DLC-Schichten: Eigenspannung, Haftungsprüfung, Dickengrenze

Diamond-like carbon (DLC) sind amorphe Kohlenstoffschichten, deren Atome zugleich diamantartige sp3- und graphitartige sp2-Bindungen tragen; Abscheidung meist per PVD oder CVD. Sie gehören nicht zur Verfahrensfamilie der Flüssigbeschichtungen dieser Seite: Ein Lack verläuft und vernetzt sich an Luft zu vielen zehn Mikrometern Schichtdicke, eine DLC-Schicht wächst unter Ionenbeschuß Atom für Atom — vom Submikrometerbereich bis zu wenigen Mikrometern. Auf Maschinenbauteilen ergänzen sich beide, weshalb auch Beschichtungsbetriebe die Kennzahlen und die Auslegungsgrenzen von DLC kennen müssen.

Kurz gefaßt　Drei Linien tragen die Argumentation. Erstens die Eigenspannung. Die Druckeigenspannung beim Abscheiden erreicht häufig 8-10 GPa und wächst mit der Dicke; oberhalb eines kritischen Werts beult und löst sich die Schicht flächig. Dick ist keine Könnerschaft — erst nach Absenkung auf 2-4 GPa wird eine Einzellage bei 0,5-5 µm brauchbar. Zweitens sind die Verfahren nicht austauschbar. ISO 26443:2023 liefert eine qualitative Rockwell-Eindruckklasse 0-3, ASTM C1624-22 und ISO 20502:2016 liefern kritische Normalkräfte beim Ritzen, GB/T 47254-2026 (identisch mit ISO 4821:2022) die dynamische Haftung unter Schmierung. Sie messen Verschiedenes und sind nicht ineinander umrechnbar; zwei von ihnen sagen ausdrücklich, daß sie die intrinsische Grenzflächenfestigkeit nicht erfassen. Drittens ist die Umgebung eine Variable. Dieselbe a-C:H-Schicht zeigt 0,03-0,05 in trockenem Stickstoff, zu Beginn etwa 0,30 und im Stationären Zustand 0,10-0,30 bei 60 % LF sowie 0,021 und 0,027 in feuchtem Stickstoff nach dem Einlaufen. Für den Korrosionsschutz gilt zusätzlich: DLC ist keine Barriere — Poren gehören einem Dichtschluß oder einer Grundierung.

