Verschleißschutz durch Beschichtung mit diadur®/DLC

Durch eine diadur^®/DLC Beschichtung (Diamond-Like Carbon) lassen sich die Materialeigenschaften von Komponenten- und Werkzeugoberflächen nachhaltig modifizieren. Hierzu werden in einem umweltschonenden PACVD-Prozess (Plasma Activated Chemical Vapor Deposition) 2-3µm dünne Schichten bei Temperaturen von weniger als 150°C auf die Oberfläche aufgebracht.

Die diadur^®/DLC Kohlenstoffschicht verleiht der Oberfläche völlig neue Gebrauchseigenschaften ohne den Grundwerkstoff zu verändern. Besondere Merkmale dieser innovativen Beschichtung liegen in der extrem hohen Mikrohärte bei gleichzeitig exzellenten Gleitreibungseigenschaften.

Unsere Stärken sind Ihr Nutzen:

• Längere Lebensdauer durch optimalen Verschleißschutz von Werkzeugen
  und Maschinenkomponenten
• Reduzierung des Schmiermitteleinsatzes und verminderter Leistungsverlust
• Verzicht auf Trennmittel bei Umformprozessen
• Erschließung neuer Einsatzgebiete in der Medizin- und Lebensmitteltechnik

Aufgrund der außergewöhnlichen Materialeigenschaften von diadur^®/DLC finden diese Schichten in allen gängigen technischen Branchen ihren Einsatz. Besonders in tribologisch beanspruchten Systemen zeigen diadur^®/DLC Schichten ihre Stärken. Dort wo sich Bauteiloberflächen zueinander bewegen und Reibung und Verschleiß entsteht, ist eine Beschichtung der Oberflächen sinnvoll.

• Als diamantähnliche Kohlenstoffschicht auf Siliziumkarbid-Gleitringen sorgt diadur^®/DLC  für bisher unerreichte Leistungen von Gleitringdichtungen. Ob in Rührwerks- oder Kompressordichtungen – die präzisen Oberflächen werden optimal geschützt
• Beim Umformen von Aluminium bewahrt diadur^®/DLC  die Werkzeugoberfläche vor Kaltaufschweißungen. Der Einsatz von Trennmittel wird überflüssig und die Standzeit der Umformwerkzeuge verbessert
• Für ein reibungsloses Rennen werden Fahrwerks- und Motorkomponenten im Motorsport mit diadur^®/DLC  veredelt. Leistungsverluste werden minimiert und vorzeitiger Verschleiß verhindert

Diamantähnliche Schichten aus der Gasphase
Die zu beschichtenden Bauteile werden in eine Vakuumkammer eingeschleust, diese wird anschließend evakuiert und mit Prozessgas gespült. Nach Erreichen des Prozessdrucks im Millibarbereich wird, durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zwei Elektroden, die Gasphase in ein Plasma überführt. Der weitere Beschichtungsprozess lässt sich in zwei Schritte unterteilen.

1) Beim plasmaphysikalischen Ätzen wird Argon als Prozessgas eingesetzt. Innerhalb der Gasentladung werden Ar⁺-Ionen erzeugt, die mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der kathodisch geschalteten Bauteiloberfläche beschleunigt werden. Durch die Impulsübertragung der Ar⁺-Ionen lassen sich oberflächennahe Verunreinigungen entfernen.

2) Nach diesem Reinigungsschritt folgt im Anschluss der eigentliche Beschichtungsprozess. Durch Einleiten von Kohlenwasserstoffgas in die Plasmazone wird dieses ionisiert und fragmentiert. Produkte von C_xH_y⁺-Verbindungen gelangen über das elektrische Feld in Richtung der Bauteiloberfläche, kondensieren und vernetzen dort zu einer diamantähnlichen Plasmapolymerschicht.

Modifikationen des Kohlenstoffs
Neben Diamant, bekannt als härtestes Material und Graphit, geschätzt als hervorragender Schmierstoff, ist diadur^®/DLC eine dritte Modifikation des Kohlenstoffs welche die hohe Härte des Diamanten mit den exzellenten Gleitreibungseigenschaften von Graphit auf ideale Weise verbindet.

Kristalline Struktur

• jedes C-Atom hat vier benachbarte C-Atome

• tetraederförmige Anordnung (Atomabstand 0,154nm)
• hohe Bindungskräfte in alle Raumrichtungen
• extrem hohe mechanische Stabilität

Graphitstruktur

• jedes C-Atom hat drei benachbarte C-Atome (Atomabstand 0,142nm)
• ebene Anordnung in einer Sechsringstruktur
• größerer Abstand zwischen den Gleitebenen (Atomabstand 0,333nm)
• Gleitebenen relativ leicht gegeneinander verschiebbar

Amorphe Struktur - diadur^®/DLC

• regellose Anordnung zwischen C-Atomen (schwarz) und H-Atomen (gelb)
• stark vernetzte Struktur: Wasserstoffanteil zwischen 15-25at% (harte Schicht)
• schwach vernetzte Struktur: Wasserstoffanteil zwischen 30-50at% (weiche Schicht)

Aufgrund ihres geringen H-Anteils zählen diadur^®/DLC Schichten zu den extrem harten Kohlenstoffschichten



Das Besondere von diadur^®/DLC Schichten liegt in der Eigenschaftskombination von hoher Mikrohärte mit einem extrem niedrigen Gleitreibungskoeffizienten.

Mikrohärten im Vergleich		Reibwerte im Vergleich
Diamant	100,0 GPa	100Cr6 Hartmetall	µ = 0,78 µ = 0,4
diadur®/DLC	25,0 - 30,0 GPa	diadur®/DLC	µ = 0,12
100Cr6 Stahl	8,0 -  8,5 GPa 4,0 – 4,5 GPa	Gegenkörper: 100Cr6

 

	Schichttyp
	diadur®/DLC	diadur®/CS
Schichtdicke1 / µm	1 – 4	1 - 10
Mikrohärte2 HIT / GPa	25 - 30	15 -19
Gleitreibungskoeffizient3 vs. 100Cr6	0,12	0,10
Verschleißkoeffizient4 vs. Diamantsuspension / m³/Nm*10-15	0,6	18
Haftklasse5 n. VDI 3198	1	1
Einsatztemperatur / °C	350	400
Beschichtungstemperatur / °C	< 150	< 150
Farbe	Schwarz	Antrazhit

Prüfverfahren
1 Stylus-Methode
2 Nano-Indentor
3 Pin on disc
4 Calo-Präp.
5 Rockwell

Mess- und Prüftechnik
Neben einer modernen Anlagensteuerung, die den Prozess der Schichtabscheidung zu jedem Zeitpunkt steuert, überwacht und dokumentiert, gehört auch eine regelmäßige Kontrolle der Qualität der hergestellten Beschichtungen im pro-beam Prüflabor.

Hier werden die zugesicherten Schichteigenschaften produktionsbegleitend überwacht. Dabei kommen die gängigen Messverfahren wie die Bestimmung der Schichtdicke, der Haftung und des Verschleißes, als auch die Ermittlung der Mikrohärte der Schichten zur Anwendung.

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Innovationstechnologie undercover.pdf
Duennschicht.pdf