Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005 - lamp.tugraz.at

M43: Tribologische Untersuchungen
Wechselbeanspruchungen charakterisiert. Der
tribochemische Verschleiß wird durch schädliche
chemische Reaktionen in den Kontaktstellen unter
dem Einfluss des Umgebungsmediums und der
mechanischen Kontaktmechanismen verursacht
(z.B. Tribooxidation).
Die Methodik tribologischer Untersuchungen erfordert
eine exakte Analyse der im Anwendungsfall
(z.B. Getriebe) auf die Werkstoffpaarung einwirkenden
Umgebungsbedingungen (material /energy
input) sowie der auftretenden Phänomene
(material /energy output), welche im Anschluss den
Aufbau eines tribologischen Modellsystems zulassen
(s. Abb. 1). Basierend auf diesem Modellsystem
kann in der Folge eine Optimierung von Reibung
und Verschleiß erfolgen. Derartige Optimierungen
erfolgen in verschiedensten Versuchsanordnungen,
von welchen lineare oder kreisförmige Bewegungen
von Prüfkörpern auf der zu prüfenden Oberfläche
(sog. „Pin-on-Plate“- oder „Pin-on-Disc“-Tests)
am häufigsten zu finden sind. Durch Auswahl
der Belastungskraft, der Relativgeschwindigkeit,
der Kontaktfläche bzw. Kontaktgeometrie sowie
der Prüftemperatur und der Prüfatmosphäre lassen
sich durch diese Versuche unterschiedliche
Werkstoffpaarungen sowie der Einfluss von Zwischenmedien
(z.B. Schmiermitteln) vergleichend
charakterisieren.
Während das Reibverhalten (Reibzahlen) relativ
einfach durch die auftretende Reibkraft messbar
ist, erfordert die Ermittlung des Verschleißes (Verschleißvolumens)
und der Verschleißvorgänge die
mikroskopische und topographische Analyse der
Oberfläche durch z.B. Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie
oder Profilometrie. Zur besseren
Vergleichbarkeit wird das Verschleißvolumen
i.A. bezogen auf die Belastungskraft und den Prüfweg
als Verschleißrate dargestellt.
Abbildung 2:
Ergebnis tribologischer Vergleichsuntersuchungen
– Reibzahlen und
Verschleißraten – an verschiedenen
Verschleißschutzbeschichtungen,
welche mittels des Pulsed-Laser-Deposition-Beschichtungsverfahrens
hergestellt
wurden (25°C, 50 – 55% relative
Luftfeuchtigkeit, 10 N Belastungskraft,
~2 GPa Hertz’sche Flächenpressung,
10 m /s Geschwindigkeit) [1].
Als Beispiel für tribologische Untersuchungen
kann der Vergleich von verschiedenen Verschleißschutzbeschichtungen,
welche mittels der Pulsed
Laser Deposition (PLD) bei Raumtemperatur abgeschiedenen
wurden, in Abb. 2 gezeigt werden:
Die Übersicht zeigt, dass mittels industrieller PLD-
Großflächenbeschichtung bei Raumtemperatur die
Standardschichtwerkstoffe wie Titannitrid (TiN),
Titanoxid (TiO 2 ), Titanaluminiumnitrid (TiAlN) und
Chromnitrid (CrN) durch relativ hohe Reibzahlen
charakterisiert sind. Diese sind etwa gleich jenen
von unbeschichteten Stahl-Stahl-Paarungen, jedoch
wird durch die Beschichtungen um mehrere
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Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005