Tribologische Schichtsysteme

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

DLC-beschichteter Kugellagerkäfig, Foto: Felizitas Gemetz© Fraunhofer IWM

Ein Schlüssel zur Lösung tribologischer Herausforderungen ist die Beschichtung der Bauteile mit diamantähnlichen Schichten (DLC: Diamond Like Carbon). Durch den Einbau netzwerkmodifizierender Elemente stellen wir die Benetzbarkeit durch Schmiermittel exakt ein und vermeiden so unerwünschte Anhaftungen. Unsere plasmaunterstützte Prozesstechnologie erlaubt eine getrennte Steuerung von inhärenten und topographischen Eigenschaften von Schichten aus der Familie der amorphen Kohlenwasserstoffe.

Leistungen

  • DLC-Beschichtungen für Wälz- und Gleitlager sowie für Motorenkomponenten
  • Beschichtung von Kunststoffen
  • Herstellung und Qualifizierung von In-situ-strukturierten DLC-Schichten
  • Entwicklung dicker DLC-Schichten
  • Entwicklung einer Beschichtung für Siebe in der Siebdrucktechnologie
  • Entwicklung abriebtoleranter DLC-BN-Multilagen
  • Entwicklung elektrisch hochisolierender DLC-Schichten
  • Entwicklung einer Beschichtung für Bodenbearbeitungsgeräte für die Landwirtschaft: Projektwebseite RemBob
  • Demonstration des Einsatzes von in situ strukturierten DLC-Schichten in der Dichtungs-, Pumpen- und Lagertechnik: Projektwebseite Desi
  • Oberflächenfunktionalisierung durch Duplex-Plasmatechnologie: Projektwebseite OdPat
  • Entwicklung abriebtoleranter Multilayer-DLC-Schichten für den Maschinen- und Werkzeugbau: Projektwebseite AT-DLC

Themen

PACVD Anlagentechnik

PACVD Anlagentechnik

Mit eigens entwickelten und patentierten Beschichtungsanlagen können bei hoher Plasmadichte in effizienten Prozessen schnellwachsende DLC-Schichten auf Bauteile aufgebracht werden. Die Anlagen sind auf die Geometrie und Größe der Bauteile anpassbar, komplexe Bauteilformen können rundherum gleichmäßig beschichtet werden. Durch das 2-Kammer-Prinzip (Inertgaskammer und Reaktivgaskammer) sind die Anlagen reinigungsarm.

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Mesoskalige Schichtwachstumssimulation

Mesoskalige Simulation des Schichtwachstums

Die Entwicklung der Oberflächenstruktur im Depositionsprozess und der Einfluss der Abscheidungsbedingungen auf die Strukturentwicklung werden mit Hilfe mesoskopischer Wachstumsmodelle untersucht.  Durch die Simulation der Wechselwirkung von Deposition und Materialtransport auf der Oberfläche kann die Entstehung der Oberflächenstrukturen im Computer nachgebildet und in einer Detailliertheit untersucht werden, welche experimentell nicht möglich ist.

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In situ strukturierte DLC-Schichten

In-situ strukturierte DLC-Schichten

Durch eine neuartige Beschichtungstechnologie kann während der Abscheidung ohne Vorstrukturierung eine gezielte Topographie eingestellt werden. Dies führt zu wesentlichen Fortschritten bei der Reibungs- und Verschleißminderung und damit zur Reduktion von Schmier- und Trennmitteln. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Antriebs- und Anlagenkomponenten wird wesentlich erhöht.

Modellierung der Oberflächenstruktur amorpher Kohlenstoffschichten. (PDF)

In-situ Strukturierung von DLC-Schichten. (PDF)

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Multilagen DLC-BN-Schichten

Multilagen DLC-BN-Schichten

DLC-Schichten lassen sich über Dotierung und Abscheideparameter weitgehend beeinflussen. Über eine Kombination unterschiedlicher Schichten in einem Multilagen Schichtaufbau können die positiven Eigenschaften der Einzelschichten miteinander kombiniert werden. Die Verschleißfestigkeit und die Temperaturbeständigkeit werden durch Einbringung von hochverschleißfesten (amorphen bzw. hexagonalen) Bornitrid-Lagen erhöht.

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Publikationen

Über den Link gelangen Sie zur Seite von Fraunhofer Publica, auf der Sie unsere Veröffentlichungen recherchieren können: Fraunhofer Publica

Liste unserer Veröffentlichungen:

  • Blug, B.; Meier, S.; Pfeiffer, W.; Hollstein, T., Design of DLC coatings for high speed hybrid ball bearings; Editors: K. Vercammen, K. Van Acker , J. Meneve, Vito, Belgien, 2004, ISBN: 83-70204-418-X
  • Blug, B.; Meier, S.;W. Pfeiffer, Hollstein, T., Reibung, Schmierung und Verschleiß; Tagungsband, Gesellschaft für Tribologie, Göttingen (2004)
  • Gemetz, F.; Meier S., Kunststoffbeschichtung mit DLC; Konstruktion 6 (2009) IW09-10 Volltext auf Fraunhofer Publica
  • Hormann, C.; Meier, S.; Moseler, M., The importance of non-local shadowing for the topography evolution of a-C:H films grown by toluene based plasma enhanced chemical vapor deposition; The European physical journal. B, Condensed matter physics 69/2 (2009) 187-194, DOI: 10.1140/epjb/e2009-00131-6, Volltext auf Publica
  • Krause, G.; Kraft, T.; Wonisch, A.; Meier, S.; Gemetz, F.; Weber, R.; Schwanke, D.; Lang, A.; Pohlner, J.; Pönisch, C.; Geng, J., Entwicklung nanotechnologischer Siebbeschichtungen und daran angepasster Pastensysteme für den FineLine-Druck von keramischen Schaltungsträgern, Verlag Dr. Markus A. Detert, Templin (2010) 47-63 und 73-80
  • Meier, S., König, M.; Hormann C., Deposition of in situ surface structured DLC-coatings; Surface and Coatings Technology 202 (2007) 1267-1271
  • Meier, S., Direktstrukturierte DLC-Schichten im Hochraten-PACVD-Verfahren, EFDS-Tagungsband-Dortmund, Dortmund (2006)
  • Pastewka, L.; Moser, S.; Moseler, M.; Blug, B.; Meier, S.; Hollstein, T.; Gumbsch, P., The running-in of amorphous hydrocarbon tribocoatings: a comparison between experiment and molecular dynamics simulations; International Journal of Materials Research 10 (2008) 1136-1143, DOI: 10.3139/146.101747

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Beiträge in Jahresberichten des Fraunhofer IWM