Diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC) verstehen: Ein Leitfaden für Produktdesigner

Sind Sie ein Produktdesigner, der Teile oder Komponenten erstellen möchte, die mit anderen Teilen oder Baugruppen in Kontakt kommen, oder planen Sie Produkte, die aggressiven Chemikalien oder Umgebungen ausgesetzt sind? Wenn ja, müssen Sie ein Material mit hoher Verschleiß- und Chemikalienbeständigkeit wählen.

Während jedoch mehrere Werkstoffwerkstoffe beeindruckende Verschleißfestigkeit und chemische Eigenschaften aufweisen, kommen diese Materialien meist nicht günstig vom Band. Daher verbessern Top-Produktdesigner und -hersteller die Eigenschaften von Standardmetallen durch spezielle Oberflächenveredelungsprozesse wie diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung.

Diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung (DLC) entsteht, wenn ionisierter und zersetzter Kohlenstoff mit hoher Energie auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird. Diese Beschichtung verbessert die Eigenschaften des Substrats (wie Abriebfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Reibungskoeffizient), was sie in einer Vielzahl von Anwendungen ideal macht.

In diesem Artikel gehen wir auf die Grundlagen der diamantähnlichen Beschichtung ein. Wir behandeln auch die Arten und Anwendungen dieser Beschichtungen in verschiedenen Branchen. Legen wir los!

Diamantähnliche Beschichtung verstehen

Wenn Sie den Begriff „diamantähnliche Beschichtung“ zum ersten Mal hören, fragen Sie sich wahrscheinlich, wie Diamant (einer der härtesten bekannten natürlichen Stoffe) als Beschichtungsmaterial verarbeitet wird.

Aber Sie sollten DLC nicht so betrachten. Stattdessen sollten Sie an das wesentliche chemische Element denken, das diamantähnliche Beschichtung so einzigartig macht – Kohlenstoff. Kohlenstoff ist vierwertig – das bedeutet, er hat vier Elektronen, die Bindungen mit anderen Atomen eingehen können. Die Anzahl der gebildeten Bindungen und die Anordnung dieser Bindungen bestimmen die Eigenschaften, die eine Kohlenstoffverbindung besitzt.

Zum Beispiel weist die molekulare Struktur eines Diamants mehrere Kohlenstoffatome auf, die vier Elektronen nutzen, um molekulare Bindungen mit anderen Kohlenstoffatomen einzugehen. Im Gegensatz dazu nutzen die Kohlenstoffatome in der molekularen Struktur von Graphit nur drei dieser Elektronen, um Bindungen miteinander einzugehen. Diese geringe Variation ist es, die Diamantkristalle sehr hart und Graphit sehr weich macht.

Der diamantähnliche Kohlenstofffilm besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoffatomen, wie Diamant und Graphit. Allerdings kombiniert ein DLC-Film die atomare Struktur von Diamant und Graphit – was bedeutet, er weist mehrere Kohlenstoffatome auf und nutzt drei und vier der Atomelektronen zur Bildung molekularer Bindungen. Als Ergebnis besitzt DLC eine Kombination der Eigenschaften von Diamant und Graphit.

Eigenschaften der diamantähnlichen Beschichtung

#1 Niedriger Reibungskoeffizient

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

DLC-Beschichtungen haben einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten zwischen 0,015 und 0,2. Daher benötigen DLC-beschichtete Teile (oder Baugruppen) typischerweise weniger Energie, um einen Prozess (oder mechanischen Betrieb) aufrechtzuerhalten. Dies macht sie extrem nützlich in Anwendungen, in denen bewegliche Teile vorkommen, wie in der Automobilindustrie, Werkstätten und der Luft- und Raumfahrtindustrie.

Mehr erfahren: Wie Hersteller Luftfahrtbauteile fertigen.

#2 Hervorragende Abriebfestigkeit

Abrieb beschreibt das Abnutzen (Abrasieren oder Abreiben) von Materialanteilen durch Reibung. Er ist meist unerwünscht und in mechanischen Betrieben unvermeidbar. Der einzige Ausweg ist, ein Material mit hoher Abriebfestigkeit für einen bestimmten Anwendungsbedarf zu finden.

DLC-beschichtete Metalle bieten im Vergleich zu unbeschichteten Metallen hohe Abriebfestigkeit. Um Ihnen eine Vorstellung vom Abriebniveau zu geben, das DLC-Beschichtungen bieten, betrachten Sie Abbildung 3, die einen Abriebfestigkeitstest an zwei Metallen zeigt.

Angenommen, das erste Metallteil hat keine zusätzliche Beschichtung, während das andere DLC-beschichtet ist. In einem solchen Szenario, wenn Sie einen Eindringkörper mit derselben Kraft auf beide Materialien anwenden, würden Sie feststellen, dass die DLC-beschichtete Oberfläche nicht so stark zerkratzt wie die unbeschichtete Oberfläche. Diese einzigartige Eigenschaft macht DLC-beschichtete Teile nützlich in Automobilmotor-Verschleißteilen, Injektoren und Schmuckanwendungen.

#3 Korrosionsbeständigkeit

DLC-Beschichtungen bieten Korrosionsbeständigkeit, was sie ideal für Anwendungen macht, in denen Teile feuchten oder aggressiven Umgebungen ausgesetzt sind (z. B. Pipelines und Luftfahrtkomponenten).

#4 Ästhetik

DLC-Beschichtung hebt sich von anderen Beschichtungsarten ab, weil sie Metallteile gegen aggressive Atmosphären schützt, während sie das ästhetische Erscheinungsbild des Teils kaum bis gar nicht verändert. Zusätzlich können Sie mit dem DLC-Beschichtungsprozess einen attraktiven Farbbereich von Anthrazit bis Tiefschwarz erzielen.

Arten von DLC-Beschichtung

DLC-Beschichtungen gibt es in verschiedenen Typen, abhängig vom Metall (oder Nicht-Metall), das ihrer chemischen Struktur hinzugefügt wird. Zum Beispiel sind metall-dotierte DLC-Beschichtungen einfach DLC, legiert mit Metallen wie Titan, Molybdän, Wolfram, Aluminium und Chrom. Im Gegensatz dazu umfassen nicht-metall-dotierte DLC-Typen Silizium-DLC, Fluor-DLC und Stickstoff-DLC.

Die ideale legierte DLC-Beschichtungswahl hängt von Ihren Anwendungsanforderungen ab. Zum Beispiel sind titan-legierte DLC-Beschichtungen ideal für medizinische Anwendungen aufgrund ihrer hervorragenden tribologischen Eigenschaften, Bioinertheit und chemischen Inertheit. Im Gegensatz dazu sind silizium-legierte DLC-Beschichtungen ideal für Schneidwerkzeuge, Motorblöcke, Kolben und Getriebe.

Gott sei Dank bieten erstklassige Werkstätten wie Gensun ihren Kunden in der Regel Beratungsdienstleistungen für Oberflächenveredelung an.

DLC-Beschichtungsdienstleistungen: Gensun kann helfen

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