В статье представлен аналитический обзор научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок австрийской компании Boehlerit GmbH & Co.KG за последние три года. Систематизированы достижения в области управления архитектурой износостойких покрытий, полученных методами физического (PVD/HiPIMS) и химического (CVD) осаждения из газовой фазы. Рассмотрены механизмы спинодального самоупрочнения метастабильных фаз в системе Al–Ti–N и подходы к их кинетическому контролю. Проанализированы технико-экономические результаты внедрения «мягкого» гранулированного кобальта в порошковую металлургию твёрдых сплавов. Все приведённые данные подтверждены рецензируемыми публикациями, патентной документацией и материалами отраслевых конференций.

 

 

Введение

 

 

Развитие современной высокоскоростной металлообработки неразрывно связано с переходом от эмпирического подбора инструментальных материалов к целенаправленному конструированию покрытий на наноуровне. В период 2023–2026 гг. научная повестка ведущих европейских производителей режущего инструмента определялась тремя ключевыми направлениями: повышением толщины и адгезионной прочности PVD-покрытий за счёт высокоимпульсного магнетронного распыления (HiPIMS), управлением фазовой стабильностью метастабильных нитридных систем и ресурсосбережением на стадии подготовки порошковых шихт [1, 2].

В данном обзоре систематизированы разработки австрийской компании Boehlerit GmbH & Co.KG (г. Капфенберг), входящей в группу Brucklacher и инвестирующей порядка 5% годового оборота (~115 млн евро) в НИОКР [3]. Актуальность обзора обусловлена успешным преодолением компанией технологического разрыва между методами PVD и CVD, что подтверждается серией публикаций и патентов, разработанных в коллаборации с Венским техническим университетом (TU Wien), Институтом Фраунгофера (IKTS) и компанией CemeCon [1, 4, 5].

 

 

Сравнительный анализ методов нанесения покрытий

 

 

Для корректного позиционирования разработок Boehlerit необходимо рассмотреть три ведущие технологии нанесения износостойких покрытий в их современном состоянии. Основные параметры систематизированы в табл. 1.

 

Принципиальное отличие HiPIMS от классического дугового PVD состоит в импульсном характере разряда: пиковая мощность достигает нескольких мегаватт при средней мощности, сопоставимой с обычным магнетронным распылением. Это обеспечивает высокую степень ионизации распыляемого материала (до 70–90 %), что позволяет формировать плотные, бескапельные покрытия с управляемыми остаточными напряжениями [1, 2].

 

Рис. 1. Принципиальная схема процесса HiPIMS (составлено по данным [1, 2])

Рис. 2. Сравнение методов нанесения покрытий по ключевым параметрам (нормализованная шкала, составлено по данным табл. 1)

 

 

Внедрение HiPIMS-технологии в продуктовую линейку Boehlerit

 

 

По данным публикации руководителя разработки PVD-покрытий компании д-ра А. Кёпфа (Arno Köpf), переход на оборудование CemeCon CC800® HiPIMS позволил достичь толщины покрытий до 12 мкм без потери адгезионной прочности [1]. Заявлено удвоение адгезии по сравнению с предыдущим поколением дуговых PVD-покрытий. Практическая реализация технологии воплощена в серии BCM (табл. 2) для фрезерования нержавеющих и дуплексных сталей [3, 6].

 

Покрытие серии BCP характеризуется золотисто-­жёлтым цветом, обеспечивающим визуальный контроль износа в процессе эксплуатации. Серия BCM использует мультислойную архитектуру AlTiN/AlCrN, где чередование слоёв с различными модулями упругости обеспечивает блокировку движения дислокаций через межфазные границы [1, 6]. В марте 2026 г. на выставке Intertool (г. Вельс) компания анонсировала расширение линейки BCP с пятью новыми марками (BCP05T — BCP40T) с оптимизированной технологией субстрата [7].

 

 

Спинодальное самоупрочнение покрытий в системе Ti–Al–N

 

 

Фундаментальной основой высокой эксплуатационной стойкости покрытий AlTiN является управление фазовой стабильностью метастабильного пересыщенного твёрдого раствора c-­Ti₁₋ₓAlₓN. Согласно псевдобинарной фазовой диаграмме TiN–AlN, равновесная растворимость AlN в кубической решётке TiN (структурный тип B1, NaCl) не превышает 5–7 мол. % при стандартных условиях. Однако неравновесные методы осаждения позволяют расширить область гомогенности до x ≈ 0,64–0,74 [8, 9].

