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Organisationseinheit der BAM
Einen großen Beitrag zur Gewichtseinsparung leistet die Substitution von Grauguss-Legierungen durch moderne Aluminiumlegierungen für Pkw Kurbelgehäuse. Zur Erhöhung der tribologischen und thermomechanischen Belastungsgrenzen von Aluminiumoberflächen kommen thermisch gespritzte Schichten in Frage. Zielsetzung nachfolgender Untersuchungen ist es außermotorisch unter Misch-/Grenzreibung das tribologische Potenzial von thermisch gespritzten keramischen Schichtwerkstoffen auf Basis der Stoffsysteme Cr2O3, Cr2O3/TiO2, Cr3C2/NiCr, TiO2, TiO2/Al2O3 im Vergleich zu aktuell serienmäßig eingesetzten Graugusswerkstoffen zu ermitteln. Die Oberflächentopographien und die Schmierstoffe determinieren gegenüber GG26Cr die Verschleißsenkungspotenziale der keramischen Schichten. Eine Reduzierung der Reibungszahlen wird nicht durch keramische Oberflächenbeschichtungen, sondern durch den Einsatz von Polyglykolen als Schmiermedium erzielt.
Thermally sprayed TiO2-x coatings under mixed lubrication and unlubricated sliding conditions
(2004)
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).
Two new substoichiometric titania (TiOx) coatings designated for cylinder liner application were deposited on specimen of grey cast iron GG20HCN with high carbon content by plasma spraying. First, a TinO2n-1 coating was prepared by atmospheric plasma spraying (APS) using a sintered and agglomerated Magnéli-type spray powder. Second a TiO1.95-x coating was deposited with a vacuum plasma spray (VPS) process using a commercial, fused and crushed TiO1.95 powder. The tribological behaviour of these coatings under lubricated conditions was compared with uncoated specimen of this grey cast iron. As counter bodies a widespread used APS-sprayed Mo-NiCrBSi piston ring coating (MKP81A®), an advanced HVOF-sprayed WC/Cr3C2-based (MKJet502®) ring coating as well as non-commercial prototype APS-sprayed TinO2n-1 and APS-sprayed (Ti,Mo)(C,N) + 23NiMo (TM23-1) coatings were tribotested.
The interaction of the pairs with prototype engine oils based on esters and polyglycols were studied under mixed/boundary lubrication using the BAM test method. Lubricants were factory fill engine oils, ester-containing lubricants with low-SAP (sulphurashphosphor) and/or bio-no-tox properties as well as polyglycole-based lubricants. The ester and polyglycole-based engine oils respond both to bio-no-tox criteria and are polymer-free. They follow different strategies to reduce zinc, phosphorus and sulphur to assure a low ash content.
Both TiOx coatings designated for cylinder liners meet or exceed the wear resistance of the grey cast iron with high carbon content when paired with APS-sprayed TinO2n-1 or Mo-NiCrBSi piston ring coatings. Overall, in nearly all pairs the wear rates of the APS TinO2n-1 coating were lower than those of the VPS TiO1.95-x coating.
In order to characterize the tribological behaviour under oil-off, dry-running conditions, additional tests were performed under unlubricated unidirectional sliding conditions at 22 and 400 °C for a sliding speed of 1 m/s against sintered polycrystalline Al2O3 as stationary specimen.