DLC-Beschichtungen für Verbrennungsmotoren
Um die Emissionen bei Verbrennungsmotoren ohne Leistungseinschränkungen zu senken, müssen bewegliche und verschleißanfällige Teile wie Nockenwellen, Kolbenringe und Zahnräder ständig optimiert werden. Eine solche Optimierung stellt die Beschichtung mit DLC (diamond like carbon) dar, welche sich durch eine hohe Härte aber auch durch eine gewisse Zähigkeit auszeichnet – Parameter, welche im Beschichtungsprozess entsprechend überwacht werden müssen.
Bestimmung der Härte von dünnen DLC-Schichten
DLC-Schichten bestehen hauptsächlich aus amorphem Diamant und amorphem Graphit. Sie dienen vor allem als Schutz gegen Verschleiß, sollen aber auch die Reibung minimieren. Aufgrund der dunklen Farbe dieser Beschichtungen und der meist sehr kleinen Durchmesser der Eindrücke ist eine optische Bestimmung der Härte durch Ausmessen des Indentoreindrucks sehr ungenau.
Die genauere Methode zur Bestimmung der Härte von DLC-Schichten
Eine viel genauere Methode zur Bestimmung der Härte von DLC-Schichten ist die Nanoindentation, bei der kontinuierlich während des Messablaufs die Kraft- und Wegdaten aufgezeichnet werden, sowohl während der Belastungs- als auch der Entlastungsphase. Damit lassen sich neben der Härte dünner Schichten auch weitere, die Qualität bestimmende Kenngrößen wie z. B. das Eindringmodul ermitteln. Zudem kann mit dieser Methode ein Substrateinfluss auf die Messwerte ausgeschlossen werden kann.
Eigenschaften mit dem FISCHERSCOPE® HM2000 bestimmen
Beispielhaft werden die Messergebnisse einer 3 µm dünnen DLC-Schicht vorgestellt, ermittelt mit dem FISCHERSCOPE® HM2000. Die Martens-Härte (HM) berücksichtigt plastische und elastische Eigenschaften der Probe. Das Eindringmodul (EIT) hingegen lässt Rückschlüsse auf das elastische Verhalten zu. Die Eindring-Härte (HIT) und die daraus berechnete Vickers-Härte (HV) zeigen die plastischen Eigenschaften der Proben.
| DLC- Schicht | HM N/mm² | EIT/(1-vs^2) GPa | HIT N/mm² | HV |
|---|---|---|---|---|
| X | 8442.98 | 173.71 | 19398.17 | 1833.13 |
| s | 785.22 | 15.89 | 2320.85 | 219.32 |
| V/% | 9.3 | 9.15 | 11.96 | 11.96 |
Die Lösung für anspruchsvolle Messaufgaben: FISCHERSCOPE® HM2000
Standardabweichung und Variationskoeffizienten zeigen, mit welcher Genauigkeit selbst bei rauen Proben mit geringen Schichtdicken die qualitätsrelevanten Kenngrößen bestimmt werden können. Dabei erlaubt das
FISCHERSCOPE HM2000 die Durchführung dieser Messungen mit:
- Extrem schneller Probenpräparation
- Kurzer Messzeit
- Hoher Tiefenauflösung
- Minimaler und damit vernachlässigbarer Geräte-Compliance („Nachgiebigkeit“)
DLC-Schichten bestimmen mit dem FISCHERSCOPE® HM2000
Wenn es gilt, die mechanischen Eigenschaften von DLC-Schichten mit einer hohen Präzision zu bestimmen, ist das FISCHERSCOPE® HM2000 das geeignete Instrument. Zu weiteren Fragen steht Ihnen Ihr Fischer-Partner jederzeit zur Verfügung.
