TiAlN — nitrid titanu a hliníku
Povlak s vysokou teplotní stabilitou, vhodný pro suché a rychlé obrábění.
- Účel
- Odolnost proti oxidaci a teplu při vysokých řezných rychlostech.
- Typické použití
- Frézy, vrtáky pro kalené materiály a nerez.
- Vhodné materiály
- Tvrdokov, HSS.
- Kategorie
- Moderní tenké povlaky
Jak proces funguje
TiAlN (titan-hliník-nitrid) patří mezi nejvýznamnější moderní povlaky řezných nástrojů. Vznikl jako tepelně odolnější vývojový stupeň TiN — přidáním hliníku se výrazně zlepšuje chování při vysokých teplotách a oxidaci. Označení TiAlN a AlTiN nejsou mezi výrobci jednotná; prakticky jde o rodinu Ti-Al-N vrstev s různým poměrem Ti/Al, mikrostrukturou a depoziční architekturou.
Klíčovým mechanismem je tvorba ochranné vrstvy Al2O3 při vysoké teplotě — oxid hlinitý je velmi stabilní oxid a zpomaluje pronikání kyslíku do povlaku. U TiAlN zároveň může při vysoké teplotě docházet ke spinodálnímu rozkladu kubické fáze na domény bohaté na TiN a domény bohaté na AlN, což v určitém teplotním rozsahu dokonce zvyšuje tvrdost. Při ještě vyšších teplotách však probíhají další fázové transformace a vlastnosti se zhoršují.
Klíčové procesní parametry
- Tvrdost přibližně 33 ± 3 GPa (u nástrojových povlaků často 3 100–3 500 HV)
- Tloušťka typicky 2–4 µm
- Orientační maximální pracovní teplota kolem 900 °C podle konkrétního systému — nejde o ostrou univerzální hranici
- Vysoké tlakové zbytkové napětí; moderní systémy používají vícevrstvé, nanovrstvé a nanokompozitní struktury ke zpomalení šíření trhlin
Typické aplikace
- Vysokorychlostní frézování
- Vrtání a řezání závitů v kalených nebo legovaných ocelích
- Obrábění nerezu
- Suché obrábění a obrábění s minimálním množstvím maziva
Výhody
- Výrazně vyšší tepelná a oxidační odolnost než u TiN
- Udržení tvrdosti řezné hrany při vysokých teplotách; podpora odvodu tepla třískou
- Vhodný tam, kde vzniká velké množství tepla
Omezení a rizika
- Není automaticky nejlepší pro všechny materiály — u hliníku a neželezných materiálů bývá vhodnější DLC, diamant nebo ZrN
- Příliš vysoká tvrdost bez dostatečné houževnatosti může vést k vyštipování řezné hrany
- Při přerušovaném řezu je třeba sledovat tepelné cykly a riziko tepelné únavy
- Při nízkém tepelném zatížení může být TiN ekonomicky dostačující
Kontrola kvality
- Tvrdost měřená nanoindentací podle ISO 14577
- Adheze měřená scratch testem podle ISO 20502 / ASTM C1624
- Kontrola architektury vrstvy (multilayer/nanolayer) a zbytkových napětí
Související normy
- ISO 14577-1:2026 — instrumentovaná indentační zkouška tvrdosti
- ISO 20502 — adheze keramických povlaků scratch testem
- ASTM C1624-22 — pevnost adheze keramických povlaků