Een unieke combinatie van extreme hardheid en lage wrijving voor superieure slijtvastheid

Binnen het universum van slijtvaste dunne films, diamantachtige koolstof ( DLC ) coatings zijn naar voren gekomen als de ideale oplossing voor veeleisende tribologische toepassingen waarbij componenten onder hoge belasting staan ​​of onderhevig zijn aan extreme wrijving, slijtage en contact met andere onderdelen. In dit soort omgevingen kan alleen de hoge hardheid van een DLC-coating - samen met een bijbehorende lage wrijvingscoëfficiënt - voorkomen dat onderdelen putten, vreten, vastlopen en uiteindelijk falen in het veld.

De wijdverbreide toepassingen voor DLC-coatings zijn onder meer prestatiegerichte auto's en racen naar aslagers van windturbines en planetaire tandwielen; roestvrijstalen snijbladen en zuigerpompen voor voedselverwerking; en glijdende componenten bij het vullen en bottelen. De coatings zijn ook een bewezen techniek voor het upgraden van kritische roterende onderdelen in hydraulische aandrijvingen, brandstofinjectiesystemen, mechanische afdichtingen, pompen en kleppen.

Voor velen zijn DLC-coatings gehydrogeneerde amorfe koolstof (a-C:H) coatings, maar dit is een misvatting omdat ze sterk kunnen worden ontwikkeld op basis van waterstofgehalte (gehydrogeneerd of waterstofvrij), de selectie van extra metalen en niet-metalen doteringselementen , de aanwezigheid van onderlagen en keuze van depositie- en hechtmethodes.

Samen kunnen deze factoren nauwkeurig worden gecontroleerd om een ​​breed scala aan dun aangebrachte (meestal 1 tot 5 μm) DLC-coatings te creëren met een hardheid van 8 - 80 GPa of hoger (diamant is het hardste bekende materiaal bij 70-150 GPa). Daarnaast kunnen ook de gewenste wrijvingscoëfficiënt, oppervlakteafwerking en zelfs applicatietemperatuur worden gemanipuleerd.

Vanwege het brede scala aan aanpasbare attributen die mogelijk zijn binnen de categorie, kunnen DLC-coatings vanaf de vroegste stappen van het ontwerpproces een belangrijke rol spelen in de engineering van componenten.

Gehydrogeneerde amorfe koolstofcoatings

Het meest bekende DLC-coatingtype, gehydrogeneerde amorfe koolstof (a-C:H), wordt meestal aangebracht via plasma-assisted chemical vapour deposition (PACVD). Deze depositiemethode veroorzaakt een chemische reactie door plasma-excitatie en ionisatie die een coatinghardheid van ongeveer 15-30 GPa creëert, wat zich aan de onderkant van de DLC-coatings bevindt.

Een gehydrogeneerde amorfe koolstofcoating kan echter verder worden gemanipuleerd door middel van doping, wat een proces is waarbij chemische elementen worden toegevoegd om de prestatie-eigenschappen te veranderen. Silicium, zuurstof of metalen kunnen allemaal worden gebruikt als doping-elementen om verschillende resultaten te bereiken.

Waterstofvrije DLC-coatings

Een alternatief voor gehydrogeneerde DLC is een waterstofvrije DLC-coating die zorgt voor een nog hogere hardheid en een zeer lage wrijvingscoëfficiënt.

Deze coatings kunnen worden aangebracht in de meest veeleisende omgevingen, inclusief voertuigen met hoge prestaties voor hoge wrijving, slijtage en contactgebieden van de motor en kleppentrein. De coating kan worden gebruikt op het brandstofinjectiesysteem, de nokkenas, zuigerpennen, kleppen, lifters en vingervolgers, waar sprake is van hoge contactdruk en glijsnelheden. Naast voertuigen is de coating ideaal voor gebruik bij hydraulische pomponderdelen, mechanische afdichtingen en hogedrukventielcomponenten.

De meeste waterstofvrije coatings worden aangebracht met behulp van een methode van fysieke dampafzetting (PVD) door boogverdamping die tetraëdrische amorfe koolstof of ta-C produceert. Met een hoog niveau van tetraëdrische bindingen (meestal 50-60%) wordt een aanzienlijk hogere slijtvastheid bereikt in vergelijking met a-C:H-alternatieven.33