1. Zahlen zuerst

• Nomenklatur: ISO 20523:2017 über Klassifizierung und Benennung kohlenstoffbasierter Schichten (Ausgabe September 2017) gilt für Schichten, deren Hauptbestandteil Kohlenstoff ist und die per PVD oder CVD abgeschieden werden — amorphe Kohlenstoffschichten (DLC), CVD-Diamant, Graphit und polymerartige Schichten. Sie gilt nicht für Fullerene, Kohlenstoffnanoröhrchen und Graphen, und ihre Definitionen beziehen sich nur auf Nicht-Gradienten-Schichten; als Carbid gebundener Kohlenstoff in a-C:Me bzw. a-C:H:Me zählt nicht zur Kohlenstoffmenge. In Großbritannien als BS ISO 20523:2017 (in Kraft 2017-09-30), in Frankreich als NF A91-056 / NF ISO 20523:2018; verwiesen wird auf VDI 2840:2012.
• Härte: eine verbreitete Nacherzählung der ISO-20523-Klassen nennt a-C 15-25 GPa, ta-C 30-50 GPa, a-C:H 10-20 GPa, a-C:H:Me 15-30 GPa, polymerartig <5 GPa; Übersichtsarbeiten nennen hartes a-C:H mit 10-40 GPa und weiche Schichten unter 5 GPa. Messungen: PLD-ta-C mit 55-65 GPa Vickers und 800-900 GPa dynamischem E-Modul; eine Industrieschrift nennt 40-80 GPa und 400-800 GPa. Die Spreizung ist real — Abschnitt 6.
• Bindung und Wasserstoff: dieselbe Zweitquelle gibt a-C mit sp3/sp2 0,2-0,8 und Wasserstoff <1 at%; ta-C über 0,8 mit <1 at%; a-C:H 0,1-0,5 mit 20-40 at%; a-C:H:Me 0,3-0,6 mit 10-30 at%; polymerartig über 40 at%. PLD- und Filterbogenschichten erreichen 85% sp3, industrielles Lesen liegt bei 80-87% mit Nähe zu 90%.
• Eigenspannung: PLD-ta-C liegt abscheidgefertigt bei 8-10 GPa; Industrieschriftarten nennen ta-C 5-12 GPa; ultradünnes FCVA-ta-C zeigt beim Wuchs von 7,6 nm auf 50 nm zuerst fallende, dann steigende Restspannung und sp3, mit einem Tiefstwert von 3,9 GPa bei 29 nm. Ausglühen thermisch oder per Laser ergibt nahezu spannungsfreie Schichten.
• Dickengrenze: Die Literatur sagt offen, daß DLC schwer dick zu abscheiden ist, weil die Spannung mit der Dicke steigt und die Schicht oberhalb einer kritischen Dicke ablöst; mittlere 2 µm gelten auf vielerlei Substraten als beherrschbar, das Arbeitsfenster einer Einzellage liegt bei 0,5-5 µm (Dicke Toleranzziel ±5%). Die Prüfnormen enden an derselben Stelle: ASTM C1624-22 deckt mit 200 µm Radius 0,10-30 µm ab und wird unter 0,1 µm wie über 30 µm nicht empfohlen; ISO 26443:2023 gilt bis ≤20 µm.
• Energie und Abscheiderate: Ionenplating arbeitet mit 100-750 eV bei etwa 1 µm/h; der Filterkathodenbogen (FCVA) braucht 40-100 eV für über 80% sp3 bei 1-10 nm/s; PLD verlangt Flussdichte über 6 J/cm², mittlere kinetische Energie über 30 eV und Substrat unter 100 ℃; r.f-PECVD wurde mit 0,11-1,07 W/cm² und 0,67-40 Pa gefahren, Methan als einziger Kohlenstoffquelle.
• Reibwert in Abhängigkeit der Atmosphäre: r.f-PECVD-a-C:H (Rauheit 1-4 nm) gegen Siliziumnitrid ergibt 0,03-0,05 in trockenem Stickstoff; bei 60 % LF Beginn um 0,30, dann 0,10-0.30 eingeschwungen; in feuchtem Stickstoff (0,7-40 %LF und 4,2-40 %LF) erreichen a-C und a-C:H nach Einlauf 0,021 und 0,027, unabhängig von der Feuchte. Übersichten nennen für DLC etwa 0,1, vergleichbar PTFE, tiefer bei hydrierten und fluorierten Sorten, während wasserstofffreies a-C in Inertgas verhältnismäßig hoch reibt.
• Verschleißraten: 50 nm ta-C auf Al2O3-TiC gemessen 51 GPa bei 25 nm Eindringtiefe und 1,8×10⁻⁴ mm³/(N·m) bei 37 GPa Kontaktspannung; a-C:H streut zwischen 10⁻⁸ und 10⁻⁶ mm³/(N·m) in trockenem Stickstoff und 2,0×10⁻⁹ bis 8,9×10⁻⁸ mm³/(N·m) bei 60 % LF.
• Haftung bewerten: ISO 26443:2023 nutzt den Rockwell-Diamantdrücker zur qualitativen Bewertung; die Kraft folgt dem Substrat — 1471,5 N (Skala C) über 54 HRC, 981 N (Skala D) bis 54 HRC, 588,6 N (Skala A) für Keramik und Hartmetall — mit Belastungsdauer 1-8 s, Halten (4±2) s, mindestens 3 Eindrücken und optisches Lesen mindestens bei 100×. Klassen 0-3: 0 ohne Risse und Ablösung, 1 Risse ohne adhesive Ablösung (beide zulässig), 2 teilweise adhesive Ablösung (Flächenanteil angeben), 3 vollständige adhesive Ablösung (Verhältnis r/a angeben). ASTM C1624-22 zieht einen Rockwell-C-Diamanten mit 120° Öffnungswinkel und 200 µm Radius; die Kraft, die einen definierten Schaden erzeugt, ist die kritische Normalkraft des Ritzens.
• Die chinesische Seite: GB/T 47254-2026 über die dynamische Haftung von DLC-beschichteten Gleitlagerteilen unter Schmierung ist am 2026-02-27 erschienen und wird am 2026-06-01 angewendet, wortgleiche Übernahme von ISO 4821:2022 unter SAC/TC236. Das Verfahren koppelt Kugel-Scheibe-Kontakt mit akustischer Emission unter Schmierstoff, erklärt Ergebnisse für nicht geschmierte Bedingungen als ungültig und definiert DLC über ISO 20523. Die Einleitung hält fest, daß Hersteller und Zulieferer mangels amtlichen Verfahrens die Verbindungsfestigkeit an echten Motorbauteilen auf Sonderprüfständen nachweisen mußten. Anhang B schlägt die Brücke zum Motorprüfstand.
• Poren und Dichtschluß: Nach dem Verschließen von Fehlstellen in CrN- und DLC-Schichten mit 50 nm Atomlagenabscheidung (Al2O3 und Ta2O5 als Nanolaminat oder Gemisch) fiel die Stromdichte des CrN-Stahls um mehr als zwei Größenordnungen, und der erste Korrosionspunkt im neutralen Salzsprühtest kam statt nach 2 h erst nach 168 h; auf DLC haftete die Dichtschicht schwächer, der Salzsprunggewinn blieb aber deutlich — Beleg, daß die Poren geschlossen wurden. Für die Praxis: DLC trägt Verschleiß und Fressen, nicht den Korrosionssperrfilm.
• Temperatur und Oberfläche: Übersichten sehen die Graphitisierung oberhalb von etwa 300 ℃; der Industrie-Kompromiß für Spannungsausgleich heißt 200-400 ℃, ein gepulstes Bias von -50 V bis -200 V drückt die Spannung von rund 10 GPa auf 2-4 GPa, Pufferlagen 2-10 nm (Si, SiC, TiC, Ti/Cr). Oberflächenwerte: a-C:H-Rauheit 1-4 nm, FCVA-Schichten unter Ra 1 nm und glatter als der Rohling bei 0,412 nm.

