DLC

Mit Diamond Like Carbon (DLC) beschichtete Oberflächen finden breite Anwendung in der modernen Industrie. Sie dienen beispielsweise als Verschleißschutz für stark beanspruchte Motorbauteile und erhöhen die Abriebfestigkeit verschiedener Materialien. Fischer bietet fortschrittliche Technologie zur Analyse selbst feinster DLC-Beschichtungen.

Leistungsstarke Messtechnik für DLC-Beschichtungen

Application Notes

Nanoindentation auf verschleißmindernden DLC-Schichten im Motorenbereich

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.

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.

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.

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-vs²)

GPa

HIT

N/mm²

HV

X

8442,98

173,71

19 398,17

1833,13

s

785,22

15,89

2320,85

219,32

V/%

9,3

9,15

11,96

11,96

Abb. 1: Martens-Härte (HM) und weitere Parameter der DLC-Schicht, die Tabelle zeigt Mittelwert, Standardabweichung und Variationskoeffizient von 12 Messungen, die Grafik das tiefenabhängige Profil

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“)

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.

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