Tribologie und Anwendung trocken laufender ta-C-Schichten

Diamantartige Kohlenstoffschichten (diamond-like carbon - DLC) sind zunehmend in verschiedenen Anwendungen auf Gleitkomponenten und Werkzeugen verbreitet. Ihr Vorteil resultiert aus der einzigartigen Kombination von hoher Härte und niedriger Reibung unter ungünstigen Schmierbedingungen oder sogar ohne Schmierung. So können auf beanspruchten Bauteilen, z.B. Einspritz- und Ventiltriebskomponenten in Automobilanwendungen inzwischen lebensdauerstabile DLC-Schichten eingesetzt werden, die bei den auftretenden Mischreibungsbedingungen die Reibungsverluste reduzieren. Bei hochbelasteten Komponenten wie Leistungsgetrieben sind DLC Schichten auch potenziell einsetzbar wenn es gelingt, die Haftfestigkeit bzw. Überrollbeständigkeit weiter zu steigern, um ein Versagen durch Abplatzung zu vermeiden. Es wurden tribologische Untersuchungen von ta-C-Schichten an Luft sowie im Hochvakuum durchgeführt und die Reibungs- und Verschleißkoeffizienten in Abhängigkeit verschiedener Testparameter gemessen. Die Untersuchungen an Luft zeigten eine starke Abhängigkeit des Reibungs- und Verschleißverhaltens von der Luftfeuchte. Mit zunehmender Luftfeuchte verringern sich Reibung und Verschleiß signifikant. Bei verwendeten Stahl-Gegenkörpern bildet sich durch die Anwesenheit von ta-C eine Triboreaktionsschicht aus Eisenoxiden, die den Gegenköper vor Verschleiß schützt. Im Hochvakuum wurden bei ta-C/ta-C-Paarungen überraschenderweise zum Teil sehr niedrige Reib- und Verschleißwerte gemessen. Da bei Wiederholungsmessungen mit nominell gleichen Schichten sehr deutliche Abweichungen auftraten, ist noch ungeklärt, unter welchen Umständen sich ein günstiges Reibungsverhalten einstellt. Es wird spekuliert, dass unter den gegebenen Vakuumbedingungen durch Absättigung der ta-C-Oberfläche mit Restgasen es zu empfindlichen Abhängigkeiten des Reibungsverhaltens von kleinsten Parameteränderungen kommen kann.