 

 

Механизм самоупрочнения

 

При температурах резания 800–1100°C происходит спинодальный распад: исходная кубическая матрица безбарьерно расслаивается на когерентные наноразмерные домены, обогащённые титаном (c-­TiN) и алюминием 
(c-­AlN). Когерентные поля упругих напряжений на границах доменов эффективно блокируют скольжение дислокаций. Дополнительный вклад вносит модульное упрочнение 
(эффект Кёлера), обусловленное различием модулей сдвига между доменами [8, 10].
Экспериментальные данные различных исследовательских групп (табл. 3) демонстрируют прирост твёрдости от +2 до +5 ГПа при пиковой температуре отжига ~900°C. 
Легирование гафнием позволяет сдвинуть температуру пика до 1100°C [8].

 

Рис. 3. Зависимость твёрдости покрытий Ti₁₋ₓAlₓN от температуры отжига с выделением характерных зон (по данным [8, 9, 10])
 

 

Критический переход: образование вюрцитной фазы

 

При дальнейшем повышении температуры или длительной выдержке метастабильный кубический c-­AlN перестраивается в термодинамически стабильную гексагональную фазу вюрцита (w-­AlN). Этот переход сопровождается увеличением удельного объёма (~20%), потерей когерентности межфазных границ и резким падением твёрдости (зона III на рис. 3). Начало образования w-­AlN фиксируется при ~800°C методом XANES, однако значительный вклад в деградацию наблюдается при температурах выше 1000°C. В мультислойных системах TiAlN/TiN порог сдвигается на +100°C [8, 9].

 

 

Наноструктурирование CVD-покрытий: технология TERAspeed

 

 

Собственная CVD-технология Boehlerit, разработанная совместно с Институтом Фраунгофера (IKTS) и защищённая патентом EP 2825686 B1 (изобретатели: Pitonak, Köpf, Weissenbacher, приоритет 14.03.2012), представляет отдельный научный интерес [4, 5]. Покрытие TERAspeed 2.0 характеризуется самоорганизованной наноламеллярной структурой с чередованием фаз, обогащённых алюминием (10–15 нм) и титаном (2–5 нм), при общем содержании Al свыше 90% на металлической подрешётке (табл. 4).

 

Рис. 4. Схема наноламеллярной структуры покрытия TERAspeed 2.0 (составлено по данным [4, 5, 11])

 

Принципиальной особенностью покрытия является наличие сжимающих остаточных напряжений (~–1 ГПа), что нетипично для CVD-процессов, где обычно формируются растягивающие напряжения. Публикации Keckes et al. [11] и Meindlhumer et al. [12] описывают структуру как «самоорганизованные периодические мягко-­твёрдые наноламели» с шестиуровневой иерархией, заимствующей архитектурные принципы природных наноматериалов.

 

 

 

Градиентные структуры и управление трещиностойкостью

 

Работы группы М. Тракслер (Margarethe Traxler) направлены на создание кристаллитов с контролируемым градиентом концентрации титана. Формирование зон, обогащённых Ti, по периферии зёрен создаёт барьеры для распространения микротрещин, повышая вязкость разрушения (KIC) при сохранении высокой микротвёрдости [4].
По данным Bartosik et al. [10], KIC для покрытий Ti₀,₄₀Al₀,₆₀N составляет 2,7 ± 0,3 МПа·м¹′² в исходном состоянии и сохраняется на уровне 2,8 ± 0,4 МПа·м¹′² после отжига при 1000 °C, несмотря на снижение твёрдости — что свидетельствует о благоприятном влиянии спинодального распада на трещиностойкость.

 

Рис. 5. Сравнение показателей кобальтового пулинга для стандартного и «мягкого» гранулированного порошка (по данным [13])
 

 

Порошковая металлургия и устойчивое развитие: «мягкий» кобальт

 

На 21‑м семинаре Plansee (г. Ройтте, Австрия, 1–6 июня 2025 г.) компания Shu Powders Africa совместно с Boehlerit представила результаты внедрения гранулированного кобальтового порошка, полученного без компактирования, со связующим на основе парафина или полиэтиленгликоля (ПЭГ) [13].
Проблема традиционных методов грануляции заключается в образовании жёстких агломератов, которые не разрушаются полностью при коротких циклах помола, приводя к неравномерному распределению связующей фазы и формированию крупных кобальтовых «озёр» (cobalt pools) в микроструктуре спечённого сплава. Новая мягкая морфология порошка обеспечивает практически полное диспергирование за 2 часа перемешивания (для варианта с ПЭГ — за 15 минут), тогда как стандартный гранулированный кобальт за тот же период диспергируется лишь на 5% [13].
Количество крупных кобальтовых включений (> 650 пикселей на микрофотографии) снизилось с 6 до 3, что соответствует уменьшению пулинга примерно на 50%. 
Дополнительным преимуществом является пониженная пожароопасность: время тления мягких гранул составляет 40 минут против 8 минут для негранулированного кобальтового порошка [13].