2. Benennung: Was ISO 20523 wirklich regelt

2.1 Die Norm handelt von der Schicht, nicht vom System

Ein Satz im Anwendungsbereich von ISO 20523:2017 wird überlesen: Das Dokument betrifft den Werkstoff der Kohlenstoffschicht, nicht die gesamte Beschichtung — und ein Bauteil trägt eine Hauptfunktionslage mit weiteren Lagen darunter oder darüber. Lagen mit Änderung über die Dicke heißen Gradientenlagen, definiert wird nur für Nicht-Gradientenlagen. «Das DLC dieses Teils» ist daher ungenau: Angebot und Abnahme müssen Hauptlage + Übergangslage + Unterlage + Deckschicht einzeln nennen, wie bei den thermisch gespritzten Zink-Aluminium-Systemen.

2.2 Vier Bezeichnungen — der Unterschied heißt Wasserstoff und Metall

Üblich sind a-C (wasserstofffrei), a-C:H (hydriert), ta-C (tetraedrisch, hoher sp3-Anteil, nahezu ohne Wasserstoff) sowie a-C:Me und a-C:H:Me (metallführend, Metall meist als Carbid). Die Abgrenzung zählt: Schichten mit Zusatzelementen fallen nur dann unter das Dokument, wenn Kohlenstoff Hauptbestandteil bleibt, und Carbid-Kohlenstoff wird nicht mitgezählt — metallreiche Schichten rücken damit aus der DLC-Definition. Der Begriff «diamond-like» stammt aus den frühen Ionenstrahlabscheidungen harter, elektrisch isolierender und verschleißfester amorpher Kohlenstoffschichten.

2.3 Tabelle 1 — Klassenfenster und ihre ingenieurtechnische Lesart

Die Härtenspalte stammt aus einer öffentlichen Nacherzählung der Klassentabelle, deren Anbieter selbst darauf hinweist, daß sie nicht dem Normtext entspricht; die Meßliteratur nennt für dieselbe Klasse auch 40-80 GPa. Als Größenordnung verwenden, nie als Abnahmegrenze — dazu Abschnitt 6.

3. Wirkprinzip: amorph und trotzdem diamantartig

3.1 Nahordnung ohne Fernordnung

Kohlenstoff kennt zwei wohlbekannte Bindungswege: Graphit als hexagonales sp2-Schichtgitter und Diamant als kubisch-tetraedrisches sp3-Gitter. Das Besondere an DLC sind keine Diamantkristallite, sondern die lokale tetraedrische Koordination vieler Atome ohne Fernordnung. Die Härte kommt aus diesen lokalen sp3-Bindungen, nicht aus Korngrenzen oder Ausscheidungen. Ohne Kristallinität gibt es keine Spaltflächen, daher ist die Rißausbreitung stärker gehemmt als bei polykristallinem Diamant. Der in Nanokeramik-Schichten diskutierte Gegensatz Härte gegen Zähigkeit erscheint hier in anderer Form: als Eigenspannung.

3.2 Wasserstoff — macht weicher und gleitfähiger zugleich

Wasserstoff terminiert die freien Bindungen des sp3-Netzes und zerschneidet es in beweglichere Segmente: Je höher der Gehalt, desto polymerartiger und weicher die Schicht, bei sinkendem Reibwert. Übersichten berichten, daß Wasserstoff im Kohlenwasserstoffgas den polymeren Anteil erhöht, den Reibwert senkt und die Fläche glättet; DLC-Oberflächen sind meist wasserstoffterminiert und adsorbieren Wasserdampf, was die Reibung erneut verschiebt. Daher stammen die zwei Kurven — 0,03 in der einen, 0,30 in der anderen Atmosphäre. Die andere Hälfte: Umbau unter Reibung — Gleitreibung wandelt a-C:H in ein sp2-dominiertes, geordenteres Material, und die Verschleißmenge folgt dem Fortschritt dieses Umbaus. Gleitschicht und Opferschicht sind dasselbe.

3.3 Dotierung und Multischicht verschieben die Grenze

Silizium, Wolfram, Fluor, Stickstoff und Metallzufuhr erweitern nutzbare Dicke oder Einsatzfeld. Veröffentlicht sind a-C:H:W- und a-C:H:Cr-Multischichten, einfache a-C:H- und a-C:H:Si-Lagen auf vergütetem Werkzeugstahl, per reaktivem rf-Magnetronsputtern oder PACVD erzeugt, geprüft im Salzsprühtest nach DIN 50021-SS. Die Korrosion siliziumdotierter Multischicht-DLC hängt ebenso vom Abscheidezyklus wie vom Medium ab (NaCl, H2SO4, HCl, NaOH). Die Multischicht hat einen zweiten Zweck: Spannungsabbau, weil weichere Lagen die Anhäufung unterbrechen.

