Werkzeugwissen - Bohrer & Beschichtungen erklärt

TiN, TiCN, TiAlN, AlTiN, DLC und ZrN im Vergleich

Wer beim Kauf von Metallbohrern genauer hinsieht, stößt schnell auf Bezeichnungen wie TiN, TiCN, TiAlN oder DLC. Häufig erkennt man beschichtete Bohrer bereits an ihrer goldenen, violetten, grauen oder dunklen Oberfläche. Doch die Farbe allein sagt wenig darüber aus, wofür ein Bohrer tatsächlich geeignet ist.

Eine Werkzeugbeschichtung soll vor allem Reibung und Verschleiß reduzieren, die Wärmebeständigkeit verbessern und dadurch unter geeigneten Einsatzbedingungen die Standzeit des Bohrers erhöhen. Allerdings besitzt nicht jede Beschichtung dieselben Eigenschaften. Eine Beschichtung, die bei der Bearbeitung von Stahl hervorragend funktioniert, kann für Aluminium beispielsweise weniger geeignet sein.

In diesem Ratgeber erklären wir die wichtigsten Beschichtungen von Bohrern und anderen Zerspanungswerkzeugen sowie ihre jeweiligen Vor- und Nachteile.

Warum werden Bohrer überhaupt beschichtet?

Beim Bohren entstehen an den Schneiden hohe mechanische Belastungen. Gleichzeitig erzeugt die Reibung zwischen Bohrer, Span und Werkstück Wärme.

Besonders bei höheren Schnittgeschwindigkeiten kann die Temperatur an der Schneide stark ansteigen.

Eine geeignete Beschichtung bildet eine sehr dünne, harte Funktionsschicht auf dem Grundwerkstoff des Bohrers. Sie kann unter anderem:

• den Verschleiß der Schneide reduzieren,
• die Reibung beeinflussen,
• die Wärmebeständigkeit erhöhen,
• das Anhaften von Werkstoff reduzieren,
• höhere Schnittgeschwindigkeiten ermöglichen,
• die Standzeit verlängern.

Wichtig dabei: Die Beschichtung macht aus einem ungeeigneten Bohrer keinen geeigneten Bohrer. Geometrie, Grundwerkstoff, Schnittwerte, Kühlung und die zu bearbeitende Werkstoffgruppe bleiben entscheidend.

Was befindet sich unter der Beschichtung?

Beschichtungen werden unter anderem auf HSS-, HSS-Co- und Hartmetallwerkzeugen eingesetzt.

Die eigentliche Beschichtung ist nur wenige Mikrometer dick. Sie wird typischerweise mit Verfahren wie PVD – Physical Vapor Deposition – aufgebracht.

Das bedeutet auch: Wird ein beschichteter Bohrer nachgeschliffen, wird die Beschichtung an den nachgeschliffenen Flächen entfernt.

Der Bohrer kann anschließend weiterhin verwendbar sein, besitzt dort jedoch nicht mehr die ursprünglichen Eigenschaften der Beschichtung.

1. TiN – Titannitrid

TiN gehört zu den bekanntesten Werkzeugbeschichtungen überhaupt.

Charakteristisch ist die auffällige goldgelbe Farbe. Titannitrid wird bereits seit vielen Jahren für Bohrer, Fräser, Gewindewerkzeuge und andere Schneidwerkzeuge eingesetzt.

Eigenschaften von TiN

TiN bietet eine gute Kombination aus:

• hoher Oberflächenhärte,
• Verschleißschutz,
• verringerter Reibung,
• guter universeller Einsetzbarkeit.

Damit ist TiN eine klassische Allround-Beschichtung.

Geeignet für

Je nach Werkzeug beispielsweise:

• allgemeine Stähle
• Gusseisen
• verschiedene NE-Metalle
• universelle Metallbearbeitung

Vorteile von TiN

• guter Verschleißschutz
• bewährte Beschichtung
• vielseitig einsetzbar
• häufig gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
• leicht an der goldenen Oberfläche zu erkennen

Nachteile von TiN

• geringere Warmhärte als modernere Hochleistungsbeschichtungen
• für sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten nur eingeschränkt geeignet
• bei anspruchsvollen Hochtemperaturanwendungen sind TiAlN oder AlTiN häufig geeigneter

Wann ist TiN sinnvoll?

