TiCN hard coatings: tribological performance and deposition process analysis

Titel in Übersetzung: TiCN Hartstoffschichten: Untersuchung der tribologischen Eigenschaften und des Beschichtungsprozesses

Marisa Rebelo de Figueiredo

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer vertiefenden Untersuchung der tribologischen Mechanismen, die für die Ausprägung der niedrigen Reibung und des moderaten Verschleißes von TiC1-xNx Hartstoffschichten verantwortlich sind. Hierzu wurden Kugel-Scheibe-Tests mit Al2O3-Gegenkörpern in verschiedenen Atmosphären (Umgebungsluft, Ar, N2, Trockenluft) durchgeführt, die ergaben, dass das Auftreten der niedrigen Reibung eng verbunden ist mit dem Vorhandensein von Wasserdampf. Als untere Grenze für die Ausbildung der Niedrigreibung mit einem Reibwert von 0.2 konnte eine relative Luftfeuchtigkeit im Bereich von 15 bis 25 % ermittelt werden, wobei die annähernd lineare Beziehung zwischen Reibwert und Testtemperatur darauf hindeutet, dass die Adsorption von Wasser auf der Oberfläche von entscheidender Bedeutung ist. Ramanspektroskopische Messungen in den Verschleißspuren der Al2O3-Gegenkörper zeigten, dass unabhängig von der äußeren Atmosphäre amorpher Kohlenstoff in der tribologischen Kontaktzone vorhanden ist. Andererseits konnten Verbindungen mit C-H Komponenten nur bei entsprechender Luftfeuchtigkeit nachgewiesen werden. Dies gibt einen Hinweis, dass das deren Auftreten die Verringerung der Reibung hervorruft. Für eine umfassende Untersuchung des Frühstadiums des Reibkontaktes bis hin zur vollständigen Ausbildung der Niedrigreibung wurden optische und spektroskopische in situ Methoden eingesetzt. Die direkte visuelle Beobachtung des Gleitreibungskontaktes ergab dabei, dass sich ein Transferfilm durch Abtrag und anschließende Umformung von Schichtmaterial während der Einlaufphase, die durch eine hohe Reibung gekennzeichnet ist, bildet. Das Auftreten eines solchen Transferfilmes und sein Anwachsen kennzeichnen den Beginn der stabilen Niedrigreibungsphase, während der der Geschwindigkeitsunterschied zwischen beiden Reibpartner durch Grenzflächenreibung zwischen dem Transferfilm und der Schichtoberfläche ausgeglichen wird. Durch eine in situ Analyse der Verschleißspur auf der Schicht während eines vollständigen tribologischen Tests mittels Ramanspektroskopie konnte außerdem nachgewiesen werden, dass das Auftreten der C-H Bindungen mit dem Beginn der stabilen Niedrigreibungsphase sowie der Ausbildung des Transferfilmes zusammenfällt. Neben den tribologischen Untersuchungen wurde zusätzlich noch eine detaillierte Analyse der Ressourcen, die für die Herstellung der TiC1-xNx Hartstoffschichten in einer industriellen Lichtbogenverdampfungsanlage notwendig sind, durchgeführt. Die ermittelten Werte wurden in einer Massen- und Energiebilanz zusammengefasst und können somit für eine weitere Optimierung des Beschichtungsprozesses herangezogen werden.
Titel in ÜbersetzungTiCN Hartstoffschichten: Untersuchung der tribologischen Eigenschaften und des Beschichtungsprozesses
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Mitterer, Christian, Beurteiler A (intern)
  • Weiß, Christian, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2011

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • TiCN Hartstoffschicht
  • Tribologie
  • Selbstschmierende Hartstoffschicht
  • Energie- und Massenbilanz
  • Physikalische Gasphasenabscheidung

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