Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Kohlenstoffbasierte Beschichtungen für tribologische Anwendungen im Vakuum und in trockenen Atmosphären

Schlussbericht der Forschungsstellen 1 und 2 zum geförderten Vorhaben 15983 BG (Bewilligungszeitraum: 01.03.2009 bis 30.06.2011)
 
: Weihnacht, Volker; Gommel, Udo; Gradt, Thomas; Brückner, Andreas; Bürger, Frank; Theiler, Geraldine
: Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik -IWS-, Dresden; Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung -IPA-, Stuttgart; Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie -BMWi-, Berlin; Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. -AIF-, Köln; Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V. -EFDS-

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-2159431 (8.4 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 56c51b3430e050067ae54f6e1d2a5f7b
Erstellt am: 13.11.2012


Dresden, 2011, 37 S.
Deutsch
Bericht, Elektronische Publikation
Fraunhofer IPA ()
Kohlenstoffschicht; Schichtsystem; multilayer; Mehrlagenschicht; Beschichtung; Reibung; Tribologie

Abstract
Hintergrund des Projektes war das Konzept die guten Eigenschaften von diamantartigen Kohlenstoffschichten und Festschmierstoffen in einem Schichtsystem zu verbinden. Kohlenstoff- und Festschmierstoffschichten weisen ein komplementäres Eigenschaftsprofil dahingehend auf, dass erstere unter atmosphärischen Bedingungen und letztere unter Vakuumbedingungen sehr gut funktionieren, aber umgekehrt eher ungünstige Eigenschaften aufweisen. Die Kombination der Schichten wurde innerhalb des Projektes durch verschiedene Konzepte wie Ko-Abscheidung, Multilagenaufbau, Mikrostrukturierung sowie gestapelten Schichtaufbau umgesetzt. An allen Schichtvarianten erfolgten Reibungs- und Verschleißmessungen im Hochvakuumtribometer, an ausgewählten Schichten auch Tests am Ultrahochvakuumtribometer. Ergänzt wurden die Messungen durch Versuche an einem Hochvakuumtribometer mit Analyse der partikulären Emission. Alle Beschichtungen wurden in einer PVD-Beschichtungsanlage mithilfe des Laser-Arc-Verfahrens durchgeführt. In der ersten Projektphase standen die Arbeiten zur Ko-Abscheidung von Kohlenstoffschichten (ta-C) und MoS2 im Mittelpunkt. Des Weiteren wurden reine ta-C Schichten hergestellt, mittels Laserbearbeitung mikrostrukturiert und die Vertiefungen mit MoS2 gefüllt. Mit diesen beiden Varianten konnten keine signifikanten Reibungs- und Verschleißvorteile gegenüber reinen ta-C Schichten beobachtet werden. Daher wurde der Schwerpunkt im weiteren Verlauf auf Multilagenschichten und insbesondere einfach gestapelte Schichten von ta-C und MoS2 gelegt. Während die Multilagenschichten wenig erfolgversprechend waren, zeigten die tribologischen Versuche an den Doppelschichten ta-C/MoS2 ein vielversprechendes Verhalten. Zum einen konnten auf Anhieb die bekannten niedrigen Reibkoeffizienten sorgfältig präparierter MoS2-Schichten unter Hochvakuumbedingungen im Langzeitversuch erreicht werden. Zum anderen wies eine Schichtvariante mit dickerer ta-C Basisschicht eine niedrige Reibungszahl an Luft auf, nachdem das MoS2 abgerieben wurde, was den Vorteil des ta-C Basisschicht unterstreicht. Mit einem optimierten Schichtaufbau konnte eine bemerkenswerte Lebensdauer von über 5 x 105 Zyklen im Langzeittest erreicht werden. Überraschenderweise schnitten auch die reinen ta-C-Schichten in den tribologischen Untersuchungen im Hochvakuum zum Teil günstig ab. Es zeigte sich, dass bei zumindest einer ta-C Variante ein deutlich günstigeres Reibungs- und Verschleißverhalten gegenüber kommerziell angebotenen DLC-Schichten im Hochvakuum auftritt. Allerdings konnte dieses Verhalten nicht mit allen ta-C Schichtvarianten reproduziert werden. Mit den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses wurde ein intensiver Austausch über die Verwertbarkeit der Ergebnisse geführt und potenzielle Komponenten für zukünftige Anwendungen ausgewählt. Mit den im Projekt erreichten Ergebnissen wurde außerdem eine Vielzahl wertvoller Erkenntnisse zu Zusammenhängen von Schichtart und -aufbau und deren tribologischem Verhalten im Vakuum gewonnen. Mit dem neu entwickelten Schichtsystem ta-C/MoS2 steht für viele vakuumtribologische Anwendung eine aussichtsreiche Lösung für Reib-/Gleitpaarungen im Vakuum zur Verfügung. Durch die neue Abscheidetechnologie können diese Schichten mit hoher Effektivität hergestellt werden. Das im Rahmen des Projektes errichtete tribologische Messsystem zur Erfassung partikulärer Emission von Materialpaarungen im Vakuum ist bei zahlreichen Unternehmen auf großes Interesse gestoßen. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-215943.html