Für einen universell eingesetzten Metallbohrer ist TiN nach wie vor eine interessante Beschichtung. Besonders wenn keine extremen Schnittgeschwindigkeiten oder Temperaturen auftreten, bietet sie einen guten Kompromiss aus Kosten und Verschleißschutz.

2. TiCN – Titancarbonitrid

TiCN steht für Titancarbonitrid und ist eine Weiterentwicklung titanhaltiger Hartstoffschichten.

Durch die Einbindung von Kohlenstoff entsteht eine sehr harte Beschichtung mit hoher Verschleißfestigkeit.

Optisch erscheint TiCN häufig grau, blaugrau oder violett-grau.

Eigenschaften von TiCN

TiCN zeichnet sich insbesondere durch:

• sehr hohe Härte,
• hohe Abriebfestigkeit,
• gute Verschleißbeständigkeit

aus.

Geeignet für

TiCN findet sich unter anderem auf:

• Bohrern
• Fräsern
• Gewindebohrern
• Reibahlen
• anderen Zerspanungswerkzeugen

und kann insbesondere bei abrasiver Beanspruchung Vorteile bieten.

Vorteile von TiCN

• härter und verschleißfester als viele klassische TiN-Schichten
• guter Schutz gegen abrasiven Verschleiß
• kann die Standzeit deutlich verbessern
• gut für stark beanspruchte Schneidwerkzeuge

Nachteile von TiCN

• Temperaturbeständigkeit ist nicht die größte Stärke der Beschichtung
• für sehr heiße Bearbeitungsprozesse können TiAlN und AlTiN geeigneter sein
• nicht automatisch für jeden Werkstoff die beste Wahl

TiN oder TiCN?

Vereinfacht gesagt:

TiN ist der klassische Allrounder.

TiCN bietet eine höhere Härte und ist interessant, wenn insbesondere der abrasive Verschleiß reduziert werden soll.

3. TiAlN – Titan-Aluminium-Nitrid

TiAlN steht für Titan-Aluminium-Nitrid.

Diese Beschichtung wurde insbesondere für Anwendungen entwickelt, bei denen während der Zerspanung hohe Temperaturen entstehen.

TiAlN besitzt meist eine dunkle violette, anthrazitfarbene oder nahezu schwarze Oberfläche.

Warum ist Aluminium in der Beschichtung?

Bei hohen Temperaturen kann sich an der Oberfläche eine aluminiumoxidreiche Schutzschicht bilden. Sie wirkt als zusätzliche Barriere gegen thermische und oxidative Belastung.

Das macht TiAlN besonders interessant für leistungsfähige Zerspanungsprozesse.

Geeignet für

Je nach Werkzeug und Schneidstoff unter anderem:

• Stahl
• legierte Stähle
• gehärtete Werkstoffe
• Gusseisen
• Anwendungen mit höheren Schnittgeschwindigkeiten

Vorteile von TiAlN

• hohe Warmhärte
• sehr gute Temperaturbeständigkeit
• hoher Verschleißschutz
• für anspruchsvolle Zerspanung geeignet
• ermöglicht bei geeigneten Anwendungen höhere Schnittgeschwindigkeiten

Nachteile von TiAlN

• für Aluminiumlegierungen nicht automatisch die beste Wahl
• vergleichsweise hochwertige und damit häufig teurere Beschichtung
• Vorteile kommen bei einfachen Anwendungen nicht immer zum Tragen

Warum ist TiAlN trotz „Aluminium“ nicht unbedingt ideal zum Bohren von Aluminium?

Das wirkt zunächst widersprüchlich.

Der Begriff Aluminium in TiAlN beschreibt jedoch die chemische Zusammensetzung der Beschichtung und nicht automatisch den Werkstoff, für den sie bestimmt ist.

Bei der Bearbeitung von Aluminium ist die Neigung des Werkstoffs zum Anhaften beziehungsweise zur Aufbauschneidenbildung ein wichtiges Thema. Deshalb werden hierfür häufig sehr glatte, dafür optimierte Werkzeugoberflächen oder andere Beschichtungssysteme eingesetzt.

