DLC-Schichten (DLC = Diamond-like carbon) werden in Gleitkontakten zur Reibungsreduzierung auf die Oberfläche eines oder beider Kontaktpartner aufgebracht. Aufgrund der kovalenten Bindungsstruktur besitzen sie eine geringe Adhäsionsneigung, was einen niedrigen Reibbeiwert zur Folge hat. Die hohe Härte der DLC-Schichten bietet zusätzlich einen hohen Verschleißschutz der beschichteten Oberflächen.

Die Eigenschaften von DLC-Schichten werden von der chemischen Zusammensetzung, der Mikrostruktur und dem makroskopischen Erscheinungsbild, wie z.B. der Porosität der Schicht, bestimmt. Zusätzlich zu den Schichteigenschaften sind die mechanischen Eigenschaften des darunter liegenden Grundwerkstoffs wichtig. Vor allem ist die Härte ein entscheidender Parameter, da ein zu weicher Grundwerkstoff bei Belastung leicht plastisch verformt werden kann und somit keine Stützwirkung für die DLC-Schicht mehr gegeben ist. Bei starker Verformung kann dies zu Rissen in der Schicht und letztlich zum Abplatzen der Schicht führen (sog. Eierschaleneffekt). Mit Hilfe eines Fokusierten Ionenstrahls ((FIB) = Focused Ion Beam) wurden beschichtete Bauteile präpariert und im REM (Rasterelektronenmikroskop) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass schon eine leichte Verformung des Grundwerkstoffs lokal Einfluss auf die Beständigkeit von DLC-Schichten nehmen kann. Durch die Verformung können kleine Aufwürfe entstehen, die sich durch die Schicht hindurch bis zur Oberfläche fortpflanzen. Dadurch kommt es lokal zu erhöhten Pressungen was zu einem überproportional polierenden Verschleiß der DLC-Schicht an diesen Stellen führen kann.

Um die Eigenschaften von DLC-Schichten in Serienprozessen zu kontrollieren und eine gleich bleibende Schichtqualität zu gewährleisten, werden derzeit Parameter wie Schichthärte, Haftfestigkeit und Schichtdicke kontrolliert. Von uns durchgeführte Untersuchungen zeigen jedoch, dass der Prüfumfang nicht ausreicht und zu ungenau ist, um Veränderungen der Schichtqualität zu erkennen. An Bauteilen aus zwei verschiedenen Chargen wurde in Verschleißtests ein deutlich unterschiedliches Verschleißverhalten beobachtet. Die Bauteile der ersten Charge zeigten großflächigen polierenden Abtrag an der Oberfläche während die Bauteile der zweiten Charge keinen nennenswerten Verschleiß zeigten. Die Härte der beiden Chargen war vergleichbar und erfüllte die Spezifikation. Um dieses Verschleißproblem aufzuklären wurden wissenschaftliche Methoden angewandt, mit deren Hilfe eine detaillierte Charakterisierung der DLC-Schichten erfolgen kann. Untersuchungen mittels SNMS-Tiefenprofilen (Secondary Neutral Mass Spectrometry) ergaben einen geringfügig höheren Anteil an Wasserstoff von etwa 2% in der Charge mit dem schlechteren Verschleißverhalten. Dieser geringe Unterschied kann den niedrigeren Verschleißwiderstand jedoch nicht erklären. Erhöhte Werte von chemischen Verunreinigungen konnten in keiner der beiden Chargen gefunden werden. Eine Analyse mittels Elektronenverlustspektroskopie (EELS = Electron Energy Loss Spectroscopy) zeigte in denen von uns ausgewerteten Spektren einen etwa 15% - 20% höheren Anteil an sp²‑hybridisiertem Kohlenstoff in der Charge mit dem schlechteren Verschleißverhalten. Weiter zeigen Aufnahmen dieser Charge in einem hochauflösenden REM (HR-REM) einen schlechteren Bedeckungsgrad der Oberfläche auf den Bauteilen. Besonders an einigen Schleifriefen war eine schlechte Bedeckung mit DLC zu erkennen.

Aus eigenen Beobachtungen und aus der Literatur ist bekannt, dass bestimmte Motoröle oder deren Bestandteile (Additive) Einfluss auf das Verschleißverhalten von DLC-Schichten nehmen können. So wird z.B. in Gegenwart des reibungsreduzierenden Additivs MoDTC(Molybdändialkyldithiocarbamat) ein erhöhter Verschleiß von DLC-Schichten beobachtet. Der Literatur ist zu entnehmen, dass besonders die sog. a-C:H Schichten betroffen sind, d.h.Schichten mit einem höheren Wasserstoffgehalt und einem höheren Anteil an sp²-hybridisiertem Kohlenstoff.

Der stärkere Verschleiß der Charge mit leicht erhöhtem Wasserstoffgehalt und einem höheren Anteil an sp²-hybridisiertem Kohlenstoff wurde zwar in einem Motoröl beobachtet, welches kein MoDTC enthielt, trotzdem ist durch die unterschiedliche Schichtzusammensetzung eine veränderte Wechselwirkung oder Reaktivität mit anderen Bestandteilen des Motoröls nahe liegend. Zukünftige Untersuchungen werden verstärkt auf die Adsorption und Absorption von Bestandteilen aus dem Motoröl auf und in der Schicht abzielen, um mögliche Wechselwirkungen zwischen DLC-Schichten und Motorölen weiter zu spezifizieren.