4. Vier Abscheidungswege und ihre Fenster

4.1 PECVD / PACVD — kalt, glatt, auch auf Kunststoff

Parallelplatten-hf-Reaktoren beherrschen die Industrie, Kohlenstoffquellen von Acetylen, Ethen und Methan bis Hexan, Benzol und Cyclohexan; Laborfenster liegen bei 0,11-1,07 W/cm² und 0,67-40 Pa. Weil kalt abgeschieden werden kann, werden Kunststoffe machbar — kratzfeste Polycarbonatlinsen sind das offene Beispiel —, bezahlt mit hohem Wasserstoff und Härte um 10-20 GPa. In der Fachliteratur wird gern aus Acetylen mit Argon als Hilfsgas auf Metall abgeschieden und elektrochemisch wie im Salzsprühtest geprüft.

4.2 FCVA — hoher sp3 und hohe Spannung kommen zusammen

Ein Kathodenbogen auf Graphit wird durch ein radiales Magnetfeld gefiltert, so daß nur Ionen die Fläche erreichen; 40-100 eV heben sp3 über 80%, das Wachstum läuft bei 1-10 nm/s, die Fläche sinkt unter Ra 1 nm. Hohe Energie und hohe Spannung sind zwei Enden einer Kurve: Der industrielle Basisfall liegt bei rund 10 GPa und muß mit gepulstem Bias -50 V bis -200 V auf 2-4 GPa gezogen werden. Der gegenläufige Meßbefund ist lehrreich: Filterbogen bei floatendem Potential liefert genug Energie für atomare Mischung an der Oberfläche, ohne die hohe Innenspannung — und erreichte höhere kritische Lasten als a-C:H. Haftung sitzt nicht immer auf der Energieseite.

4.3 PLD und Ionenplating — zwei Wege zu superschicht

PLD abladiert Graphit mit dem 248-nm-Excimerlaser; Flussdichte über 6 J/cm², mittlere kinetische Energie über 30 eV und Substrat unter 100 ℃ sind nötig für hohes sp3, das Ergebnis ist völlig amorph mit sp3 bis 85% und Abscheidespannung 8-10 GPa. Ausglühen thermisch oder per Laser liefert danach nahezu spannungsfreie Schichten einiger Mikrometer mit guter Haftung auf Silizium und Hartmetall bei 55-65 GPa Vickers. Ionenplating bietet das Fenster 100-750 eV, etwa 1 µm/h Wachstum und Knoop-Härte nahe 6000 kg/mm² mit sehr wenig Wasserstoff.

4.4 Tabelle 2 — Wegvergleich

5. Die Eigenspannung: das eigentliche Dickenlimit

5.1 Woher die Spannung kommt

Zwei Effekte überlagern sich. Ionen hämmern die wachsende Fläche in eine dichte metastabile Struktur, die Druckspannung friert beim Netzaufbau ein; und die Dilatationsdifferenz zwischen Schicht und Stahl, Keramik oder Hartmetall legt beim Abkühlen eine zweite Komponente nach. Die Einleitung von GB/T 47254-2026 beschreibt die Kette: DLC-Hartschichten entstehen bei erhöhter Temperatur, Beschichtung und Motorbauteil unterscheiden sich in der Wärmeausdehnung, die Innenspannung ist deshalb hoch, und die Qualität der Verbindung nach dem Abscheiden wird entscheidend. Übersichten ergänzen, daß Hohlräume und Mikrostruktur Gas einlagern und die Spannung weiter heben.

5.2 Kritische Dicke und Beulen

Die Spannung wirkt in der Ebene, ihre Energie wächst mit der Dicke, und es gibt nur einen Weg der Freisetzung: beulen, reißen, flächig abblättern. Genau so steht es in der Literatur — dicke Schichten mißglücken, oberhalb der kritischen Dicke löst sich die Schicht —, und mittlere 2 µm gelten auf vielen Substraten als sicher. Übersetzt: Eine Einzellage lebt bei 0,5-5 µm; darüber braucht es Multischichten, Gradienten oder eine Pufferlage; und die Dickengrenzen der Prüfnormen (Eindruck ≤20 µm, Ritzen 0,10-30 µm) legen sich genau über dieses Fenster.

5.3 Vier Hebel und ihre Nebenwirkungen

• Gepulstes Bias: -50 V bis -200 V, von etwa 10 GPa auf 2-4 GPa — die Energieänderung verschiebt den sp3-Anteil, Härte ist neu zu bestätigen.
• Glühen bei mäßiger Temperatur: 200-400 ℃ löst einen Teil der Spannung ohne großen sp3-Verlust — gedeckelt durch die Graphitisierung nahe 300 ℃.
• Multischicht und Gradient: Ta-C / a-C im Wechsel oder 2-10 nm Si, SiC, TiC, Ti/Cr — bezahlt mit Taktzeit und Chargenkonsistenz.
• Substratvorbehandlung: Ar+-Ionenreinigung und Grenzflächenmischung. Das Substrat selbst zählt: Übersichten melden gute Haftung auf Silizium, aber Schwierigkeiten auf Gold, Kupfer, Wolfram und Edelstahl; Messungen zeigen a-C:H besser auf Silizium, ta-C besser auf leitender Keramik.

