Optimales tribologisches System mit Kohlenstoffschichten (OTRISKO), Teilvorhaben: Tribologisch optimierte ta-C-basierte Schichtsysteme

Die Arbeiten des IWS beinhalteten in erster Linie die Weiterentwicklung ta-C basierter tribologischer Schichten zur Reibungsminderung und zum Verschleißschutz von metallischen Komponenten und Bauteilen, insbesondere für Automobilanwendungen. Neben der Optimierung der Schichten wurden auch Erkenntnisse zum Einfluss von Grundmaterial, Rauheit und Schmiermitteln gewonnen. Die Arbeiten begannen mit der Abscheidung von ta-C Standard Schichten sowie neuer, modifizierter Schichtvarianten auf Norm- und Modellprüfkörper. Des weiteren wurden orientierende Vorversuche für die modifizierte Schichten durchgeführt, um sinnvolle Schichtvarianten und günstige Parameterfenster zu ermitteln. Die dabei als sinnvoll erachteten Varianten wurden schließlich auf eine Vielzahl von Norm- und Modellprüfkörper abges chieden und umfassend charakterisiert. Modifizierte Schichten wurden im Hinblick auf unterschiedliche sp 3/sp 2- Verhältnisse (=Diamant-/Grafitbindungsanteile) sowie chemische Dotierung mit Stickstoff, Kupfer und Wolfram hergestellt. Nach einer ersten Vorauswahl standen folgende Schichtsysteme für die weiteren Tests zur Verfügung: ta-C, drei Varianten a-C (a-C_1, a-C_3, a-C_5), a-C:N, a-C:Cu sowie a-C:W. Es zeigte sich in der Grundcharakterisierung, dass mit zunehmendem sp 2- Gehalt und durch Dotierung der E-Modul und die Schichteigenspannungen deutlich reduziert werden. Die Haftfestigkeit der Schichten nimmt mit steigendem sp 2-Gehalt sowie bei Dotierung mit Stickstoff und Wolfram zu. Dies wird - neben der höheren Verformbarkeit - insbesondere der signifikanten Reduzierung der Schichteige nspannungen zugeschrieben. So weisen die modifizierten Schichten lediglich ca. 1/10 der Druckeigenspannung von Standard ta-C Schichten auf. Neben der höheren elastischen Verformbarkeit hat offenbar insbesondere die Dotierung mit Wolfram einen Vorteil hinsichtlich der Verformbarkeit und damit Haftfestigkeit. Insgesamt zeigt sich aber, dass jede Verbesserung hinsichtlich Haftfestigkeit und Verformbarkeit zu Lasten der Härte und damit auch der Verschleißbeständigkeit geht.