4. AlTiN – Aluminium-Titan-Nitrid

AlTiN und TiAlN klingen fast identisch – und tatsächlich gehören beide zur selben Materialfamilie.

Der wesentliche Unterschied liegt im Verhältnis von Aluminium und Titan.

Bei AlTiN ist der Aluminiumanteil typischerweise höher. Dadurch kann die thermische und oxidative Beständigkeit weiter verbessert werden.

Geeignet für

AlTiN wird häufig bei anspruchsvollen Zerspanungsaufgaben eingesetzt, beispielsweise bei:

• hochlegierten Stählen
• gehärteten Stählen
• Gusseisen
• hoher thermischer Belastung
• hohen Schnittgeschwindigkeiten

Vorteile von AlTiN

• sehr hohe Temperaturbeständigkeit
• hohe Warmhärte
• guter Verschleißschutz
• hervorragend für stark thermisch belastete Werkzeuge
• gut für leistungsfähige Zerspanungsprozesse

Nachteile von AlTiN

• für einfache Bohrarbeiten häufig nicht notwendig
• höherer Preis
• nicht universell für alle NE-Metalle optimal
• Vorteile setzen passende Schnittbedingungen voraus

TiAlN oder AlTiN – wo liegt der Unterschied?

Die Bezeichnungen werden in der Praxis nicht immer völlig einheitlich verwendet. Grundsätzlich bezeichnet AlTiN jedoch meist Beschichtungen mit einem höheren Aluminiumanteil als TiAlN.

Vereinfacht lässt sich sagen:

Die tatsächlichen Eigenschaften hängen allerdings von der konkreten Schichtzusammensetzung und dem Beschichtungsverfahren des Herstellers ab.

5. DLC – Diamond-Like Carbon

DLC steht für „Diamond-Like Carbon“, also diamantähnlichen Kohlenstoff.

Dabei handelt es sich nicht um eine Diamantbeschichtung im eigentlichen Sinne. DLC bezeichnet eine Gruppe kohlenstoffbasierter Schichten mit Eigenschaften, die teilweise an Diamant erinnern.

Besonders interessant ist der sehr niedrige Reibungskoeffizient.

Eigenschaften von DLC

DLC-Beschichtungen können:

• sehr glatt sein,
• geringe Reibung erzeugen,
• hohe Härte besitzen,
• Anhaftungen reduzieren.

Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, bei denen das Ankleben des Werkstoffs an der Schneide problematisch ist.

Geeignet für

Je nach konkreter DLC-Schicht beispielsweise:

• Aluminium
• Aluminiumlegierungen
• Kupfer
• Messing
• andere NE-Metalle
• Kunststoffe und Verbundwerkstoffe bei geeigneter Werkzeugauslegung

Vorteile von DLC

• sehr geringe Reibung
• glatte Oberfläche
• reduziert Materialanhaftungen
• guter Verschleißschutz
• besonders interessant für NE-Metalle

Nachteile von DLC

• thermisch nicht mit AlTiN-Hochtemperaturschichten gleichzusetzen
• nicht für jede Stahlbearbeitung geeignet
• häufig höherer Preis
• Eigenschaften verschiedener DLC-Schichten können sich deutlich unterscheiden

Wann ist DLC besonders interessant?

Wenn ein weicher oder klebriger Werkstoff dazu neigt, an der Schneide zu haften, kann eine DLC-Beschichtung große Vorteile bieten.

Ein klassisches Beispiel ist die Bearbeitung bestimmter Aluminiumlegierungen.

6. ZrN – Zirkonnitrid

ZrN steht für Zirkonnitrid.

Die Beschichtung besitzt häufig eine hellgoldene bis gelbliche Oberfläche und wird unter anderem bei Werkzeugen für die Bearbeitung von NE-Metallen eingesetzt.

Eigenschaften von ZrN

ZrN bietet eine Kombination aus:

• hoher Härte,
• guter Verschleißfestigkeit,
• relativ geringer Reibung,
• guter Oberflächengüte.

Geeignet für

Je nach Werkzeug besonders interessant für:

• Aluminium
• Kupfer
• Messing
• verschiedene NE-Metalle
• teilweise Kunststoffe und Verbundmaterialien

Vorteile von ZrN

• guter Verschleißschutz
• vergleichsweise geringe Reibung
• geringe Neigung zu Materialanhaftungen bei geeigneten Werkstoffen
• interessant für Aluminium und andere NE-Metalle
• gute Oberflächenqualität möglich

Nachteile von ZrN

• weniger universell als TiN
• für extreme Hochtemperaturanwendungen sind andere Beschichtungen besser geeignet
• nicht überall so häufig erhältlich wie TiN oder TiAlN

Die sechs Bohrer-Beschichtungen im direkten Vergleich

Diese Einordnung ist bewusst vereinfacht. Die tatsächliche Eignung hängt immer vom konkreten Werkzeug, Grundwerkstoff, Beschichtungssystem und zu bearbeitenden Material ab.

Welche Beschichtung für welchen Werkstoff?

Für die Werkstatt lässt sich eine grobe Orientierung geben:

Allgemeine Stahlbearbeitung

TiN ist ein bewährter Allrounder. Bei höheren Anforderungen kommen TiCN, TiAlN oder AlTiN infrage.

Edelstahl

Hier spielen neben der Beschichtung vor allem Bohrergeometrie, Schneidstoff und richtige Schnittgeschwindigkeit eine große Rolle. Hochleistungsbeschichtungen wie TiAlN oder AlTiN können je nach Werkzeug Vorteile bieten.

Aluminium

Hier sind geringe Reibung und eine geringe Neigung zu Materialanhaftungen besonders wichtig. DLC oder ZrN können deshalb interessant sein. Auch unbeschichtete, speziell für Aluminium ausgelegte Werkzeuge können sehr gute Ergebnisse liefern.

Kupfer und Messing

ZrN und bestimmte DLC-Systeme können Vorteile bieten. Entscheidend bleibt jedoch auch hier die passende Schneidengeometrie.

Hochlegierte und härtere Stähle

Hier kommen die thermischen Vorteile von TiAlN und AlTiN stärker zum Tragen.

Ist ein beschichteter Bohrer automatisch besser?

Nein.

Das ist einer der wichtigsten Punkte beim Kauf.

Ein hochwertiger unbeschichteter Bohrer mit passender Schneidengeometrie kann für eine bestimmte Aufgabe besser funktionieren als ein günstiger beschichteter Bohrer.

Die Beschichtung ist nur ein Bestandteil des gesamten Werkzeugs.

Entscheidend sind außerdem:

• Grundwerkstoff des Bohrers
• Schneidengeometrie
• Spitzenwinkel
• Fertigungsqualität
• Rundlauf
• Schnittgeschwindigkeit
• Vorschub
• Kühlung beziehungsweise Schmierung
• Werkstoff des Werkstücks

Ein schlechter Bohrer wird durch eine goldene Oberfläche nicht automatisch zu einem guten Bohrer.

Vorsicht: Goldfarben bedeutet nicht automatisch TiN

Die Farbe eines Bohrers kann einen Hinweis auf die Beschichtung geben, ist aber kein zuverlässiger Nachweis.

Ein goldfarbenes Werkzeug muss nicht zwangsläufig hochwertig TiN-beschichtet sein. Oberflächen können auch auf andere Weise eingefärbt oder behandelt werden.

Achte deshalb auf die technischen Angaben des Herstellers und nicht ausschließlich auf die Farbe.

Beschichtet oder nur oberflächenbehandelt?

Auch hier gibt es einen wichtigen Unterschied.

Bei einer echten Hartstoffbeschichtung wird eine zusätzliche Funktionsschicht auf das Werkzeug aufgebracht.

Daneben gibt es Oberflächenbehandlungen, die das Aussehen oder bestimmte Eigenschaften der Werkzeugoberfläche verändern, ohne eine vergleichbare Hartstoffschicht zu erzeugen.

Begriffe wie „Titan-Optik“ oder lediglich eine goldene Farbe sagen deshalb noch nichts über die tatsächliche Beschichtung aus.

Was passiert beim Nachschleifen eines beschichteten Bohrers?

