Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWSHöhere Energieeffizienz durch Reibungsreduzierung – Fraunhofer IWS Dresden auf der Hannover-Messe 2011
Forscher des Fraunhofer IWS Dresden präsentieren auf der Hannover Messe (4. bis 8. April 2011) Technologien und Anlagentechnik zur industriellen Abscheidung von superharten, amorphen Kohlenstoffschichten (DIAMOR®).
Eine ausreichende Schmierung ist der klassische Weg zur Reduzierung der Reibung. Dort, wo nicht geschmiert werden kann oder die Schmierung gar ausfällt, werden Reibung und Verschleiß ausschließlich durch die Oberflächeneigenschaften der Reibpartner dominiert. Bisher erfolgreich eingesetzte Hartstoffschichten werden durch Verwendung von amorphen Kohlenstoffschichten (DLC) deutlich übertroffen. Dabei besitzen die wasserstofffreien ta-C-Schichten das höchste Potenzial zur Reibungs- und Verschleißreduzierung, ohne und mit Schmierstoffen.
Solche extrem harten, amorphen, wasserstofffreien DLC-Schichten (DIAMOR®) werden im Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS mittels gepulster Vakuumbogenbeschichtung, dem lasergesteuerten Vakuumbogen (Laser-Arc) und dem superpulsed Arc (spARC) hergestellt. Dabei erfolgt die Beschichtung von Bauteilen und Werkzeugen durch hochenergetische Kohlenstoffionen aus einem gepulsten Kohlenstoffplasma, das von einer oder mehreren in einer Vakuumkammer angeordneten Graphitkathoden erzeugt wird. Besonders vorteilhaft ist der Kathodenaufbau als rotierende Walze beim Laser-Arc, weil dadurch ein gleichmäßiger Materialabtrag, hoher Ausnutzungsgrad und Langzeitnutzung der Kathode für die volle Beschichtungshöhe der Beschichtungsanlage gewährleistet wird. Beide Kohlenstoffplasmaquellen wurden in Form von Modulen zur technischen Reife entwickelt und können so einfach in kommerziell verfügbare Beschichtungsanlagen integriert werden.
Das neuartige vollautomatisch betriebene Laser-Arc-Modul (LAM 500) gewährleistet in Verbindung mit der PVD-Hartstoffanlage DREVA600 von der VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH eine langzeitstabile Arbeitsweise, so dass Bauteilbeschichtungen mit Schichtdicken bis zu 10 µm (zweifache Rotation) unter industriellen Bedingungen ausgeführt werden können. Durch die Integration eines neuartigen Filters in das LAM 500 konnte ein entscheidender Fortschritt zur Abscheidung defektarmer, glatter Diamor-Schichten erzielt werden, so dass eine oft notwendige Oberflächenglättung der herkömmlich abgeschiedenen Diamor-Schichten künftig entfallen kann.
In enger Zusammenarbeit mit VTD Dresden wurde die LAM 500 DREVA 600 Beschichtungsanlage (einschließlich Filtertechnik) zur technischen Reife entwickelt und gemeinsam bei VTD in Betrieb genommen. Somit steht VTD als erster Anbieter für industrielle Lohnbeschichtung von Diamor zur Verfügung. Gemeinsam bieten das Fraunhofer IWS und VTD das LAM 500 zur Nachrüstung ihrer Anlagen an interessierte Nutzer an.