Die Sauberkeit des Substrats ist dieselbe Frage wie beim Lackieren: lösliche Salze und Grenzflächenkontamination nach dem Strahlen sind auch für DLC Voraussetzung — siehe lösliche Salzbelastung von Beschichtungssubstraten.

6. Prüfung: Was gemessen wird, nach welcher Norm — und was es nicht beweist

6.1 Härte und Modul — warum Zahlen auseinanderlaufen

Die allgemeinen Anforderungen an das instrumentierte Eindringen stehen in ASTM E2546-15 (DOI 10.1520/E2546-15): Wenn Proegröße oder Zustand klassische Verfahren unbrauchbar machen, mißt es dünne Schichten quantitativ, von nano bis makro (mit Verweis auf ISO 14577-1) — und schließt bewußte seitliche Auslenkung, also das Ritzen, aus. Zwei Effekte irreführen. Erstens Tiefe und Substrateinfluß: dieselbe 50-nm-Schicht liefert 51 GPa bei 25 nm. Zweitens Abstumpfung des Drückers: hartes Ta-C stumpft den Diamanten ab, die Forscher kalibrierten die Flächenfunktion nach jedem Eindruck neu und schlugen ein von der Drückergeometrie unabhängiges Härteneigungsverhältnis (Probe zu Schmelzquarz) vor. Ergebnis: Härtezahlen aus verschiedener Eindringtiefe, Kalibrierung oder Methode (Vickers, dynamisches Eindringen, instrumentiertes Eindringen) sind nicht unmittelbar vergleichbar — 80 GPa vom Lieferanten und 45 GPa vom Kunden können beide stimmen. Dasselbe Methodenloch klafft bei der Kratzfestigkeit von Autoklarlacken.

6.2 Haftung erstens — Rockwell-Eindruckklasse nach ISO 26443:2023

Ausgabe 2 erschien im Oktober 2023 und ersetzte die Fassung 2008; Europa nahm EN ISO 26443:2023 an, Deutschland DIN EN ISO 26443:2024-02, Vorgänger DIN CEN/TS 1071-8:2004. Ein Rockwell-Kegeldiamant wird in die Schicht gedrückt, die Umgebung des Eindrucks optisch gelesen. Es ist eine qualitative Haftungsbewertung für Schichten bis 20 µm (auch für manche Metallschichten brauchbar) und ungeeignet für elastische Schichten auf hartem Substrat. Geräte folgen ISO 6508-1 und ISO 6508-2, die Drückerkontur ist optisch bei mindestens 200× zu prüfen. Nutzen: schnell und billig für die Stichprobe; Grenze: Klasse statt Zahl.

6.3 Haftung zweitens — Ritzen nach ASTM C1624-22 und ISO 20502:2016

ASTM C1624-22 behandelt harte (Vickers ≥5 GPa), dünne (≤30 µm) Keramitschichten — Carbide, Nitride, Oxide, Diamant und diamond-like carbon werden genannt — auf Metall- oder Keramiksubstraten bei Raumtemperatur; ein Rockwell-C-Diamant mit 120° Winkel und 200 µm Radius wird mit konstanter Geschwindigkeit unter gleicher oder steigender Normalkraft gezogen, Tangentialkraft und akustische Emission sind Hilfsgrößen. Die Norm sagt ausdrücklich, daß sie die intrinsische Grenzflächenfestigkeit nicht mißt, sondern einen Ingenieurswert des Systems bei angegebenen Drücker-, Belastungs- und Verschiebungsraten; Polymer- und duktile Metallschichten sind ausgeschlossen, ebenso ohne Umbau Schichten unter 0,1 µm und über 30 µm. Zwei Erweiterungen sind erlaubt: Prüfen unter Schmierung oder bei erhöhter Temperatur sowie nach thermischer, oxidativer oder korrosiver Vorbelastung zur Bewertung der verbleibenden Eigenschaften.

Die keramische Meßlatte ist ISO 20502:2016 über die Haftungsermittlung an Keramitschichten durch Ritzprüfung (ISO/TC 206, Nachfolger von DIN EN 1071-3:2005, in Europa als EN ISO 20502:2016). Sein Maßstab geht über «eine Zahl Lc» weit hinaus: Schichten ≤20 µm, Kraftbereich 1-100 N; Rockwell-C-Diamant geprüft nach ISO 6508-2, Wechsel alle 200 Prüfungen oder bei Beschädigung; Substrat Ra höchstens 0,5 µm, sonst schwankt die Normalkraft um 0,1 N; öl-, fett- und feuchtfreie Schicht; empfohlenes Klima (22±2) ℃ / (50±10)% LF; ein Einzelwert ist nicht repräsentativ, also mindestens 5 gültige Prüfungen; kritische Normalkraft über 1 N bei 0,1 N Auflösung, Meßunsicherheit bei 95% Vertrauensniveau oft 20%, Bedienerabweichung 5-10%. Drei Modi sind definiert — progressives PFST (Schnellsieb), konstantes CFST (Schadensstatistik), mehrfaches MPST (Ermüdungsnäherung). Beim Wortschatz ist die Norm streng: «kritische Last» wird nicht akzeptiert, versagen wird durch Kraft bewirkt — daher kritische Normalkraft Lc. Zur Kalibrierung werden TiN/Si- oder CrN/Si-Referenzen empfohlen, für den Gerätezustand der zertifizierte Werkstoff BCR-692.