Ein stumpfer hochwertiger Bohrer kann nachgeschliffen werden.

Dabei wird jedoch Material an den Schneiden entfernt – und damit auch die dort vorhandene Beschichtung.

Das bedeutet:

Der Bohrer ist anschließend nicht automatisch unbrauchbar, besitzt an den bearbeiteten Bereichen aber nicht mehr vollständig die ursprünglichen Eigenschaften seiner Beschichtung.

Bei hochwertigen Industriebohrern kann deshalb eine professionelle Wiederaufbereitung inklusive Neubeschichtung sinnvoll sein.

Für normale Heimwerkerbohrer lohnt sich dieser Aufwand wirtschaftlich dagegen häufig nicht.

Kühlung und Schmierung bleiben wichtig

Eine Beschichtung bedeutet nicht, dass ein Bohrer grundsätzlich ohne Kühlschmierstoff eingesetzt werden sollte.

Ob trocken, mit Minimalmengenschmierung oder mit Kühlschmierstoff gearbeitet wird, hängt unter anderem von:

• Werkstoff,
• Werkzeug,
• Beschichtung,
• Bohrtiefe,
• Schnittgeschwindigkeit

ab.

Gerade beim manuellen Bohren kann ein geeigneter Schneidstoff beziehungsweise Kühlschmierstoff die Wärmeentwicklung und Reibung deutlich reduzieren.

Häufig gestellte Fragen zu Bohrer-Beschichtungen

Welche Beschichtung ist für normale Metallbohrer sinnvoll?

TiN ist ein bewährter universeller Einstieg. Wer häufig anspruchsvollere Stähle bearbeitet oder mit höheren Schnittwerten arbeitet, findet bei TiCN, TiAlN oder AlTiN leistungsfähigere Alternativen.

Welche Beschichtung eignet sich für Aluminium?

DLC und ZrN können aufgrund ihrer günstigen Reibungs- und Anhaftungseigenschaften interessant sein. Entscheidend ist jedoch zusätzlich eine für Aluminium geeignete Werkzeuggeometrie.

Ist TiAlN besser als TiN?

Nicht grundsätzlich. TiAlN bietet Vorteile bei höheren Temperaturen und anspruchsvolleren Zerspanungsbedingungen. Bei einfachen Bohrarbeiten kann TiN vollkommen ausreichend sein.

Was ist besser – TiAlN oder AlTiN?

Das hängt von der Anwendung und der konkreten Schichtzusammensetzung ab. AlTiN-Systeme besitzen typischerweise einen höheren Aluminiumanteil und sind auf hohe thermische Belastungen ausgelegt. Die Herstellerbezeichnungen sind allerdings nicht immer vollständig einheitlich.

Kann man beschichtete Bohrer nachschleifen?

Ja. Beim Schleifen wird die Beschichtung an den bearbeiteten Schneidflächen allerdings entfernt.

Sind schwarze Bohrer automatisch TiAlN-beschichtet?

Nein. Die Farbe allein reicht nicht zur Identifikation einer Beschichtung. Schwarze Oberflächen können auch durch andere Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen entstehen.

Fazit: Die richtige Beschichtung richtet sich nach der Anwendung

Eine Bohrerbeschichtung kann Verschleiß reduzieren, Reibung beeinflussen und die Standzeit eines Werkzeugs erheblich verbessern. Welche Beschichtung sinnvoll ist, hängt jedoch davon ab, welchen Werkstoff du bearbeiten möchtest und unter welchen Bedingungen gebohrt wird.

TiN ist der bewährte Allrounder. TiCN bietet eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit. TiAlN und AlTiN spielen ihre Vorteile besonders bei hohen Temperaturen und anspruchsvoller Stahlbearbeitung aus. DLC überzeugt durch geringe Reibung und ist deshalb für bestimmte NE-Metalle interessant. ZrN ist ebenfalls eine gute Option für Aluminium, Kupfer und andere NE-Metalle.

Statt einfach nach der vermeintlich „besten“ Beschichtung zu suchen, solltest du deshalb immer das komplette Werkzeug betrachten: Grundmaterial, Geometrie und Beschichtung müssen zum Werkstück und zur Anwendung passen.