TiAlN — titán-hliník-nitrid
Povlak s vysokou teplotnou stabilitou, vhodný na suché a rýchle obrábanie.
- Účel
- Odolnosť proti oxidácii a teplu pri vysokých rezných rýchlostiach.
- Typické použitie
- Frézy, vrtáky pre kalené materiály a nerez.
- Vhodné materiály
- Tvrdokov, HSS.
- Kategória
- Moderné tenké povlaky
Ako proces funguje
TiAlN (titán-hliník-nitrid) patrí medzi najvýznamnejšie moderné povlaky rezných nástrojov. Vznikol ako tepelne odolnejší vývojový stupeň TiN — pridaním hliníka sa výrazne zlepšuje správanie pri vysokých teplotách a oxidácii. Označenia TiAlN aj AlTiN nie sú medzi výrobcami jednotné; prakticky ide o rodinu Ti-Al-N vrstiev s rôznym pomerom Ti/Al, mikroštruktúrou a depozičnou architektúrou.
Kľúčovým mechanizmom je tvorba ochrannej vrstvy Al2O3 pri vysokej teplote — alumina je veľmi stabilný oxid a spomaľuje prenikanie kyslíka do povlaku. TiAlN zároveň môže pri vysokej teplote spinodálne rozkladať kubickú fázu na TiN-bohaté a AlN-bohaté domény, čo v určitom tepelnom rozsahu dokonca zvyšuje tvrdosť. Pri ešte vyšších teplotách však prebiehajú ďalšie fázové transformácie a vlastnosti klesajú.
Kľúčové procesné parametre
- Tvrdosť približne 33 ± 3 GPa (pri nástrojových povlakoch často 3 100–3 500 HV)
- Hrúbka typicky 2–4 µm
- Orientačná maximálna pracovná teplota okolo 900 °C podľa konkrétneho systému — nie je to ostrá univerzálna hranica
- Vysoké tlakové zvyškové napätie; moderné systémy používajú multilayer, nanolayer a nanokompozitné štruktúry na spomalenie šírenia trhlín
Typické aplikácie
- Vysokorýchlostné frézovanie
- Vŕtanie a závitovanie kalených alebo legovaných ocelí
- Obrábanie nereze
- Suché obrábanie a obrábanie s minimálnym množstvom maziva
Výhody
- Výrazne vyššia tepelná a oxidačná odolnosť než TiN
- Udržanie tvrdosti reznej hrany pri vysokých teplotách; podpora odvodu tepla trieskou
- Vhodný tam, kde vzniká vysoké množstvo tepla
Obmedzenia a riziká
- Nie je automaticky najlepší pre všetky materiály — pri hliníku a neželezných materiáloch býva vhodnejší DLC, diamant alebo ZrN
- Príliš vysoká tvrdosť bez dostatočnej húževnatosti môže viesť k štiepeniu reznej hrany
- Pri prerušovanom reze treba sledovať tepelné cykly a riziko tepelnej únavy
- Pri nízkom tepelnom zaťažení môže byť TiN ekonomicky postačujúci
Kontrola kvality
- Tvrdosť nanoindentáciou podľa ISO 14577
- Adhézia scratch testom podľa ISO 20502 / ASTM C1624
- Kontrola architektúry vrstvy (multilayer/nanolayer) a zvyškových napätí
Súvisiace normy
- ISO 14577-1:2026 — inštrumentovaná indentačná skúška tvrdosti
- ISO 20502 — adhézia keramických povlakov scratch testom
- ASTM C1624-22 — pevnosť adhézie keramických povlakov