Dünne Schichten für moderne Verbrennungsmotoren

Der Beitrag zeigt, wie durch den Einsatz moderner Dünnschichttechnik in Verbrennungsmotoren sich der Kraftstoffverbrauch reduzieren und die Belastbarkeit und Lebensdauer von Motorkomponenten deutlich steigern lässt. Im Bereich der Hartstoffschichten haben sich vor allem Chromnitrid-Schichten (CrN) für verschiedene Anwendungen im Motor etabliert. Ein weiteres und bereits seit einigen Jahren etabliertes Einsatzfeld für dünne Schichten ist die PVD-Beschichtung (diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC, diamond-like carbon)) von Lagerschalen mit Aluminium-Zinn-Legierungen für die Kurbelwellen- und Pleuellagerung. Ziel der Entwicklung besteht in neuen Schichten auf Kohlenstoffbasis, da sie nicht nur verschleißfest sind, sondern auch günstige Reibungseigenschaften aufweisen. Eine weitere Möglichkeit, die Eigenschaften zu verändern, besteht im Einbau zusätzlicher chemischer Elemente. Das können sowohl Nichtmetalle, (z.B. Stickstoff, Fluor oder Silizium) oder auch Metalle (z.B. Titan, Wolfram oder Chrom) sein. Bei typischen Schichtdicken von 1 - 10 Mikrometer besitzen die Schichtsysteme dieser Stoffgruppe Härten von 1000 - 6000 HV. Die Temperaturbeständigkeit von DLC-Schichten liegt bei ca. 350 Grad C, diese kann allerdings durch den Einbau von z.B. Silizium in das Kohlenstoffnetzwerk bis auf etwa 500 Grad C gesteigert werden