Über BOR4MACH
Das Projekt BOR4MACH hat zum Ziel, fortschrittliche Beschichtungen auf Boridbasis – TiB₂, TaB₂ sowie deren Mischungen (TixTa(1-x)B₂) – für Schneidwerkzeuge zu entwickeln und zu validieren, die bei der Bearbeitung hochfester Nickel-Superlegierungen eingesetzt werden.
Nickel-Superlegierungen, die in der Luft- und Raumfahrt- sowie der Energiebranche breit eingesetzt werden, stellen bei der Bearbeitung grosse Herausforderungen dar – aufgrund ihrer hohen Festigkeit, geringen Wärmeleitfähigkeit und starken chemischen Reaktivität bei erhöhten Temperaturen. Diese Faktoren führen zu einer starken Wärmekonzentration an der Schneidkante, raschem Werkzeugverschleiss, Materialanhaftung (Aufbauschneidenbildung) sowie häufigem Ausbrechen oder Versagen des Werkzeugs. Dies führt zu weniger effizienten Bearbeitungsprozessen und einem häufigen Werkzeugwechsel. Die Entwicklung von Beschichtungen, die gleichzeitig hohe Härte, thermische Stabilität, Oxidationsbeständigkeit und geringe Reibung bieten, ist daher entscheidend, um die Leistung zu verbessern und die Werkzeugstandzeit unter anspruchsvollen Bedingungen bei der Bearbeitung von Ni-Legierungen zu verlängern.
Diese internationale Zusammenarbeit vereint vier Partner: die Technische Universität Rzeszów (RUT), Ultratech Sp. z o.o., die Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt – sowie die Platit AG.
Das Projekt konzentriert sich auf die Verbesserung der Werkzeugstandzeit und der Bearbeitungsleistung durch einen umfassenden Arbeitsablauf, der die Vorbereitung von Hartmetallsubstraten, die Beschichtungsabscheidung, die Hochdurchsatz-Kombinatorik, die fortschrittliche Materialcharakterisierung sowie die industrielle Validierung unter realen Bedingungen integriert. Das anfängliche Benchmarking erfolgt anhand bestehender kommerzieller Beschichtungen (z. B. AlTiN, TiN, TiCN), gefolgt von der Entwicklung und Validierung neuer TixTa(1-x)B₂-Beschichtungen. Das Projekt vereint akademisches und industrielles Fachwissen, um einen umfangreichen Datensatz zu generieren, der die künftige Entwicklung oxidationsbeständiger, harter Beschichtungen für die Bearbeitung von Nickellegierungen leiten soll.
Das Projekt läuft über 24 Monate, von Juni 2026 bis Mai 2028, und wird im Rahmen des Schweizerisch-Polnischen Kooperationsprogramms, Forschungs- und Innovationsprogramm – Angewandte Forschung, finanziert.
Projektziele
Das übergeordnete Ziel von BOR4MACH ist die Entwicklung, Validierung und industrielle Bewertung einer neuen Klasse von Beschichtungen auf Boridbasis (TiB₂, TaB₂ sowie deren Mischungen) für Schneidwerkzeuge, die für die Bearbeitung von Nickel-Superlegierungen bestimmt sind. Das Projekt zielt darauf ab, die derzeitigen Einschränkungen kommerziell erhältlicher Beschichtungen bei der Hochtemperaturbearbeitung zu überwinden, indem die Verschleissbeständigkeit, thermische Stabilität und Oxidationsbeständigkeit verbessert werden.
Die spezifischen Ziele umfassen:
- Synthese und Screening von TixTa(1-x)B₂-Dünnschichtbibliotheken mittels kombinatorischer HiPIMS-Techniken, um Zusammensetzungen mit maximaler Härte und struktureller Integrität zu identifizieren.
- Fortschrittliche Charakterisierung der mechanischen, thermischen und oxidationsbezogenen Eigenschaften der Beschichtungen mittels Hochdurchsatzmethoden und modernster Verfahren (Nanoindentation, LFA, DSC/TGA, SEM, TEM, APT, FIB-TOF-SIMS, ERDA/RBS).
- Industrielle Abscheidung der drei vielversprechendsten TixTa(1-x)B₂-Beschichtungen, ausgewählt aufgrund von Labortests, auf reale Schneidwerkzeuge mittels kommerzieller PVD-Anlagen von Platit.
- Validierung der Werkzeugleistung bei der Bearbeitung von IN738-Turbinenschaufeln bei Ultratech unter industriellen Bedingungen, gefolgt von einer detaillierten Verschleiss- und Degradationsanalyse an der RUT.
