Metalloxid-Metall Nanokompositschichten für Verschleiss- und Korrosionsschutz

Dünne Nanokompositschichten keramischer Oxide in Kombination mit einer zweiten metallischen Phase wurden mit der Methode des Gasfluss-Sputterns (GFS) hergestellt. Die GFS-Technologie erscheint besonders geeignet für diese Anwendungen, da sie mit der Bildung von nanogranularen Partikeln in der Gas-Plasma-Phase verbunden ist. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Größe der Nanopartikel zwischen 3 und 30 nm beträgt. Es wurden Beschichtungsexperimente mit zwei GFS-Quellen durchgeführt, in denen die zwei Phasen in der Schicht ineinander dispergiert wurden. Als Substrat wurde der Wälzlagerstahl 100Cr6 eingesetzt. Für die ersten Untersuchungen an diesem neuartigen Materialsystem wurde TiO2 als keramische Phase gewählt und durch reaktives Sputtern von einem Ti-Target erzeugt. Um die Wirkung verschiedener Metalle zu prüfen, wurden sowohl Cu- und W-haltige Kompositschichten im Bereich niedriger Metallgehalte erzeugt. Mit rasterelektronenmikroskopischen Techniken konnte gezeigt werden, dass im GFS-Prozess äußerst kompakte Beschichtungen herzustellen sind. Mittels Mikroindentation wurde die Härte der Schichten bestimmt, die bei reinen und gering dotierten TiO2-Schichten reproduzierbar 24 GPa (HUpI) bzw. 2060 HV beträgt. Die tribologische Charakterisierung er folgte durch Stift-auf-Scheibe-Tests gegen Aluminiumoxid-Kugeln. Dabei wurden Kugeldurchmesser (2 bis 10 mm) und Normalkraft (1 bis 5 N) variiert, um das Verhalten der Schichten in einem Bereich interessierender Flächenpressungen zu studieren. Für Flächenpressungen unter 650 N/mm (exp 2) wurden Reibkoeffizienten von 0,14 festgestellt. Die Verschleißkoeffizienten lagen in der Größenordnung von einigen 10 (exp -7) mm (exp 3)/Nm. Die Korrosionsbeständigkeit wurden mittels Salzsprühnebeltest geprüft. Die Schichten überstanden den Test 10 Tage unbeschadet und sind für Außenanwendungen geeignet. Damit steht ein neuartiges Schichtsystem zur Verfügung, das in vorteilhafter Weise Verschleiß- und Korrosionsschutz gleichermaßen gewährleistet.