Was ist eine diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung? Hier ist, was Produktdesigner wissen müssen

Sind Sie ein Produktdesigner, der Teile oder Komponenten entwickeln möchte, die mit anderen Teilen oder Baugruppen in Kontakt kommen, oder planen Sie die Entwicklung von Produkten, die aggressiven Chemikalien oder Umgebungen ausgesetzt sind? Wenn dies der Fall ist, müssen Sie ein Material mit hohen Verschleiß- und Chemikalienbeständigkeitseigenschaften wählen.

Obwohl mehrere technische Materialien eine beeindruckende Verschleißfestigkeit und chemische Eigenschaften aufweisen, kommen diese Materialien in der Regel nicht billig vom Band. Aus diesem Grund verbessern erstklassige Produktdesigner und -hersteller die Eigenschaften normaler Metalle durch spezielle Oberflächenveredelungsverfahren wie diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen.

Diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung (DLC) wird gebildet, wenn es ionisiert wird, und zersetzter Kohlenstoff wird dazu gebracht, mit hoher Energie auf der Oberfläche eines Substrats zu landen. Diese Beschichtung verbessert die Eigenschaften des Substrats (wie Abriebfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Reibungskoeffizient) und macht sie ideal für eine Vielzahl von Anwendungen.

In diesem Artikel kehren wir zu den Grundlagen der diamantähnlichen Beschichtung zurück. Wir werden auch die Arten und Anwendungen dieser Beschichtungen in verschiedenen Branchen behandeln. Fangen wir an!

Abbildung 1:Ein Metallsubstrat mit diamantartiger Kohlenstoffbeschichtung

Diamantähnliche Beschichtung verstehen

Wenn Sie zum ersten Mal den Ausdruck „diamantähnliche Beschichtung“ hören, fragen Sie sich wahrscheinlich, wie Diamant (eine der härtesten bekannten natürlichen Substanzen) verarbeitet wird, um als Beschichtungsmaterial verwendet zu werden.

Aber Sie sollten nicht so über DLC nachdenken. Stattdessen sollten Sie an das wesentliche chemische Element denken, das diamantähnliche Beschichtungen so einzigartig macht – nämlich Kohlenstoff. Kohlenstoff ist vierwertig – das bedeutet, dass ihm vier Elektronen zur Verfügung stehen, um Bindungen mit anderen Atomen einzugehen. Die Anzahl der gebildeten Bindungen und die Anordnung dieser Bindungen bestimmen die Eigenschaften, die eine Kohlenstoffverbindung besitzen wird.

Beispielsweise weist die Molekülstruktur eines Diamanten mehrere Kohlenstoffatome auf, die vier Elektronen haben, die molekulare Bindungen mit anderen Kohlenstoffatomen eingehen. Im Gegensatz dazu verwenden die Kohlenstoffatome in der Molekülstruktur von Graphit nur drei dieser Elektronen, um molekulare Bindungen miteinander einzugehen. Diese leichte Variation macht Diamantkristalle sehr hart und Graphite sehr weich.

Abbildung 2:Molekulare Bindung in Diamant und Graphit Quelle:WikiMedia Commons

Der diamantähnliche Kohlenstofffilm besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoffatomen, wie Diamant und Graphit. Ein DLC-Film kombiniert jedoch die atomare Struktur von Diamant und Graphit – das heißt, er weist mehrere Kohlenstoffatome auf und nutzt drei und vier der Elektronen der Atome, um molekulare Bindungen zu bilden. Dadurch hat DLC eine Kombination der Eigenschaften von Diamant und Graphit.

Eigenschaften der diamantähnlichen Beschichtung

Niedriger Reibungskoeffizient Nr. 1

Der Reibungskoeffizient (auch Reibungskoeffizient genannt) ist eine dimensionslose Zahl, mit der Ingenieure beschreiben, wie gut ein Material (oder Produkt) der Reibung widersteht, wenn es über eine andere Oberfläche gleitet.

DLC-Beschichtungen haben einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen 0,015 und 0,2. Infolgedessen benötigen DLC-beschichtete Teile (oder Baugruppen) typischerweise weniger Energie, um einen Prozess (oder mechanischen Betrieb) aufrechtzuerhalten. Dies macht sie äußerst nützlich in Anwendungen, in denen Teile bewegt werden müssen, wie z. B. in der Automobilindustrie, in Maschinenwerkstätten und in der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Erfahren Sie mehr:Verstehen, wie Hersteller Luft- und Raumfahrtteile herstellen.