Nebeneinander gelegt zeigen C1624 und 20502, wie vage «Haftung» im DLC-Einkauf geworden ist: Das eine endet bei 30 µm und führt die akustische Emission als Hilfsgröße, das andere bei 20 µm und schreibt mindestens fünf Prüfungen sowie 20% Unsicherheit in die Methode. Eine Lastschrift muß Norm, Schadensstufe sowie Rauheit und Feuchte der Messung nennen; sonst ist ein Wert wie Lc = 50 N nicht vergleichbar. Die Übersichtsseite harte Nanoschichten gegen Verschleiß bearbeitet Mechanismen und Auswahl über mehrere Werkstofffamilien; diese Seite nagelt entlang der einzigen Linie DLC die Zahlen zu Benennung, Spannung, Dicke und Abnahme fest — beide ergänzen sich, ohne sich zu wiederholen.

6.4 Haftung drittens — dynamisch unter Schmierung

GB/T 47254-2026 und ISO 4821:2022 füllen die Lücke, die beide anderen nicht erreichen: geschmierter Gleit-Wälz-Kontakt im Gleitlager. Die Apparatur ist Kugel-Scheibe mit akustischer Emission — die bei Schichtversagen freigesetzte elastische Welle wird erfaßt, womit die Verbindung ohne echten Motor beurteilt werden kann; Anhang B belegt die Korrelation zum Prüfstand. Normverweise sind ISO 683-1:2017 (Wälzlagerstähle), ISO 1101 und ISO 21920-2 für Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit (GB/T 1182-2018 MOD). Die Grenze ist zu zitieren: Ergebnisse gelten nicht für ungeschmierte Bedingungen. Das Verbandsdokument T/CSAE 103-2019 zu reibungsmindernden DLC-Filmen an Motorteilen und GB/T 6462-2021 zur metallographischen Schichtdickenmessung stehen beide auf Prüflaborlisten (zweite Hand); Gültigkeit beim Herausgeber bestätigen lassen. Für die tribologische Paarung lohnt der Blick auf MoS2-Festkörperschichtgleitmittel und deren Reibmomentkennwert.

6.5 Reibung und Verschleiß — die Atmosphäre ist eine Variable

Die Spreizung innerhalb einer Familie reicht für eine Fehlentscheidung. Drei Meßlinien: trockener Stickstoff 0,03-0,05; 60 % LF Start bei etwa 0,30, eingeschwungen 0,10-0,30, wobei Feuchte Reibung wie Verschleiß hebt; feuchter Stickstoff bei 0,7-40 %LF oder 4,2-40 %LF liefert nach Einlauf 0,021 und 0,027 für a-C und a-C:H, ohne Feuchteabhängigkeit. Verblüffend daran: wasserstofffreies a-C reibt in Inertgas verhältnismäßig hoch, und «völlig trocken» ist nicht automatisch besser — etwas Wasser oder Wasserstoff ist an der Ultratiefreibung beteiligt, weshalb die Autoren die Feuchte als Schlüssel benennen. Für Einkäufer: Ein Reibwert gehört nur zusammen mit Atmosphäre, Gegenkörper, Last, Geschwindigkeit und Einlaufgeschichte in eine Tabelle.

6.6 Korrosion — Poren verhindern die Barriere

Die chemische Trägheit der Kohlenstoffschicht ist real, Dichtigkeit aber umso schwerer, je dünner gebaut wird. Die Dichtschlußstudie liefert prüfbare Zahlen: Ein konformes 50 nm-Nanolaminat aus Al2O3 und Ta2O5 folgt der Oberfläche und wächst in die Poren, die Stromdichte des CrN-Stahls fällt um über zwei Größenordnungen, und der Korrosionspunkt im neutralen Salzsprühtest rückt von 2 h auf 168 h; auf DLC haftete die Dichtschicht schwächer, der Sprühnebelgewinn blieb klar. Die Korrosion siliziumdotierter Multischicht-DLC variiert mit Abscheidezyklus und Medium — der Prozeßzyklus ist selbst ein Korrosionsparameter. Richtige Lesart für den Korrosionsschutz: DLC übernimmt Verschleiß und Fressen, die Barriere bleibt Unterlage oder Dichtschluß — vergleiche ALD-Schichten als Sperr- und Feuchteschutz und Porenverschluß der Mikrolichtbogen-Oxidationsschicht.

