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The technical systems to be investigated are disc brakes and steel–steel rolling contact. The friction processes in a disc brake are rather complex and not yet understood in detail. This is mainly due to the complexity of the brake pad material, which consists of a wide variety of components, and the complexity of the chemical reactions occurring at the wear interface between brake disc and brake pad. Whereas partner projects are studying on the chemistry and the crystallography, we are analyzing the topographic properties of the surfaces involved on the microscopic scale. For this purpose, several methods are known. But besides high lateral
resolution, relatively large object fields and height ranges are needed. Interference microscopy was therefore chosen as the main method. This paper deals with its advantages and disadvantages in wear experiments.
Das tribologische Profil von binderlosem NbC und mit 8% bzw. mit 12% Cobalt oder 12% Fe3Al gebundenem NbC wird unter unidirektionaler Gleitreibung (v= 0,1-10 m/s, T= 22°C und 400°C) und unter oszillierender Gleitreibung vergleichend gegenüber Ingenieurkeramiken und Hartmetallen dargestellt. Zusätzlich werden die 4-Punkt-Biegebruchfestigkeit, elastische Eigenschaften (E,G) bis 1.000�C die lastabhängige Mikrohärte sowie die Phasenzusammensetzung und Gefügestrukturen vorgestellt. Die Verschleißkoeffizienten des binderlosen NbC lagen bei T unterhalb von 10-6 mm³/N?m, während diejenigen der cobaltgebundenen NbCs mit ansteigender Gleitgeschwindigkeit von 2-4 10-6 mm³/N?m bei 0,1 m/s auf 5-7 10-7 mm³/N.m bei 10 m/s abnahmen. Die Verschleißkoeffizienten bei 400°C lagen für die NbCs generell unterhalb von 10-6 mm³/N.m. Das tribologische Lasttragevermögen im Trockenlauf, ausgedrückt als PV-Wert, nimmt mit ansteigender Gleitgeschwindigkeit auf 100 W/mm² zu. Bedingt durch die geringe Löslichkeit von NbC in Legierungen offenbarten erste Zerspanversuche mit verschiedenen Stählen eine gegenüber WC-basierten Schneidstoffen signifikant angehobene Zerspanungsvolumina. Somit offenbart NbC in offenen und geschlossenen Tribosystemen Anwendungspotentiale.
Zero wear (Null Verschleiß)
(2013)
The slip-rolling resistances of hard and stiff thin films under high Hertzian contact pressures can be improved by optimizing the 'coating/substrate systems'. It is known from former investigations that the so-called 'egg-shell' effect is no general hindrance for high slip-rolling resistance of thin hard coatings. The coating stability depends more on specific deposition process and coating/substrate interface design. In this article it is experimentally shown, that pure amorphous carbon thin films with hardness between 15 and 63 GPa can be slip-rolling resistant several million load cycles under a maximum Hertzian contact pressures of up to 3.0 GPa. Whereas all coatings were stable up to 10 million load cycles in paraffin oil at room temperature, reduced coating lifetime was found in SAE 0W-30 engine oil at 120°C. It was shown how the coating hardness and the initial coating surface roughness influence the running-in process and coating lifetime. No clear correlation between coating hardness and coating lifetime could be observed, but friction coefficients seem to be reduced with higher coating hardness. Very low friction down to ~0.03 in unmodified engine oils was found for the hardest ta-C film.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Die Wälzbeständigkeit von harten und steifen Dünnschichten unter hohen Hertzschen Kontaktpressungen kann durch die Optimierung des 'Beschichtung/Substrat Systems' deutlich verbessert werden. Aus vorangegangenen Untersuchungen ist bekannt, dass der so genannte 'Eierschaleneffekt' kein generelles Hindernis für eine hohe Wälzbeständigkeit für harte Dünnschichten darstellen muss. Die Stabilität der Beschichtungen hängt vielmehr von dem spezifischen Prozessparametern und dem Schicht/Substrat Grenzflächendesign ab. In diesem Artikel wird experimentell nachgewiesen, dass reine amorphe Kohlenstoffdünnschichten mit Härtewerten zwischen 15 und 63 GPa für mehrere Millionen Lastzyklen unter maximalen Hertzschen Kontaktpressungen bis 3.0 GPa überrollbeständig sein können. Während alle Beschichtungen bis 10 Millionen Lastzyklen in Paraffinöl bei Raumtemperatur keine Defekte aufweisen wurde unter Verwendung eines SAE 0W-30 Motorenöls bei 120°C eine Verringerung der Überrollbeständigkeit nachgewiesen. Es wurde nachgewiesen, wie die Schichthärte und ursprüngliche Oberflächenrauheit der Beschichtung den Einlaufprozess und die Lebensdauer beeinflussen. Es konnte keine offensichtliche Korrelation zwischen Schichthärte und Lebensdauer festgestellt werden, allerdings wurde eine scheinbare Reduktion des Reibwertes mit steigender Schichthärte beobachtet werden. Dabei zeigte die härteste ta-C Schicht unter Verwendung des Motorenöls sehr geringe Reibwerte mit ~0.03.
Mittels lasergesteuerter gepulster Vakuumbogentechnologie (Laser-Arc) wurde eine reihe von reinen MoS2-Schichten sowie Kombinationsschichten aus MoS2 und tetraedrischem amorphen Kohlenstoff (ta-C) hergestellt. Mit diesen Schichtvarianten erfolgten tribologische Tests im Vakuum sowie in Atmosphäre. Dabei wurden im Hochvakuum reibungskoeffizienten bis zu 0,005 gemessen. Durch die Verwendung einer ta-C unterschicht konnte eine Lebensdauer von über 5×105 Lastzyklen erreicht werden. Zudem erwies sich diese unterschicht als vorteilhaft für das tribologische Verhalten der MoS2/ta-C Schichten unter atmosphärischen Bedingungen. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
A series of MoS2 and combined MoS2/ta-C coatings were prepared by lasercontrolled arc evaporation (Laser-Arc) in order to study the tribological coating behaviour under vacuum and atmospheric conditions. Very low friction coefficients down to 0.005 were measured under high vacuum. By using a ta-C underlayer beneath the MoS2 a increased lifetime up to 5×105 load cycles could be obtained. Also under atmospheric conditions the underlayer had a beneficial effect on coating performance.
Influence of the Temperature on the Tribological Behaviour of PEEK Composites in Vacuum Environment
(2008)
This paper describes tribological experiments carried out with polyetheretherketone (PEEK), filled with carbon fibres and solid lubricants (polytetrafluoroethylene (PTFE), graphite or MoS2), against steel discs. Oscillating sliding tests were performed in high vacuum environment in the temperature range between -40°C and +160°C. Results indicate that MoS2 filled PEEK show the best tribological performance in vacuum. Particularly, in the lower temperature range and at higher loads the friction behaviour is improved by the MoS2 content.