25–30 % des Preises einer neuen Matrize, was sie zu einer attraktiven Nachrüstung bestehender Hartmetallwerkzeuge macht. Bei Mühlen, in denen mehrere Stränge gleichzeitig betrieben werden, amortisiert sich die Beschichtung innerhalb des ersten Betriebsmonats – nicht durch eine komplexe Automatisierung, sondern einfach dadurch, dass sie hart bleibt, wenn alles andere weich wird.