OEMs perceive diamond-like carbon (DLC) coatings as part of a strategy for low frictional tribosystems. Especially the automotive industry anticipates a benefit in applying such coatings in association with the lightweight construction of mechanical parts, for instance in gears and engines. In previous investigations it was shown, that DLC, amorphous carbon (a-C) and tetragonal amorphous carbon (ta-C) coatings can be slip-rolling resistant at least up to ten million load cycles at Hertzian contact pressures P0max of 2.9 GPa lubricated by engine oil at 120°C, Further improvements in load carrying capacity up to P0mean of 2.62 GPa (FN= 5,000 N) were achieved with alternative, available Steel metallurgies as Substrates for thin film coatings. Additional factors, such as influences of the lubrication on the surface chemistry (additives and base oils), wear and friction behavior were investigated.
Leichtbaustrategien im Antriebsstrang erhöhen durch Downsizing die Hertz’schen Kontaktpressungen und die mechanischen Lasten. Dadurch müssen neben wälzbeständigen Stählen auch dazu passende reibungsmindernde Konzepte gefunden werden, in der vorliegenden Arbeit wurden alternative, hoch zähe Stähle mit einer Wälzbeständigkeit bis Pomax = 4,2 GPa untersucht, welche mit geeigneten Grundöl- und Additivkombinationen die Reibungszahlen herunter auf 0,025 reduzieren konnten. Diese alternativen Stahllegierungen erlauben nicht nur an der Zahnflanke sehr hohe Kontaktpressungen, sie bieten außerdem entsprechende Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften für den Zahnfuß. In vorangegangenen Untersuchungen wurde eine Vielzahl verschiedener Dünnschichten auf ihre Überrollbeständigkeit unter Extrembeanspruchungen validiert. Allerdings zeigte sich bei den meisten Dünnschichten ein Qualitätsunterschied von Charge zu Charge. Unter Verwendung verschiedener organischer, metallorganischer und anorganischer Additive konnten, sich daran anschließende Versuche, vielversprechende Ergebnisse erzielt werden. Sämtliche Versuche unter extremen Beanspruchungen wurden bei +120°C Öltemperatur auf Zwei-Scheiben-Tribometern vom Typ AMSLER und 2Disk von Optimol Instruments unter Misch-/Grenzreibungsbedingungen durchgeführt und die tribologischen Eigenschaften der neuartigen, unbeschichteten Stähle und in Relation zu leistungsstarken DLC-/ZrCN Dünnschichten gesetzt.
Diamond-like carbon (DLC) coatings are perceived as part of a strategy for low frictional tribosystems. Especially the automotive industry anticipates a benefit in applying such coatings in association with the lightweight construction of mechanical parts, for instance in gear and engine components. Therefore, in previous investigations amorphous carbon (a-C) and tetragonal amorphous carbon (ta-C) coatings were inspected. For up to ten million cycles at Hertzian contact pressures P0max of 2.9 GPa it was shown that these coatings are slip-rolling resistant not only at room temperature in the presence of unaddivated paraffin oil, but also up to 120 °C oil temperature. The steel substrates in this investigation were made of the hardened and tempered steels 100Cr6H and Cronidur 30. The aim of the current work is manifold. The Hertzian contact pressures should be increased up to P0max of 4.2 GPa by using new steel metallurgies as substrates for thin film coatings. These steel metallurgies are also assessed, if they can compete as uncoated couples. Two high toughness spring steels and an ultra-high toughness aerospace steel were tested in a twin disc tribometer of the Amsler type as well as in an Optimol 2Disk test rig under mixed/boundary conditions in a factory fill SAE 0W-30 engine oil. Different factors such as influences of the lubrication, surface chemistry and wear behaviour were investigated.