6.7 Tabelle 3 — Prüfverfahren nebeneinander

6.8 Tabelle 4 — Arbeitsteilung DLC und Lack

7. Temperatur- und Chemiegrenzen — wann DLC die falsche Wahl ist

7.1 Graphitisierung oberhalb etwa 300 ℃

Übersichten nennen den Nachteil klar: DLC graphitisiert oberhalb von rund 300 ℃. Dreierlei folgt. Das Spannungsglühen bleibt auf der sicheren Seite dieser Linie (die Industrie nennt 200-400 ℃, der reale Wert hängt von Sorte und Atmosphäre ab); eine Betriebstemperatur in ihrer Nähe verändert Reibung und Härte, ohne daß man das annehmen darf; und jede Schweiß-, Spritz- oder Backoperation über dieser Linie zwingt dazu, DLC zuletzt einzusetzen.

7.2 Die Reibung baut die Struktur selbst um

Raman-Spektroskopie ist das Lesegerät: Die Streuung der Peaklagen und -intensitäten über die Anregungswellenlänge von 785 bis 229 nm wurde für ein breites Spektrum ungeordneter und amorpher Kohlenstoffe gemessen (DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414) — die Grundlage des routinemäßigen Raman-Blicks auf sp2/sp3. Die Gleitversuche nennen die praktische Folge: Reibung wandelt a-C:H in sp2-dominierte, geordnetere Substanz, und der Verschleiß folgt dem Umbau. Die gleitfähige Grenzfläche von DLC wird daher fortwährend erneuert und fortwährend verbraucht; die Lebensdauer hängt an dieser Bilanz, nicht an der Anfangshärte.

7.3 Ölchemie gehört auf den Prüfstand

Im additivhaltigen Öl entscheidet die Grenzflächenchemie: «Schicht ok» heißt nicht «System ok». Genau hier schließt GB/T 47254-2026 die Lücke: Ölbedingung, Kugel-Scheibe-Kontakt und akustisches Urteil in einer Methode, mit Korrelat zum Motorprüfstand. Eine Auswahlunterlage gehört Ölqualität, Lastkollektiv und Oberflächenbeschaffenheit (Parameterwerk ISO 21920-2) in den Validierungsplan.

8. Diagnose- und Abnahmeliste

• Flächige Ablösung mit hochstehendem Rand: zuerst accumulated Spannung verdächtigen — prüfen, ob die Lage das Fenster 0,5-5 µm verläßt, ob Multischichten oder Puffer vorgesehen waren und ob das Substrat zu den schwer haftbaren Metallen zählt.
• Ablösung am Eindruckrand (Klasse 2/3): bei ISO 26443:2023 erst Kraft und Substrathärte abgleichen (1471,5 N über 54 HRC), dann Drückerschaden ausschließen; der Bericht muß Flächenanteil oder Verhältnis r/a tragen.
• Streuende kritische Lasten: Drückerradius zur Dicke prüfen (200 µm paßt zu 0,10-30 µm), Belastungs- und Verschiebungsrate kontrollieren und Tangentialkraft mit akustischer Emission zusammen lesen.
• Hoher oder springende Reibwert: Atmosphäre (trockener Stickstoff, Umgebungsfeuchte, feuchter Stickstoff) und Einlaufgeschichte notieren, bevor über die Sorte geredet wird; nie zwei Blätter ohne Angabe der Atmosphäre vergleichen.
• Frühe Lochfraßpunkte im Salzsprühnebel: ein Porenproblem, nicht die Kohlenstoffträgheit — einen Dichtschluß der Größenordnung 50 nm oder eine Unterlage erwägen und die Haftung neu prüfen.
• Streit um die Härte: Eindringtiefe, Kalibrierverfahren und Referenzblöcke vereinbaren, notfalls das drückerunabhängige Neigungsverhältnis nutzen und die Abstumpfung des Drückers protokollieren.
• Lastschrift formulieren: Hauptlage nach ISO 20523 benennen, Übergangs-, Unter- und Deckschicht einzeln auflisten, Dickenverfahren (Querschliff), Haftungsverfahren mit geforderter Klasse oder Lc-Stufe sowie Höchsttemperatur anhängen — niemals nur «DLC beschichtet».

9. Häufige Fragen

Q1　Ersetzt DLC einen Korrosionsschutzlack?

Als Sperre nicht. Kohlenstoff ist chemisch träge, doch reale Schichten enthalten Poren: In der Dichtschlußstudie wanderte der Korrosionspunkt von 2 h auf 168 h, gerade weil diese Poren geschlossen wurden. Saubere Arbeitsteilung: Sperre in Unterlage oder Dichtschluß, DLC als Verschleißfläche — dieselbe Logik wie bei der mechanischen Haltbarkeit superhydrophober Schichten.

Q2　Warum wird DLC nicht dick?

Weil die Druckspannung mit der Dicke wächst. Abscheidgefertigtes Ta-C hält 8-10 GPa (industriell 5-12 GPa); oberhalb der kritischen Dicke beult und löst es sich. Gepulstes Bias, mildes Glühen, Wechselschichten und Pufferlagen senken auf 2-4 GPa — um den Preis einer neuen Bestätigung von sp3 und Härte. Die nutzbare Einzellage endet deshalb bei 0,5-5 µm.

