Verschleißfeste Antihaftschichten

Die Vermeidung von Ablagerungen, Verschmutzungen, Verklebungen oder eine definierte Tropfenbildung fordern Oberflächen mit guten Antihaft­eigenschaften. Neben einer geringen Ober­flächenenergie müssen die Werkzeuge oder Bauteile aufgrund zusätzlicher mechanischer Belastungen auch meist verschleißfeste Oberflächen aufweisen. Hartstoffschichten können neben einer hohen Härte auch Anti­hafteigenschaften besitzen. Vor allem modifizierte diamantähnliche Kohlen­stoffschichten, z. B. SICON®, sowie Chrom­nitrid-Schichten (CrN) erweisen sich als besonders geeignet.

Unser Angebot

  • Gezielte Einstellung der Oberflächenenergie bzw. des Benetzungsverhaltens durch Beschichtungen (Haft- und Antihaftschichten)
  • Kombination von Benetzungseigenschaften mit hoher Verschleißfestigkeit
  • Kombination von strukturierten Oberflächen mit Antihaftbeschichtungen (Lotus-Effekt)
  • Anpassung der Schichteigenschaften an kundenspezifische Anforderungen
  • Prozessentwicklung, Verschleißanalyse und Beratung

Eigenschaften und Vorteile

Durch den Einbau von nichtmetallischen Elementen in diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) kann das Benetzungsverhalten ge­zielt variiert werden. Mit den Elementen Fluor und Silizium wird die Oberflächen­energie und die Benetzbarkeit deutlich reduziert (z. B. F-DLC, SICON®, SICAN). Stickstoff, Bor und Sauerstoff bewirken gegenteilige Effekte, d. h. die Oberflächen sind gut benetzbar ( z. B. N-DLC, B-DLC). Die silizium- / sauerstoff­modifizierten DLC-­Schichten haben ähnlich gute Antihafteigenschaften wie Teflon®, jedoch eine deutlich höhere Verschleißfestigkeit und Temperaturstabilität. Auch chrombasierte Schichtsysteme (CrN und Varianten) weisen günstige Antihaft- sowie mechanische und tribologische Eigenschaften auf. Durch eine gezielte Prozessführung lässt sich die Schichtzusammensetzung und -struktur einstellen und damit das Eigenschaftsprofil an kundenspezifische Anforderungen anpassen.

Eigenschaften verschiedener Schichten im Vergleich zu PTFE und Stahl 100Cr6

Beschichtungen Oberflächenenergie [mN/m] Härte [GPa] Reibkoeffizient (gegen Stahl, trocken)
DLC (a-C:H) 35 – 40 20 – 30 0,10 – 0,20
Me-DLC (a-C:H:Me) 40 – 45 15 – 20 0,15 – 0,20
SICAN (a-C:H:Si) 30 – 35 10 – 15 0,07 – 0,15
SICON® (a-C:H:Si:O) 22 – 26 7 – 9 0,50 – 0,60
F-DLC (a_C:H:F) 20 – 22 2
CrN 30 – 75 18 – 20 0,50 – 0,80
PTFE (Teflon®) 18,5 0,3 0,10
Stahl 100Cr6 > 1000 8 – 9 0,70 – 0,90

Anwendungen

Antihaftbeschichtungen auf Presswerkzeugen für die pharmazeutische Industrie haben sich seit mehreren Jahren in der Praxis bewährt. Mit SICON®-beschichteten Tablettierwerkzeugen kann das Anhaften klebender Pulvermischungen auch ohne Einsatz von Trennmitteln vollständig verhindert werden.

Zahlreiche Anwendungen DLC-basierter Antihaftschichten sowie von CrN-Schichten gibt es in der kunststoffverarbeitenden Industrie. Durch die Vermeidung von Ablagerungen auf Extrusions- oder Spritzgusswerkzeugen reduziert sich nicht nur der Reinigungs- bzw. Wartungsaufwand, sondern auch die Produktqualitäten verbessern sich deutlich.

Eine gezielte Tropfenkondensation, z. B. an Wärmetauschern, ermöglicht höhere Wärme­übergangskoeffizienten und damit einen höheren Wirkungsgrad.

SICON®-Schichten ermöglichen hier gegenüber einer Filmkondensation um fast eine Größen­ordnung höhere Wärmeflussdichten. Die zusätzliche Antifouling-Wirkung des Schichtsystems verhindert Ablagerungen wie z. B. von Kalk.

Aufgrund der möglichen Prozesstemperaturen von unter 100 °C während des vakuumbasierten Plasmabeschichtungsverfahrens zur Herstellung dieser Beschichtungen, sind auch diverse Anwendungen für nichtmetallische Werkzeuge und Bauteile, z. B. für temperaturempfindliche Komponenten aus Kunststoffen möglich. Das weit einstellbare Schichteigenschaftsspektrum von modifizierten DLC-Schichten ermöglicht darüber hinaus vielfältige Applikationen von »Easy-to-clean«-Oberflächen bis zu Anwendungen im Bereich elektrischer Isolation.