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.
Der Einfluss des E-Moduls und des Grundöls auf das Wälzverhalten von DLC- und Diamantbeschichtungen
(2005)
Paraffinöl geschmierte Wälztests wurden an extrem harten Diamantschichten auf hartem SSiC Substrat, unterschiedlichen, harten DLC-Schichten auf 100Cr6 Substraten (HRC60) sowie ausgewählten DLC-Schichten auf ungehärtetem Stahl (HRC 20) durchgeführt. Die Wälztests wurden in einem Zweischeibentribometer vom Typ Amsler bei einer anfänglichen, maximalen Flächenpressung nach Hertz von P0=2,3 GPa ausgeführt. Als Abbruchkriterium für die Tests wurde das Erreichen von n=1.000.000 Überrollungen (Langzeittests n=10.000.000 Überrollungen) oder das Auftreten einer Schädigung mit einer zusammenhängenden Fläche von A>1 mm2 festgelegt. Die Wälztests zeigten, dass das harte SSiC Substrat zwar eine stützende Wirkung auf die Diamantschicht hat, diese aber aufgrund von Rissen im Substrat versagte. Ferner gibt es wenigstens zwei DLC-Schichten, die, aufgebracht auf 100Cr6 Scheiben (HRC60), den Wälztests bis n=10.000.000 Überrollungen ohne nennenswerte Schäden widerstanden. Diese Schichten passten sich auch den Verformungen des weichen, stickstofflegierten Stahls (HRC20) an, ohne das es zu größeren Abplatzungen kam (A>1 mm2).