- Vergleich mit modernsten kommerziellen Beschichtungen zur Festlegung von Leistungs-Benchmarks.
Das Projekt zielt darauf ab, eine validierte Beschichtungslösung mit messbaren Vorteilen zu liefern: +30 % Werkzeugstandzeit, geringere Austauschhäufigkeit und verbesserte Bearbeitungseffizienz.
Konsortium
Technische Universität Rzeszów
Rzeszów, Polen — Konsortialleiter
Breites Fachwissen in der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe, einschliesslich Nickel-Superlegierungen, Titanlegierungen und rostfreier Stähle. Als Projektkoordinatorin bereitet die RUT Substrate und Werkzeuge vor, führt Laborprüfungen der Beschichtungen durch und koordiniert die Datenintegration innerhalb des Konsortiums.
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Ultratech
Sędziszów Małopolski, Polen
Industrielles Zerspanungsunternehmen mit praktischer Erfahrung in der Bearbeitung von Nickel-Superlegierungen. Als industrieller Endanwender des Projekts validiert Ultratech die Beschichtungsleistung unter realen Produktionsbedingungen und liefert wertvolle Rückmeldungen basierend auf den Herausforderungen des raschen Werkzeugverschleisses im eigenen Betrieb.
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Empa
Thun, Schweiz
Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt. Als Pionierin in der Hochdurchsatz-Materialentwicklung nutzt die Empa fortschrittliche kombinatorische Abscheidungs- und Charakterisierungsplattformen, um leistungsstarke TixTa(1-x)B₂-Beschichtungen rasch zu identifizieren.
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Platit AG
Selzach, Schweiz
Weltweit führendes Unternehmen in der Entwicklung und Herstellung industrieller PVD-Anlagen für Hartbeschichtungen. Platit stellt Referenzbeschichtungen aus ihrem kommerziellen Portfolio bereit und skaliert die vielversprechendsten im Labor entwickelten Boridbeschichtungen für die industrielle Validierung.
Website besuchenWirkung und Ziele für nachhaltige Entwicklung
Das Projekt BOR4MACH unterstützt mehrere Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen durch konkrete, überprüfbare Beiträge:
Hochwertige Bildung
Strukturierte Doktorats- und Postdoc-Ausbildung im Bereich Materialwissenschaften, die Nachwuchsforschende mit Fachwissen zu Dünnschichtbeschichtungen und industrieller Validierung ausstattet.
Geschlechtergleichheit
Ausgewogenes Geschlechterverhältnis bei der Rekrutierung und in Entscheidungspositionen bei den Partnerinstitutionen.
Menschenwürdige Arbeit und Wirtschaftswachstum
Langlebige Beschichtungen auf Boridbasis, die die Werkzeugstandzeit verlängern und Produktionsabfälle reduzieren, was ein nachhaltiges Wachstum in der fortschrittlichen Fertigung fördert.
Industrie, Innovation und Infrastruktur
Weiterentwicklung von PVD-Beschichtungstechnologien und Stärkung der Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie zur Förderung der europäischen industriellen Innovation.
Weniger Ungleichheiten
Förderung des Zugangs zu fortschrittlichen Materialtechnologien und Einbindung von Partnern aus verschiedenen Regionen zur Stärkung der grenzüberschreitenden Innovationskraft.
Nachhaltige/r Konsum und Produktion
Minimierung von Materialabfall und Verringerung der Notwendigkeit häufiger Werkzeugwechsel in energieintensiven Branchen wie der Luft- und Raumfahrt.
Massnahmen zum Klimaschutz
Reduzierung des Energieverbrauchs und indirekter Emissionen im Zusammenhang mit der Zerspanung durch verbesserte Werkzeugeffizienz und -standzeit.
Partnerschaften zur Erreichung der Ziele
Förderung der internationalen Zusammenarbeit, des Wissensaustauschs und langfristiger Forschungs- und Entwicklungspartnerschaften zwischen Polen, der Schweiz und der weiteren EU.
BOR4MACH wird im Rahmen des Schweizerisch-Polnischen Kooperationsprogramms, Forschungs- und InnovationsprogrammAngewandte Forschung, über die Fördermassnahme «Forschung und Innovation im Bereich der angewandten Forschung» finanziert, umgesetzt durch das Nationale Zentrum für Forschung und Entwicklung (NCBR) in Polen sowie Innosuisse – die Schweizerische Agentur für Innovationsförderung.
Projektnummer SPPW/BOR4MACH/0003/2025