Q3　Warum laufen die Härtewerte so weit auseinander?

Drei Effekte addieren sich: Substrateinfluß bei gegebener Tiefe (51 GPa bei 25 nm in einer 50-nm-Schicht), Abstumpfung des Diamantdrückers durch die harte Schicht mit Neukalibrierung nach jedem Eindruck, und Methodenunterschied (Vickers, dynamisch, instrumentiert). Dasselbe Ta-C darf gleichzeitig 30-50 GPa, 40-80 GPa und 55-65 GPa haben.

Q4　Welcher Reibwert zählt für die Auswahl?

Der aus Ihrer Atmosphäre. Trockener Stickstoff 0,03-0,05, 60 % LF eingeschwungen 0,10-0,30, feuchter Stickstoff nach Einlauf 0,021 und 0,027 — alles wahr. Dazu die Warnung: wasserstofffreies a-C reibt in Inertgas höher, «trockener» ist nicht automatisch besser.

Q5　Sind ISO 26443, ASTM C1624, ISO 20502 und GB/T 47254 vergleichbar?

Umrechnen nicht. Es sind eine qualitative Eindruckklasse bei trockener Raumtemperatur, eine kritische Ritzkraft ebenso, eine kritische Normalkraft der Keramik-Ritzprüfung mit mindestens fünf Werten und ein dynamisches Verfahren unter Schmierung — über verschiedene Dickenfenster und Umgebungen; zwei sagen, daß sie die intrinsische Bindung nicht erfassen. Sie taugen zum Waagerechten Vergleich innerhalb einer Methode, nicht zur Umrechnung.

Q6　Läßt sich Kunststoff mit DLC beschichten?

Ja — das ist der Wert der kalten Wege, kratzfeste Polycarbonatgläser sind das offene Beispiel. Aber Wärmeleitfähigkeit, Steifigkeit und Oberflächenenergie des Kunststoffs ändern Spannungsverteilung und Versagensart: Übersichten warnen, dass harte Schichten auf niedrig modularen Polymeren meist zuerst durchbiegend über die Dicke versagen, bevor sie kohäsiv brechen.

10. Quellen

• ISO 20523:2017, Carbon based films — Classification and designations (short names); BS ISO 20523:2017 in Kraft 2017-09-30; NF A91-056 / NF ISO 20523:2018; Verweis auf VDI 2840:2012.
• ISO 26443:2023 (2. Ausgabe, Oktober 2023), Fine ceramics — Rockwell indentation test for evaluation of adhesion of ceramic coatings; EN ISO 26443:2023 / DIN EN ISO 26443:2024-02; ersetzt ISO 26443:2008; Vorgänger DIN CEN/TS 1071-8:2004; nennt ISO 6508-1 und ISO 6508-2.
• ISO 20502:2016, Fine ceramics — Determination of adhesion of ceramic coatings by scratch testing (ISO/TC 206; ersetzt DIN EN 1071-3:2005; EN ISO 20502:2016, BS EN ISO 20502:2016, NF A92-815, UNE-EN ISO 20502:2016; nennt ISO 6508-2, ISO 4288).
• ASTM C1624-22; ASTM E2546-15 (Stand 2023), DOI 10.1520/E2546-15; ISO 14577-1:2015.
• GB/T 47254-2026, ausgegeben 2026-02-27, angewendet 2026-06-01, wortgleiche Übernahme von ISO 4821:2022, SAC/TC236; Normverweise ISO 683-1:2017, ISO 1101, ISO 21920-2 (GB/T 1182-2018 MOD).
• J. Robertson, Diamond-like amorphous carbon, Materials Science and Engineering: R: Reports 37 (2002) 129-281, DOI 10.1016/S0927-796X(02)00005-0.
• Y. Lifshitz, Diamond-like carbon — present status, Diamond and Related Materials 8 (1999) 1659-1676; A. C. Ferrari, J. Robertson, Physical Review B 64 (2001) 075414, DOI 10.1103/PhysRevB.64.075414.
• Reib- und Verschleißmessungen an a-C:H gegen Siliziumnitrid in trockenem Stickstoff und 60 % LF (K. Miyoshi u. a.); Dichtschlußstudie 50 nm Al2O3 / Ta2O5 auf CrN und DLC; M. Cui u. a., RSC Advances (2016), DOI 10.1039/c6ra05527c; Industrieanlagen- und Prüflaborunterlagen (T/CSAE 103-2019, GB/T 6462-2021) als zweite Hand zitiert. Die Wärmeleitfähigkeit erscheint dort einmal mit 1-5 W/(m·K) und einmal mit 400-1000 W/(m·K); die Werte widersprechen einander und werden hier nicht als Auslegungsgröße verwendet.

Zuletzt geändert: 2026-11-02　Erstellt von der Technischen Redaktion der Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. auf Basis veröffentlichter Normen und Fachliteratur für den technischen Fachaustausch. Maßgebend sind Normtexte und Drittprüfung; Handelsklauseln nur EXW / FOB.