 

 

Заключение

 

Анализ публикационной и патентной активности Boehlerit GmbH за 2023–2026 гг. позволяет констатировать переход компании от стратегии универсальных покрытий к парадигме «атомного конструирования» (atomic scale design), основанной на трёх взаимодополняющих направлениях:
• конвергенция свой­ств толстослойных PVD (HiPIMS) и высокотемпературных CVD-покрытий, позволяющая формировать бескапельные покрытия толщиной до 12 мкм при температуре процесса ниже 500 °C;
• использование эффекта спинодального самоупрочнения метастабильных фаз Ti₁₋ₓAlₓN, обеспечивающего прирост твёрдости до +5 ГПа непосредственно в процессе эксплуатации;
• внедрение принципов устойчивого производства, в частности, применение мягких кобальтовых гранул, снижающих дефектность микроструктуры на ~50%.
Дальнейшее развитие данных направлений, по мнению автора, будет связано с расширением применения методов машинного обучения для оптимизации параметров осаждения и прогнозирования фазовых превращений в многокомпонентных нитридных системах.

 

Литература

 

1. Köpf, A. HiPIMS opens up enormous potential in turning / A. Köpf // CemeCon FACTS. 2021. № 52. URL: https://www.cemecon.com/facts-­stories/hipims-­opens-enormous-­potential-turning
2. CemeCon GmbH. FerroCon®Quadro — The HiPIMS coating with a thickness of up to 12 µm [Электронный ресурс].  URL: https://www.cemecon.com/facts-­stories/ferroconrquadro-­hipims-coating-­thickness‑12‑mm
3. Boehlerit GmbH & Co. KG. Company [Электронный ресурс].  URL: https://www.boehlerit.com/en/company/
4. Pitonak, R. Coated body and method for coating a body: пат. EP 2825686 B1 Европейское патентное ведомство / R. Pitonak, A. Köpf, R. Weissenbacher; заявитель Boehlerit GmbH & Co. KG.  Приоритет 14.03.2012.  Опубл. 2015.
5. Keckes, J. Self-organized periodic soft-hard nanolamellae in polycrystalline TiAlN thin films / J. Keckes [et al.] // Thin Solid Films.  2013.  Vol. 545.  P. 29–37.
6. New grades from Boehlerit for rough stainless steels // Stainless Steel World [Электронный ресурс].  2022.  URL: https://stainless-­steel-world.net/new-grades-from-boehlerit-for-rough-­stainless-steels/
7. Boehlerit mit Innovationskraft auf der Intertool // Zerspanungstechnik.de [Электронный ресурс]. 2026. URL: https://www.zerspanungstechnik.de/blog/2026/03/17/boehlerit-mit-innovati...
8. Rachbauer, R. Decomposition pathways in age hardening of Ti-­Al-­N films / R. Rachbauer, S. Massl, E. Enber [et al.] // J. Appl. Phys. 2011.  Vol. 110.  Art. 023515.
9. Rovere, F. Experimental and computational study on the phase stability of Al-containing cubic transition metal nitrides / F. Rovere, P. H. Mayrhofer // J. Vac. Sci. Technol. A.  2012. Vol. 30. Art. 061515.
10. Bartosik, M. Fracture toughness and structural evolution in the TiAlN system upon annealing / M. Bartosik [et al.] // Scientific Reports.  2017.  Vol. 7.  Art. 16476.
11. Meindlhumer, M. Biomimetic hard and tough nanoceramic Ti–Al–N film with self-assembled six-level hierarchy / M. Meindlhumer [et al.] // Nanoscale.  2019.  Vol. 11.  P. 7986–7997.
12. Pitonak, R. Method for coating an article: пат. EP 3245314 A1 Европейское патентное ведомство / R. Pitonak, A. Köpf, R. Weissenbacher; заявитель Boehlerit GmbH & Co. KG.  Приоритет 2015.  Опубл. 2017.
13. Oehlers, M. Soft Granulated Cobalt Powder: Impact on Microstructure and Sustainability / M. Oehlers, R. Weissenbacher [et al.] // Proceedings of the 21st Plansee Seminar.  Reutte: Plansee Group, 2025.  URL: https://shusa.co.za/blog/the-soft-granulated-­cobalt-story

 

Для связи с автором: kuprikov_m@intechnomet.ru

www.boehlerit.com
info@intechnomet.ru
тел.: +7 (499) 753-13-47, +7 (916) 492-98-02

Канал в MAX:

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 3-2026