Eine einzigartige Kombination aus extremer Härte und geringer Reibung für hervorragende Verschleißfestigkeit

Im Universum der verschleißfesten Dünnfilme ist diamantähnlicher Kohlenstoff ( DLC )-Beschichtungen haben sich als ideale Lösung für anspruchsvolle tribologische Anwendungen herausgestellt, bei denen Bauteile hohen Belastungen oder extremer Reibung, Verschleiß und Kontakt mit anderen Teilen ausgesetzt sind. In solchen Umgebungen kann nur die hohe Härte einer DLC-Beschichtung – zusammen mit einem entsprechend niedrigen Reibungskoeffizienten – verhindern, dass Teile gegen Lochfraß, Fressen, Festfressen und schließlich im Einsatz versagen.

Zu den weit verbreiteten Anwendungen für DLC-Beschichtungen gehören Hochleistungsautomobile und Rennsport bis hin zu Wellenlagern und Planetengetrieben von Windkraftanlagen; Schneidmesser und Kolbenpumpen aus rostfreiem Stahl für die Lebensmittelverarbeitung; und Gleitbauteile in Abfüll- und Abfüllbetrieben. Die Beschichtungen sind auch eine bewährte Technik zur Verbesserung kritischer rotierender Teile in Hydraulikantrieben, Kraftstoffeinspritzsystemen, Gleitringdichtungen, Pumpen und Ventilen.

Für viele sind DLC-Beschichtungen Beschichtungen aus hydriertem amorphem Kohlenstoff (a-C:H), aber dies ist ein Missverständnis, da sie aufgrund des Wasserstoffgehalts (hydriert oder wasserstofffrei) und der Auswahl zusätzlicher metallischer und nichtmetallischer Dotierungselemente hochtechnisiert werden können , das Vorhandensein von Unterschichten und die Wahl von Abscheidungs- und Bindungsverfahren.

Zusammen können diese Faktoren präzise gesteuert werden, um ein breites Spektrum an dünn aufgetragenen (typischerweise 1 bis 5 μm) DLC-Beschichtungen mit einer Härte von 8–80 GPa oder höher zu erzeugen (Diamant ist mit 70–150 GPa das härteste bekannte Material). Darüber hinaus können auch der gewünschte Reibungskoeffizient, die Oberflächenbeschaffenheit und sogar die Anwendungstemperatur manipuliert werden.

Aufgrund des breiten Spektrums an anpassbaren Attributen, die innerhalb dieser Kategorie möglich sind, können DLC-Beschichtungen von den frühesten Schritten des Designprozesses an eine wichtige Rolle bei der Komponentenentwicklung spielen.

Hydrierte amorphe Kohlenstoffbeschichtungen

Der bekannteste DLC-Beschichtungstyp, hydrierter amorpher Kohlenstoff (a-C:H), wird am häufigsten durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PACVD) aufgebracht. Dieses Abscheidungsverfahren verursacht eine chemische Reaktion durch Plasmaanregung und Ionisierung, die eine Beschichtungshärte von ungefähr 15–30 GPa erzeugt, was am unteren Ende der DLC-Beschichtungen liegt.

Eine hydrierte amorphe Kohlenstoffbeschichtung kann jedoch durch Dotierung weiter manipuliert werden, was ein Prozess ist, bei dem chemische Elemente hinzugefügt werden, um die Leistungseigenschaften zu verändern. Silizium, Sauerstoff oder Metalle können alle als Dotierungselemente verwendet werden, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen.

Wasserstofffreie DLC-Beschichtungen

Eine Alternative zu hydriertem DLC ist eine wasserstofffreie DLC-Beschichtung, die eine noch höhere Härte zusammen mit einem sehr niedrigen Reibungskoeffizienten bietet.

Diese Beschichtungen können in den anspruchsvollsten Umgebungen aufgebracht werden, einschließlich Hochleistungsfahrzeugen für hohe Reibung, Verschleiß und Kontaktbereiche von Motor und Ventiltrieb. Die Beschichtung kann an Kraftstoffeinspritzsystem, Nockenwelle, Kolbenbolzen, Ventilen, Stößeln und Schlepphebeln verwendet werden, wo ein hoher Anpressdruck und hohe Gleitgeschwindigkeiten herrschen. Neben Fahrzeugen ist die Beschichtung ideal für den Einsatz für Hydraulikpumpenteile, Gleitringdichtungen und Hochdruckventilkomponenten.

Die meisten wasserstofffreien Beschichtungen werden mit einem Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) durch Lichtbogenverdampfung aufgebracht, das tetraedrischen amorphen Kohlenstoff oder ta-C erzeugt. Mit einem hohen Anteil an tetraedrischen Bindungen (meist 50-60%) wird im Vergleich zu a-C:H-Alternativen eine wesentlich höhere abrasive Verschleißfestigkeit erreicht.