Triboaktive und tribokatalytisch wirkende (Cr,Al)N-Beschichtungen (CrAlN+X II)

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406952973

Tribologische Komponenten wie Zahnräder, Lager und Kolbenringe werden meist geschmiert betrieben, wobei die Schmierung entscheidend für den Schutz vor Verschleiß und für die Reibungsreduktion ist. Um eine entsprechende Wirkung zu erzielen, werden Schmierstoffe mit Additiven formuliert, die speziell auf die Wechselwirkung mit Stählen ausgelegt sind. Aufgrund stetig steigender Anforderungen an Leistung und Energieeffizienz hat sich der Einsatz von Physical Vapour Deposition (PVD)-Schichten auf tribologisch hoch beanspruchten Komponenten etabliert, während die konventionelle Schmierstoffformulierung weitestgehend beibehalten wurde, sodass die durch die Wechselwirkung von Stahloberflächen und Additiven initiierte reibungs- und verschleißreduzierende Reaktionsschichtbildung nicht stattfindet. Zur Bildung entsprechender Reaktionsschichten bei Interaktion von PVD-Schichten und Schmierstoffen wurden im vorangegangenem Projekt drei Ansätze erforscht. Dabei zeigten Fe-modifizierte (Cr,Al)N-Schichten das größte Potenzial zur Reibungsreduktion infolge des Transfers konventioneller Stahl/Schmierstoff-Wechselwirkungen auf den Kontakt zwischen PVD-Schichten und Schmierstoffen. In Kombination mit Fe, zeigte auch die Modifikation der (Cr,Al)N-Matrix mit Mo Synergieeffekte, sodass die in situ-Bildung von MoS2 zur Verschleiß- und Reibungsreduktion beitragen kann. Es wurde jedoch auch deutlich, dass mit der Bildung von FeS2 und MoS2 nicht zwingend eine Reibungsreduktion einhergeht. Als Einflussfaktoren auf eine reibungsreduzierende Wirkung wurden der Fe-Gehalt und dessen Bindungscharakter in den Schichten sowie die Art des Schmierstoffs und dessen Additivierung identifiziert. Ziel des beantragen Vorhabens ist ein umfassenderes Verständnis für die Vorgänge im tribologischen Kontakt zu schaffen, die bei Interaktion von Fe-modifizierten PVD-Schichten und Schmierölen ablaufen, um Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Dazu ist auf Basis von Erkenntnissen aus tribologischen Untersuchungen eine Anpassung der Schichten geplant, die vor allem den Bindungscharakter und den Gehalt von Fe und Mo in der (Cr,Al)N-Matrix fokussiert. Ergänzend werden der Aufbau, der durch die Wechselwirkung von Fe-modifizierten PVD-Schichten und Schmierölen entstandenen Reaktionsschichten sowie die Haftung der Reaktionsprodukte auf der Oberfläche untersucht, um diese an die konventionell zwischen Stahloberflächen und Schmierstoffen gebildeten Reaktionsprodukte anpassen zu können. Die geplanten Untersuchungen lassen neue und wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der Funktions- und Wirkungsweise Fe-modifizierter triboaktiver Beschichtungen erwarten, die über das bislang gewonnene Wissen hinausgehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen