Success Story

DLC – Unverwüstlich wie Diamant!

Auch für extrem verschleißbeständige DLC-Beschichtungen (Diamond like Carbon) gibt es kritische Einsatzbedingungen

Diamant ist das härteste Material und kann eigentlich nur mit Diamantstaub geschliffen und poliert werden. Aus diesem Grund werden heutzutage gezielt Be­schichtungen mit Diamant-Charakteristik eingesetzt, um Maschinenelemente und sensible Oberflächen vor Verschleiß und Benutzungspuren zu schützen. Dies nutzt man vor allem dann, wenn Schmierung bzw. Schmierstoffe nicht mehr ausreichen, um kritischen Verschleiß zu verhindern. Trotz­dem findet man an solchen diamant- bzw. diamantähnlichen Beschich­tungen immer wieder auch Verschleißspuren. Unter welchen Umständen können diese hochfesten Beschichtungen denn überhaupt verschleißen?

Bei diesen künstlich hergestellten Diamantbeschich­tungen findet sich meist ein gewisser Graphitanteil, und man spricht von DLC-Beschichtungen (englisch: Diamond Like Carbon). Dieser Graphitanteil wird bewusst verwendet und ermöglicht – zusätzlich zur extremen Verschleißfestigkeit – auch Oberflächen mit niedriger Reibung. Die Beschichtungen sind meist nur wenige Mikrometer dick (also zirka 1/10 eines Haardurchmessers), sollen aber ein Bauteilleben lang halten. Voraussetzung für beschichtete Maschinen­komponenten ist, dass die Beschichtungen fest auf dem Untergrund (einem geeigneten Substrat) haften und unter Belastung Verschleißschutz bieten. Normale Verschleißvorgänge dieser beschichteten Komponenten ereignen sich im Nanometer-Bereich (fast schon Atomebene). AC²T konnte diese Verschleißvorgänge messbar machen und damit die kritischen Einflüsse auf diese Vorgänge untersuchen.

(Foto: iStock)

Messmethodik

Die Methode, mit radioaktiven Isotopen Verschleiß zu messen, ist Stand der Technik. Aber es bedarf günstiger Randbedingungen und einer konsequenten Forschungsarbeit, um dies auch für reale Maschinen­bauteile umsetzen zu können. Die von AC²T konzipier­te und gemeinsam mit Projektpartnern eingesetzte RIC-Methode (engl.: Radioactive Isotope Concentrati­on) bedient sich dabei spezieller Vorkehrungen bei der Aktivierung der betreffenden Komponentenober­flächen als auch bei der Messung. Die Aktivität der Proben ist geringer als jene der natürlichen Strahlen­belastung, dennoch kann der Verschleiß(fortschritt) der zu untersuchenden Komponenten genauestens bestimmt werden.

Die Verschleißmessung mit radioaktiven Isotopen ist überdies die einzige Methode, mit der der Verschleiß kontinuierlich in Nanometerauflösung (in realitäts­adäquater Größenordnung) erfasst werden kann.

Wirkungen und Effekte ​

Durch die gemeinsame Zusammenarbeit konnten Bauteilgruppen des Antriebsstranges hinsichtlich möglicher verschleißkritischer Einflüsse untersucht werden. So zeigte sich, dass sich das Verschleiß­verhalten im Nanometerbereich allein durch die chemischen Eigenschaften des Schmierstoffs wie auch des schmierenden Kraftstoffs kritisch ändern kann. Überdies können kleinste Staubpartikel (im Sub-Mikrometerbereich – also deutlich kleiner als die Dicke der Verschleißschutzschicht) zu einem Ab­platzen der DLC-Beschichtung und damit zu einem Versagen dieser Verschleißschutzmaßnahme führen.

Für DLC-Beschichtungen gilt es ein empfindliches Gleichgewicht der Einflussgrößen zu beachten. AC²T ist es hier durch eine neuartige Mess­methode gelun­gen, die Wirkung von Einflussparametern zu diffe­renzieren. Dadurch können DLC-Verschleißschutz­schichten effizienter ausgelegt und die Standzeit sensibler Oberflächen deutlich verlängert werden.

Links: Schnitt durch eine DLC-beschichtete Stahlprobe im Rasterelektronenmikroskop dargestellt (Foto: CEST); rechts: Schematische Darstellung des DLC-Verschleißes (Foto: AC²T)

Projektkoordination (Story)

Dipl.-Ing. Dr. Martin Jech
Projektleitung
AC2T research GmbH

Partner