Superlubricity: Phänomenologische Untersuchung des tribologischen Verhaltens tetraedischer amorpher Kohlenstoffschichten mit organischen Fluiden

Amorphe Kohlenstoffschichten vereinen Verschleißbeständigkeit und reibungsmindernde Eigenschaften, so dass sie bereits in zahlreichen technischen Anwendungsgebieten wie z.B. Werkzeugbeschichtung oder Beschichtungen im Ventiltrieb Einsatz finden. Eine Gattung dieser Kohlenstoffschichten, die wasserstofffreien tetraedisch amorphen Kohlenstoffschichten (ta-C) zeigen an Luft in Kombination mit bestimmten Reibminderern - teilweise Reinstchemikalien - eine drastische Reibungsreduzierung, die weit jenseits des erwarteten reibmindernden Potentials amorpher Kohlenstoffschichten liegt. Dieser Zustand ist als "Superlubricity" bekannt und bevorzugt in Labortests nachweisbar. Typische Reibwerte dieses Schmierungszustandes liegen bei ca. einem Achtel dessen, was man in Tribometerprüfläufen bei gleichem Beanspruchungskollektiv im Stahl-Stahl-Kontakt mit typischen Motorenölen erreicht. Im Rahmen des durch das BMWi geförderten PEGASUS-Projektes (Progressiver Energieeffizienz-Gewinn im Antriebsstrang durch Schichtwerkstoffe und Schmierstoffe) werden unter anderem Grundlagenuntersuchungen zu Superlubricity durchgeführt. Bei einer Zwischenbilanz der Untersuchungen steht die Phänomenologie dieses Effektes im Vordergrund. Basis dieser Untersuchung bilden tribologische Versuchsreihen, die das Eintreten von Superlubricity in Abhängigkeit der Schichteigenschaften, des angewendeten Beanspruchungskollektives und der verwendeten Fluide aufzeigen. Die bisherigen Versuche heben die Bedeutung des chemischen Anteils einer Wechselwirkung hervor. Die daraus resultierenden Herausforderungen an die Umsetzbark eit dieses Effektes auf eine technische Anwendung werden diskutiert. Als Substrat waren Ronden aus den Stählen 1000r6 und 155XMnVCr1-1 mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Höhe von 7,9 mm beschichtet und anschließend zur tribologischen Charakterisierung verwendet worden. Diese Ronden verfügen über eine Härte von 61 HRC +/- 2 HRC und eine Rauheit von Rz = 0,55.