Kohlenstoffschicht ersetzt Hartverchromung

Beim Hartverchromen wird sechswertiges Chrom [Cr(VI)] freigesetzt, ein Karzinogen, das die schädlichste Oxidationsstufe von Chrom darstellt. Daher unterliegt Chrom in wichtigen Märkten weltweit sehr strengen Auflagen. Der Ersatz von Hartchrom bleibt eine große Herausforderung für die Luft- und Raumfahrtindustrie. Lange Zeit geschätzt für seine Härte, die Fähigkeit, den Gleitverschleiß zu minimieren, den Korrosionsschutz zu verbessern und Metallteile langlebiger zu machen, findet man Hartchrom in vielen Anwendungen wie Strukturbauteilen, Fahrwerken, Motorlagern und Flugzeugrahmen. Notwendig ist daher eine Neubewertung der technischen notwendigen Eigenschaften der Beschichtung, da sich Hartchrom nicht eins zu eins ersetzen lässt.

Eine Alternative sind PVD-Beschichtungen. Sie sind eine leistungsfähige, ungefährliche und REACH-konforme Option für Hartchrom. Beschichtungen nach dem Prinzip der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD/Physical Vapour Deposition) bieten viele ähnliche Eigenschaften und sind Hartchrom in mancher Hinsicht sogar überlegen. Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) wird von zahlreichen Vakuumbeschichtungsverfahren genutzt, um dünne Schichten herzustellen. Typischerweise sind nur relativ niedrigen Temperaturen von 160 bis 500 Grad Celsius nötig. Da sie unter der Anlasstemperatur von Stählen liegen, sind diese Temperaturen ideal, um eine Veränderung der grundlegenden Werkstoffeigenschaften zu vermeiden. Zu den PVD-Optionen gehören mehrere Beschichtungsverfahren auf Kohlenstoffbasis, die eine Kombination aus Oberflächenhärte, niedrigem Reibungskoeffizienten und Korrosionsschutz bieten.

Bei Airbus wird beispielsweise Balinit C, eine Kohlenstoffschicht des Unternehmens Oerlikon Balzers nun auch auf Kupferlegierungen eingesetzt, die häufig für Lager und Buchsen in Flugzeugfahrwerken und deren Verbindung zum Flugzeugrahmen verwendet werden. Zuvor hatte Airbus der PVD-Beschichtung bereits eine Zulassung für Stahl-, Titan- und Inconel-Substrate erteilt. Die technische Einstufung von der Kohlenstoffschicht als ungefährliche und REACH-konforme Alternative zu Hartverchromungen bildete den Abschluss einer Reihe von Qualifizierungsmaßnahmen von Airbus für die Produktionszentren von Oerlikon Balzers im Vereinigten Königreich und in Frankreich.

Bei der Herstellung der Wolframcarbid/Kohlenstoff-Schicht (WC/C), verwendet der Beschichtungsspezialist eine Mischung aus Metall und diamantähnlichem Kohlenstoff. Die Schicht wird in einer Dicke von 1 bis 5 µm aufgebracht, was den Einsatz an Wälzlagern und Fahrwerksteilen ermöglicht. Am Ende steht ein glänzendes Oberflächenfinish.

Die Kohlenstoffschicht muss nicht nachbearbeitet werden und bietet eine stärkere Haftung auf metallischen Untergründen als Hartchrom, eine hohe Tragfähigkeit und Abriebfestigkeit (Haftverschleiß) sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten; sie reduziert Lochfraß und Passungsrost an gleitenden oder beweglichen Teilen eines Flugzeugs, wie sie in Stellgliedern, Klappensystemen und Pumpen vorkommen. Dadurch ist das Material ideal für schmierungsarme und schmierungsfreie Anwendungen geeignet. Auch Lager gehören zu den Bauteilen, die unter starkem und ungleichmäßig verteiltem Verschleiß leiden. Die Beschichtung eignet sich für Einsatz-, Kugel- und Wälzlagerstähle, da sie bei Temperaturen unter 200 Grad Celsius aufgetragen werden kann. Sie kann nicht nur auf innere und äußere Laufringe und Zylinder, sondern auch auf die Kugeln in Kugellagern in einer sehr gleichmäßigen Schichtdicke von 0,5 bis 1,0 µm aufgebracht werden. Der leichten Rauheitszunahme steht die gute Polierbarkeit der Beschichtung gegenüber, die die Laufbahn von Innen- und Außenringen glättet und einen zusätzlichen Schutz bietet. Mit zunehmendem Einsatz von PVD-Beschichtungen durch Branchenführer wie Airbus wird Hartchrom wahrscheinlich langfristig aus der Luft- und Raumfahrtindustrie verdrängt werden. ck