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Reibung und Verschleiß von PTFE gegen unterschiedliche tribologische Beschichtungen

Friction and wear of PTFE against different tribological coatings
 
: Waßmann, O.; Weigel, K.; Geitel, L.; Elzenheimer, N.T.; Rätz, D.; Brand, J.; Imad-Uddin Ahmed, S.

Tribologie und Schmierungstechnik 65 (2018), Nr.3, S.45-52
ISSN: 0724-3472
ISSN: 0036-6218
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IST ()
Polytetrafluorethylen; PTFE; diamantartige Kohlenstoffschichten; DLC; Titannitrid; TiN; Chromnitrid; CrN; Kugel-Scheibe-Tribometer; tribologische Schichten; polytetrafluoroethylene; diamond-like carbon; titanium nitride; chrome nitride; ball-on-disk tribometer; tribological coating

Abstract
In technischen Anwendungen ist das teilkristalline Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE), wegen seines niedrigen Reibungskoeffizienten gegen viele Materialien sehr geschätzt. Die häufigsten tribologischen Untersuchungen mit PTFE wurden gegen Stahl, Glas und Silizium in Luft durchgeführt. In der Literatur hat sich mit der Zeit folgender Verlauf herauskristallisiert: Durch das Gleiten verschleißt PTFE anfangs sehr schnell und bildet dabei eine "Transferschicht" auf dem Gegenmaterial. Der weitere Reibungsverlauf hängt dann von der Wechselwirkung des PTFE gegenüber der Transferschicht ab. Der Einfluss von verschiedenen Oberflächen auf die tribologischen Eigenschaften von PTFE wurde bisher nur wenig erforscht. In dieser Studie wurden Reibung und Verschleiß von PTFE-Kugeln gegen unterschiedliche tribologische Beschichtungen auf 100Cr6 Stahl, mit einem Kugel-Scheibe-Tribometer untersucht. Bei den Beschichtungen handelt es sich um mehrere Modifikationen von Diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC) sowie Hartstoffschichten (Titannitrid (TiN) und Chromnitrid (CrN)). Es wurden Reibungskoeffizienten zwischen 0,08 bis 0,15 gemessen. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass unter gleichen tribologischen Bedingungen Chromnitrid (CrN) gegen PTFE den gleichen Reibungskoeffizienten aufweist wie selbstgepaartes PTFE (0,08). Die entstandene PTFE-Transferschicht weist jedoch sehr unterschiedliche Eigenschaften auf. Auf den DLC-Proben ist die Schicht fast nicht erkennbar. In anderen Fällen, wie z. B. bei CrN, ist diese Schicht dagegen deutlich ausgeprägt. Das Verschleißvolumen der PTFE-Kugeln ist in beiden Fällen vergleichbar, aber geringer als gegen poliertem 100Cr6. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Haftung zwischen dem PTFE-Transferfilm und verschiedenen Oberflächen sehr unterschiedlich ist.

 

In technical applications, the semicrystalline polymer polytetrafluoroethylene (PTFE) is highly valued because of its low coefficient of friction when sliding against many materials. The most frequent tribological investigations performed with PTFE were carried out on steel, glass and silicon under atmospheric conditions. In literature, the following experimental observations are generally observed: Through initial sliding PTFE initially wears very rapidly and thereby forms a "transfer layer" on the counterpart material. With continued sliding, the friction characteristics depend on the interaction of PTFE with the formed transfer layer. The influence of different surfaces sliding against PTFE on the tribological properties has not been investigated thoroughly. In this study, friction and wear of PTFE spheres sliding against different tribological coatings on 100Cr6 steel were investigated using a ball-on-disk tribometer. The coatings consisted of several modifications based on diamondlike carbon (DLC) as well as the hard coatings titanium nitride (TiN) and chromium nitride (CrN). Friction coefficients were measured that ranged between 0.08 and 0.15. It is noteworthy that under the same tribological conditions, PTFE sliding against chromium nitride shows the same coefficient of friction as self-mated PTFE. The characteristics of the PTFE transfer film formed in each case are quite different. On the DLC samples the transfer layer is barely discernable. In other cases, such as, for example CrN, this layer is distinct and clearly visible. The wear volume of the PTFE spheres is comparable in both cases, but less than against polished 100Cr6. These results indicate that adhesion between the PTFE transfer film and the various coatings is not the same.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-503304.html