Untersuchung von Einflüssen auf die Wälzbeständigkeit von DLC-Schichten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für Hertz’sche Kontaktpressungen bis zu P-0mean = 2,62 GPa (P-0max = 3,8 MPa) und bei T = 120°C in einem Erstbefüllungsmotorenöl SAE 0W-30 VP1 konnte gezeigt werden, dass sowohl ausgewählte Dünnschichten als auch hoch zähe Stahlsubstrate eine hohe Überrollbeständigkeit aufweisen. Im Vergleich zu vorangegangenen Untersuchungen konnte bei den meisten Beschichtungsvarianten das Ziel von 10 Mio. Überrollungen ohne Versagen der Beschichtung oder des Substrates erzielt werden. Weitere Reibungssenkungspotentiale erzielten sowohl die Dünnschichten als auch alternative Stähle. Bestimmte Dünnschichten verhielten sich verschleißfrei. Dabei boten a-C:H Beschichtungen aber auch die kürzlich neu entwickelte Zr(C,N)-Beschichtung ein höheres Maß an Zuverlässigkeit im Wälzkontakt gegenüber den untersuchten ta-C-Beschichtungen. Gleichzeitig konnte festgestellt werden, dass das Verschleißverhalten gegenüber unbeschichteten Materialen deutlich verbessert werden konnte. Teilweise wurden Verschleißbedingungen erreicht, welche mit einer taktilen Messmethodik nicht quantifizierbar waren und somit dem Bereich des „Null-Verschleißes“ sehr nah kamen. Bei Verwendung von Materialpaarungen, bei denen sowohl der Probekörper als auch der Gegenkörper mit einer DLC Schicht versehen wurden konnte der Verschleiß noch weiter gesenkt werden (k V < 1.0 · 10^-10 mm³/Nm). Unter Verwendung neuartiger Stahlmetallurgien mit gesteigerten Zähigkeitskennwerten ist es möglich, reibungsarme Wälzkontakte auch ohne den Einsatz von DLC- oder vergleichbaren Dünnschichten hohe Kontaktpressung in das mechanische System zu applizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Stähle V300 und insbesondere der Stahl CSS-42L Kontaktpressungen von P-0mean = 2,62 GPa über einen Zeitraum von 10 Mio. Lastzyklen ohne jegliche Beschädigungen ertragen können. Damit stellt sich die Frage, ob mit der Auswahl eines geeigneten Materials für hochbelastbare Kontakte eine Dünnschicht zwingend notwendig ist, es sei denn, man verwendet eher „klassische“ konventionelle Stähle. In Hinblick auf Reibungsminimierung und Verschleißminderung bieten DLC-Beschichtungen ein hervorragendes Potential, wenn beide Reibpartner beschichtet werden. Die Reibungsminimierung und Verschleißminderung genauso wie die Erhöhung der Hertz’schen Kontaktpressung erfordern somit den Einsatz von Dünnschichten in Kombination mit alternativen, hoch zähen Stählen. Dieses positive Verhalten, insbesondere in Hinblick auf den Verschleiß, sei nochmals deutlich hervorgehoben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Überrollbeständige Dünnschichten unter geschmierter Wälzreibung bis 3.500 MPa. Tribologie & Schmierungstechnik 55 (2008) 4, p. 22-27. ISSN 0724-3472
Spaltmann, D., Manier, C-A., Theiler, G., Proß, E., Ziegele, H., Kursawe, S., Woydt, M.
- Slip-rolling resistance of high performance thin films and high toughness steel substrates under extreme conditions. High performance structures and materials V, WIT Transactions on The Built Environment, WIT Press, ISBN 978-1-84564-464-2,112: 521-532
Scholz, C., Manier, C.-A., Woydt, M.
- Wälzbeständigkeit von Hochleistungsdünnschichten und hochzähen Stahlsubstraten bis 3.8 GPa Hertz'scher Kontaktpressung. Proc. 51st Jahrestagung Gesellschaft für Tribologie, 27.-29.09.2010, Göttingen ISBN 978-3-00- 032180-1
Scholz, C., Spaltmann, D., Woydt, M.
- Highly stressable and low friction slip-rolling contacts through thin film coatings, uncoated, alternative steels or lubricants. International Tribology Conference 2011, extended abstract, Hiroshima, Japan
Scholz, C., Woydt, M.
- Höchstbelastbare Wälzkontakte mit geringer Misch-/Grenzreibungszahl. Proc. 52nd Tribology Conference (Tribologie-Fachtagung), 26.-28.09.2011, Göttingen (Germany), ISBN 978-3-00-035439-7, Vol. I, paper no. 11
Scholz, C., Spaltmann, D., Woydt, M.
- Slip-rolling resistance of thin films and high toughness steel substrates under high Hertzian contact pressures. WEAR 270(7-8): 506-514
Scholz, C., Spaltmann, D., Woydt, M.
- Wälzbeständigkeit von diamantartigen Kohlenstoffschichten. Diamond Business 2(37): 16-24
Spaltmann, D., Löhr, M., Effner, U., Scholz, C., Manier, C., Woydt, M.
- Höchstbelastbare Wälzkontakte mit geringer Misch-/Grenzreibungszahl. Tribologie und Schmierungstechnik 59(3): 41-47
Scholz, C., D. Spaltmann, et al.