#2 Hervorragende Abriebfestigkeit

Abrieb beschreibt das Abnutzen (Abschleifen oder Abreiben) von Teilen eines Materials aufgrund von Reibung. Es ist normalerweise unerwünscht und bei mechanischen Operationen unvermeidlich. Die einzige Lösung besteht darin, ein Material mit hoher Abriebfestigkeit für einen bestimmten Anwendungsbedarf zu finden.

DLC-beschichtete Metalle bieten im Vergleich zu normalen Metallen eine hohe Abriebfestigkeit. Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, wie viel Abrieb DLC-Beschichtungen bieten, betrachten wir Abbildung 3, die einen Abriebfestigkeitstest zeigt, der an zwei Metallen durchgeführt wird.

Abbildung 3:Verschleiß- (oder Abrieb-) Widerstandstest an diamantähnlichem kohlenstoffbeschichtetem Material

Angenommen, das erste Metallteil hat keine zusätzliche Beschichtung, während das andere Metall DLC-beschichtet ist. Wenn Sie in einem solchen Szenario einen Eindringkörper auf die beiden Materialien (mit der gleichen Kraft) einwirken lassen, werden Sie feststellen, dass die DLC-beschichtete Oberfläche nicht so stark zerkratzt wie die Oberfläche ohne Beschichtung. Diese einzigartige Eigenschaft macht DLC-beschichtete Teile nützlich für Verschleißteile von Automobilmotoren, Einspritzdüsen und Schmuckanwendungen.

#3 Korrosionsbeständigkeit

DLC-Beschichtungen bieten Korrosionsbeständigkeit und eignen sich daher ideal für Anwendungen, bei denen Teile feuchten oder aggressiven Umgebungen ausgesetzt sind (z. B. Pipelines und Luft- und Raumfahrtkomponenten).

#4 Ästhetik

Die DLC-Beschichtung hebt sich von anderen Beschichtungsarten ab, da sie Metallteile vor aggressiven Atmosphären schützt und gleichzeitig das ästhetische Erscheinungsbild des Teils kaum bis gar nicht verändert. Darüber hinaus können Sie mit dem DLC-Beschichtungsverfahren eine attraktive Farbpalette von Anthrazit bis Tiefschwarz erzielen.

Arten der DLC-Beschichtung

DLC-Beschichtungen gibt es in verschiedenen Arten, abhängig von dem Metall (oder Nichtmetall), das ihrer chemischen Struktur hinzugefügt wird. Beispielsweise sind metalldotierte DLC-Beschichtungen einfach DLC-legiert mit Metallen wie Titan, Molybdän, Wolfram, Aluminium und Chrom. Im Gegensatz dazu umfassen nichtmetalldotierte DLC-Typen Silizium-DLC, Fluor-DLC und Stickstoff-DLC.

Abbildung 4:Siliziumdotierte DLC-Beschichtung auf einem Metallsubstrat

Die Wahl der idealen legierten DLC-Beschichtung hängt von Ihren Anwendungsanforderungen ab. Beispielsweise sind titanlegierte DLC-Schichten aufgrund ihrer hervorragenden tribologischen Eigenschaften, Bioinertheit und chemischen Inertheit ideal für medizinische Anwendungen. Im Gegensatz dazu sind siliziumlegierte DLC-Beschichtungen ideal für Schneidwerkzeuge, Motorblöcke, Kolben und Zahnräder.

Abbildung 5:Kolben- und Zylinderteile mit DLC-Beschichtung

Glücklicherweise bieten hochkarätige Maschinenwerkstätten wie Gensun ihren Kunden in der Regel Beratungsdienste zur Oberflächenveredelung an.

DLC-Beschichtungsdienste:Gensun kann helfen

Gensun ist ein führender Anbieter von Bearbeitungsdienstleistungen in ganz Asien. Wir verwenden nicht nur modernste Fertigungstechnologien zur Herstellung Ihrer Teile, sondern bieten auch hochwertige Oberflächenveredelungsdienste wie diamantähnliche Kohlenstoff-DLC-Beschichtung. Unsere Ingenieure, Mechaniker und Experten für Qualitätskontrolle arbeiten zusammen, um Ihr Produkt richtig zu machen.

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