Mehrlagige DLC-Beschichtungen für komplexe Anforderungen in der Holzbearbeitung (1. Förderperiode)

Obwohl beschichtete Werkzeuge mit reibungsarmen und verschleißfesten diamant-ähnlichen Kohlenstoffschichten (DLC - Diamant Like Carbon) bereits als industriell etabliert angesehen werden können, stoßen sie bei tribo-mechanischen Anwendungen in feuchter Umgebung bald an ihre Grenzen. Der Grund hierfür liegt darin, dass konventionelle DLC-Schichten in Kontakt mit Wasser nicht inert reagieren. Es kommt zu einer Veränderung der Oberflächenchemie der DLC-Schicht, in deren Konsequenz die Reibung zwischen Schicht und Gegenkörper drastisch ansteigt.

Ziel des beantragten Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Konzepts zur Abscheidung von reibungsarmen und verschleißbeständigen DLC-Schichten, die ein günstiges tribo-mechanisches Verhalten auch unter feuchter, korrosiver Umgebung, besitzen. Grundgedanke der angestrebten Lösung ist die Entwicklung einer mehrlagigen DLC-Beschichtung. Ein spannungsarmes Schichtsystem aus a-C:H-Schichten stellt Verschleißbeständigkeit und Härte bereit, während die a-C-Decklagen die geringe Reibung vor allem in Kontakt mit Feuchtigkeit garantiert. Durch einen iterativen Ansatz, bei dem die Beschichtungsparameter systematisch mit den Schichteigenschaften korreliert werden, werden mehrlagige DLC-Schichtsysteme entwickelt, die das komplexe Anforderungsprofil, wie es bei Reibung und Verschleiß in feuchter Umgebung auftritt, erfüllen können. Entsprechend optimierte Schichtsysteme werden in einem eigens zu konzipieren dem Modellversuch erprobt, um den Einsatz in der Holzbearbeitung möglichst anwendungsnah zu simulieren. Die Untersuchungen werden begleitet mit der Erarbeitung eines Erklärungsmodells zur Wirkungsweise des neuen Schichtkonzepts. Dementsprechend stehen nach Projektabschluss wichtige grundlegende Erkenntnisse bereit, die für einen Einsatz der vielversprechenden DLC-Schichten in der Holzbearbeitung notwendig sind.

1. W. Tillmann, E. Vogli, F. Hoffmann: Low-friction diamond-like carbon (DLC)-layers for humid environment. Thin Solid Films, 516 (2007) 262-266. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.06.129
2. E. Vogli, F. Hoffmann, J. Nebel, D. Risch, A. Brosius, W. Tillmann, A.E. Tekkaya: Novel layers for dies used in electromagnetic sheet metal forming processes. 3rd International Conference on High Speed Forming (ICHSF) Proceedings, 3 (2008) 301-312.
3. W. Tillmann, E. Vogli, F. Hoffmann: Wear-resistant and low-friction diamond-like-carbon (DLC)-layers for industrial tribological applications under humid conditions. Surface and Coatings Technology, 204 (2009) 1040-1045. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.06.005

1. W. Tillmann, E. Vogli, F. Hoffmann: Wear-resistant and low-friction diamond-like-carbon (DLC)-layers for industrial tribological applications under humid conditions. 36th International Conference of Metallurgic Coatings and Thin Films (ICMCTF), San Diego, USA, 27. April – 1. Mai 2009.

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