Diamantharte Schichten Montag, 22.06.2015

Mit hartem Kohlenstoff beschichtete Motorenkomponenten verringern den Treibstoffverbrauch durch gegen null gehende Reibungswerte.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden entwickelten ein neues Laser-Verfahren,  Laser-Arc-Verfahren genannt, Kohlenstoffschichten mit nahezu der Härte von Diamant großtechnisch in hohen Beschichtungsraten und großen Dicken in Serie aufzutragen. Beschichtungen auf Kohlenstoffbasis werden zwar bereits in der Serienproduktion eingesetzt. Die tetraedrischen amorphen Kohlenstoffschichten aus dem Laser-Arc-Verfahren sind jedoch wesentlich härter und damit verschleißfester als herkömmliche diamantähnliche Schichten.

Beim Laser-Arc-Verfahren wird im Vakuum ein Lichtbogen zwischen einer Anode und dem Kohlenstoff als Kathode erzeugt. Um den Lichtbogen auszulösen, trifft ein Laser auf den Kohlenstoff. Es entsteht Plasma aus Kohlenstoff-Ionen, das sich im Vakuum auf den zu beschichtenden Bauteilen abscheidet. Um industriell große Stückzahlen zu ermöglichen, fährt ein gepulster Laser vertikal eine rotierende Kohlenstoffwalze ab und steuert hierdurch den Lichtbogen. Die Walze wird gleichmäßig abgetragen. Für eine einheitliche glatte Beschichtung lenkt zudem ein Magnetfeld das Plasma ab und filtert Schmutzpartikel heraus.

Mit dem Laser-Arc-Verfahren können sehr dicke ta-C-Schichten von bis zu 20 Mikrometern mit hohen Beschichtungsraten abgeschieden werden. Der Automobil- und Motorradhersteller BMW arbeitet intensiv an der großtechnischen Umsetzung ta-C-beschichteter Bauteile in Motoren seiner Fahrzeugmodelle.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik
Bild: © Dirk Mahler / Fraunhofer - Mit dem Laser-Arc-Verfahren gelingt es, reibungsmindernde verschleißarme Schichten auf Bauteilen abzuscheiden.


Erstellt am 22. Juni 2015
KK