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March 29, 2022
Doctoral Thesis
Title
Untersuchungen zum Reibverhalten diamantähnlicher Beschichtungen auf Elastomeren
Abstract
Der Bedarf schmiermittelfreier Lösungen zur Reibungsreduzierung elastomerer Bauteile treibt die Entwicklung tribologischer Dünnschichten voran. Diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) kombinieren die Verschleißbeständigkeit der harten Schicht mit der Flexibilität des Elastomers. Mit der chemischen Inertheit und der Möglichkeit die Triboschicht im Vakuum zu nutzen, ergeben sich neue Anwendungsfelder für die Elastomere. Dem industriellen Einsatz DLC beschichteter Elastomere geht das Verständnis des Reibverhaltens voraus. In dieser Arbeit werden wesentliche Eigenschaften der Reibung an den funktionalisierten Elastomeroberflächen untersucht. Nitrilkautschuk (NBR) wird als Grundpolymer der zu untersuchenden Elastomere gewählt. Die mechanischen Eigenschaften der Elastomere werden durch die Variation des Schwefelgehalts kontrolliert. Der Vulkanisation folgt die Einordnung der viskoelasti-schen Eigenschaften und der Prozessgrenzen zur Beschichtung von Elastomeren. Im Kapitel zur Schichtbildung wird der Einfluss des Substrates auf die Schichteigenschaften und ihrer Topographie erörtert. Im Mittelpunkt der tribologischen Untersuchungen stehen Kugel-Ebene Versuche mit hohen Relativgeschwindigkeiten, um den Erkenntnisstand des dynamischen Belastungsfalls zu erweitern. Es zeigt sich, dass die Entwicklung des Reibwertes DLC beschichteter Elastomere an den viskoelastischen Eigenschaften des Substrates gekoppelt ist. Es werden Teilaspekte diskutiert, die an dem substratabhängigen Reibverhalten beteiligt sein können. Dies umfasst die Segmentierungsgröße der Schicht sowie die reale und die nominelle Kontaktfläche. Als weitere Prozessgröße der Tribotests wird die Temperatur innerhalb der Kontaktzone herangezogen. Langzeituntersuchungen bei unterschiedlichen Substrattemperaturen erlauben qualitative Aussagen zur Lebensdauer der DLC Schicht. Auf Basis des eingeführten Lebensdauerkriteriums kann gezeigt werden, dass die Temperierung mit einer Steigerung der Lebensdauer einhergeht.
Aus den Ergebnissen dieser Arbeit lassen sich Erkenntnisse ableiten, die bei der Auslegung DLC beschichteter Elastomerbauteile zu berücksichtigen sind. Dies wird in Zusammenhang mit der Wahl geeigneter mechanischer Kenngrößen diskutiert, die für künftige Untersuchungen berücksichtigt werden können.
Aus den Ergebnissen dieser Arbeit lassen sich Erkenntnisse ableiten, die bei der Auslegung DLC beschichteter Elastomerbauteile zu berücksichtigen sind. Dies wird in Zusammenhang mit der Wahl geeigneter mechanischer Kenngrößen diskutiert, die für künftige Untersuchungen berücksichtigt werden können.
Thesis Note
Bremen, Univ., Diss., 2022
Advisor(s)