DLC Beschichtung

Superharte Kohlenstoffschichten – DLC – Beschichtung - gewinnen dank ihrer einmaligen und herausragenden verschleiss-, reibungs- und korrosionsmindernden Eigenschaften immer mehr an Bedeutung

Nach Schätzungen der Dechema verursachen Verschleiß und Korrosion alleine in Deutschland jährlich Verluste in einer Höhe von ungefähr 100 Milliarden €. So erklärt sich das wachsende Interesse von Wissenschaftlern und Technikern die Oberflächen verschleiss- und korrosionsbeanspruchter Teile wirksam mit einer DLC Beschichtung zu vergüten.

DAS VERFAHREN

Traditionelle Verfahren des Oberflächenschutzes, wie Galvanisieren oder Eloxieren, werden in jüngster Zeit von innovativen Vakuum- und Plasmaverfahren zum Aufbringen von Hartstoffschichten (z.B. diamantähnlicher Kohlenstoff oder Titannitrid) immer mehr in den Schatten gestellt. Dabei gründet sich das Interesse an solchen Hartstoffschichten nicht alleine darauf, Korrosion zu vermeiden. Denn eine der verblüffendsten Erkenntnisse der Werkstofftechnik ist, dass die Qualität eines Werkzeugs maßgeblich durch seine Oberflächenbeschaffenheit und weniger durch das Grundmaterial bestimmt wird. Folglich eröffnen beschichtete Materialien die Möglichkeit wesentlich erhöhte Standzeiten zu gewinnen und zusätzlich höher vergütete Werkstoffe durch weniger harte aber beschichtete Materialien zu ersetzen (z.B.: diamantähnliche Schichten DLC Beschichtung auf zähen Werkzeugstählen ersetzen spröde Hartmetalle).

Auf Grund seiner herausragenden Eigenschaften gehören Diamantschichten oder diamantähnliche Schichten – DLC Beschichtung – sicherlich zu den Hartstoffschichten der Zukunft. Die Abscheidung von kristallinen Diamantschichten in einem wirtschaftlichen Verfahren ist noch immer in der Entwicklung. Jedoch ist seit längerer Zeit die sogenannte DLC Beschichtung (Diamond-Like-Carbon oder a-C:H-Schicht oder i-C-Schicht) also diamantähnliche Kohlenstoff-Schichten bekannt. In ihren korrosions- und verschleissbestimmenden Eigenschaften sind sie dem Diamant sehr nahe.

Die DLC Beschichtung kann mit einem kohlenstoffhaltigen Plasma auf fast allen Metallen, Hartmetallen und Leichtmetallen (Aluminium, Magnesium...), aber auch auf Nichtmetallen (Silizium, Glas, Keramik, Kunststoff...) haftfest abgeschieden werden. Von größtem Vorteil ist bei diesem Verfahren die geringe Temperaturbelastung des Werkstoffs von in der Regel 80-100°C, in Ausnahmefällen max. 150°C. Die Variation der verschiedenen Prozessparameter, wie z.B. Behandlungsdauer, beeinflusst die Eigenschaften der DLC Beschichtung. So können Schichtdicke, spezifischer Widerstand, Wasserstoffgehalt u.ä. an das Anforderungsprofil in weiten Grenzen angepasst werden.

Die Eigenschaften

Obwohl die DLC Beschichtung eher mit der Struktur von Graphit verwandt sind, zeigen die Eigenschaften, die ja den Anwender interessieren, diamantartiges Verhalten. Vergleichen Sie dazu auch die nachfolgende Tabelle.
Trotz höchster Mikro-Härte von 2000... 6000kp/mm2 sind DLC-Schichten noch durchaus elastisch (Elastizitätsgrenze ca. 1.5%).
Durch die extrem niedrigen Reibungskoeffizienten bei Trockenreibung von beispielsweise Stahl-DLC ca. 0.1 und DLC-DLC ca. 0.02 kommt es zu einer geringeren Temperaturbelastung von DLC-beschichteten Lagern oder Werkzeugen.
Ein Vorteil von DLC-Schichten gegenüber konventionellen Titannitridschichten ist die gute Antihaftwirkung gegenüber den verschiedensten Materialien. So kommt es nicht zum Aufschmieren von Reibgegenkörpern (z.B. Leichtmetallen).
Oberflächen mit DLC Beschichtung ausgerüstet weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien, wie Säuren, Laugen, Lösungsmitteln etc. auf: Eine echte Alternative im Bereich des Korrosionsschutzes. Auch hier ist wieder klar die enge Beziehung zum Diamant zu erkennen.
Nicht zu vergessen sind die optischen Eigenschaften. Die Transparenz im sichtbaren Spektralbereich nimmt bei Schichtdicken oberhalb von 0.5µm stark ab. Die DLC-Schicht kommt so zu ihrer ansprechenden Anthrazitfärbung. Dennoch bleibt im Infraroten die optische Transparenz mit mehr als 95% sehr hoch.
Zu guter Letzt erlaubt die gute Bioverträglichkeit der DLC-Schicht den Einsatz in der Medizin. In der Summe sind hier selbstverständlich alle oben genannten Eigenschaften wichtig.

Die Anwendungen

Die genannten mechanischen, elektrischen, optischen und chemischen Eigenschaften von der DLC Beschichtung und deren Vorteile gegenüber anderen Hartstoffschichten eröffnen eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. In der Summe erhalten Werkzeuge, Bauteile, Lager, Flächen, Sensoren, medizinische Produkte u.ä. mit einer DLC-Schicht eine Garantie für eine Lebensdauererhöhung. Fadenführer beispielsweise erfahren ein Lebensdauererhöhung um einen Faktor von ca. 900%.
Aus der Vielzahl von denkbaren Anwendungsmöglichkeiten ist eine kleine Auswahl im Folgenden wiedergegeben.

Die Möglichkeiten

  mit DLC beschichtet Vorteile
Werkzeuge: Fräser, Bohrer, Gewindeschneider
(für Holz etc.) Schneidplatten,
Umformwerkzeuge
Erhöhen der Standzeit,
Verringern der Spantemperatur

Ersatz für Hartmetall oder TiN,
kein Festfressen, Verringerung
der Reibung
Bauteile: Lagerelemente, Fadenführer, Buchsen, Ventilsitze, Gleitelemente verschleiss- und reibungsarme Gleitschicht, antiadhäsiv und korrosionssicher
Konsumgüter: Audio- und Videoköpfe, Tintenleiter, Plotterröhrchen Antihaftwirkung, geringerer abrasiver Verschleiss
Optik: Brillen, Infrarot-Optiken Transparenz im Infraroten, hohe mechanische Stabilität
Medizin: Instrumente, Implantate Biokompatibilität, geringerer abrasiver Verschleiss

Die Zusammenfassung

Dünne Kohlenstoffschichten mit diamantähnlichen Eigenschaften DLC Beschichtung sind auf dem Weg zu breitem industriellen Einsatz. In einem einfachen und wirtschaftlichen Plasmaverfahren kann auf den verschiedensten Materialien die DLC Beschichtung aufgebracht werden. Die bemerkenswerte Kombination von Härte, geringer Reibung und Korrosionsbeständigkeit von diamantähnlichen Schichten schützt dauerhaft beschichtete Materialien vor Verschleiss. Mit Hilfe eines äußerst umweltfreundlichen Verfahrens gewinnen Sie faszinierende und funktionelle Eigenschaften für Ihre Oberflächen.

Weitere Informationen zur DLC Beschichtung erhalten Sie hier...

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