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Tribological performance of titanium samples oxidized by fs-laser radiation, thermal heating, or electrochemical anodization

  • Commercial grade-1 titanium samples (Ti, 99.6%) were treated using three alternative methods, (i) femtosecond laser processing, (ii) thermal heat treatment, and (iii) electrochemical anodization, respectively, resulting in the formation of differently conditioned superficial titanium oxide layers. The laser processing (i) was carried out by a Ti:sapphire laser (pulse duration 30 fs, central wavelength 790 nm, pulse repetition rate 1 kHz) in a regime of generating laser-induced periodic surface structures (LIPSS). The experimental conditions (laser fluence, spatial spot overlap) were optimized in a sample-scanning setup for the processing of several square-millimeters large surface areas covered homogeneously by these nanostructures. The differently oxidized titanium surfaces were characterized by optical microscopy, micro Raman spectroscopy, variable angle spectroscopic ellipsometry, and instrumented indentation testing. The tribological performance was characterized in the regime ofCommercial grade-1 titanium samples (Ti, 99.6%) were treated using three alternative methods, (i) femtosecond laser processing, (ii) thermal heat treatment, and (iii) electrochemical anodization, respectively, resulting in the formation of differently conditioned superficial titanium oxide layers. The laser processing (i) was carried out by a Ti:sapphire laser (pulse duration 30 fs, central wavelength 790 nm, pulse repetition rate 1 kHz) in a regime of generating laser-induced periodic surface structures (LIPSS). The experimental conditions (laser fluence, spatial spot overlap) were optimized in a sample-scanning setup for the processing of several square-millimeters large surface areas covered homogeneously by these nanostructures. The differently oxidized titanium surfaces were characterized by optical microscopy, micro Raman spectroscopy, variable angle spectroscopic ellipsometry, and instrumented indentation testing. The tribological performance was characterized in the regime of mixed friction by reciprocating sliding tests against a sphere of hardened steel in fully formulated engine oil as lubricant. The specific tribological performance of the differently treated surfaces is discussed with respect to possible physical and chemical mechanisms.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:Sabrina V. Kirner, Nadine Slachciak, Anna M. Elert, Michael Griepentrog, Daniel Fischer, Andreas Hertwig, Mario Sahre, Ilona Dörfel, Heinz Sturm, Simone Pentzien, Robert Koter, Dirk Spaltmann, Jörg Krüger, Jörn Bonse
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Applied Physics A
Jahr der Erstveröffentlichung:2018
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Materialographie, Fraktographie und Alterung technischer Werkstoffe
6 Materialschutz und Oberflächentechnik
6 Materialschutz und Oberflächentechnik / 6.3 Makro-Tribologie und Verschleißschutz
6 Materialschutz und Oberflächentechnik / 6.4 Technologien mit Nanowerkstoffen
6 Materialschutz und Oberflächentechnik / 6.6 Nano-Tribologie und Nanostrukturierung von Oberflächen
6 Materialschutz und Oberflächentechnik / 6.7 Oberflächenmodifizierung und -messtechnik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Springer-Verlag
Jahrgang/Band:124
Ausgabe/Heft:4
Erste Seite:326, 1
Letzte Seite:10
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Femtosecond laser; Friction; Oxidation; Titanium
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Material
Material / Materialien und Stoffe
Energie / Erneuerbare Energien
DOI:https://doi.org/10.1007/s00339-018-1745-8
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-445609
URL:http://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcAuth=Alerting&SrcApp=Alerting&DestApp=WOS&DestLinkType=FullRecord;UT=WOS:000428454200045
ISSN:0947-8396
ISSN:1432-0630
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:23.03.2018
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:12.04.2018
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM