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Aus der Literatur zusammengefasste experimentelle Untersuchungen mit der Methodik der Oberflächenphysik sowie den aufgeführten neuen Verfahren bilden den zentralen Teil, Ergänzend hierzu werden einige grundlegende theoretische Modelle sowie Simulationsrechnungen aus jüngerer Zeit vorgestellt. Ziel dieser Arbeit ist es, Werkstoffwissenschaftlern, Ingenieuren und Physikern eine Einführung in das relativ neue Forschungsgebiet " Mikrotribologie" zu geben und in einem größeren Kontext seinen Zusammenhang mit der (Makro-)Tribologie aufzuzeigen.
Das tribologische Verhalten wird neben den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Reibpartner auch von deren Oberflaechentopographie bestimmt. Um deren Beitrag auf die Reibkraft zu untersuchen, wurden daher definierte Rauheitsstrukturen in Siliziumwafer geaetzt. Reibversuche mit einem Mikrotribometer [1, 2] gaben Aufschluss ueber den Einfluss dieser Strukturen auf das Deformationsverhalten im Kontaktbereich. Mit Hilfe der gewonnenen Daten wurde ein Deformationsmodell entwickelt, das eine Abschaetzung der Reibkraft in Abhaengigkeit von der Rauheit erlaubte. Treten starke Adhaesionskraefte im Reibkontakt auf, ist ein inverter Einfluss der Rauheit auf die Reibkraft zu verzeichnen. Um diesen Verlauf weiter zu charakterisieren, wurden mit einem UHV-AFM Adhaesionsmessungen an strukturierten Siliziumwafern durchgefuehrt. Diese zeigen den Verlauf der Adhaesionskraft in Abhaengigkeit von der Groesse der Kontaktflaeche auf. Ein Vergleich dieser experimentell gefundenen Korrelation mit den klassischen Kontaktmodellen machte dabei den Einfluss der Oberflaechenrauheit auf die Groesse der Adhaesionskraft deutlich. Danach ergab sich, dass bei gleicher Kontaktflaeche, aber unterschiedlicher Rauheit sich die Adhaesionskraefte um bis zu einem Faktor 3 unterscheiden. [1] K. Meine, T. Schneider, D. Spaltmann, E. Santner, Wear, 253, 2002, 725-732 [2] K. Meine, T. Schneider, D. Spaltmann, E. Santner, Wear, 253, 2002, 733-738
Der Festschmierstoff Molybdändisulfid ist insbesondere für Extremanwendungen ein gerne eingesetzter Werkstoff, problematisch ist jedoch der negative Einfluss von Feuchtigkeit. Bei mittels PVD-Verfahren abgeschiedenen MoS2-Schichten ergibt sich jedoch die Möglichkeit, durch Anpassung der Beschichtungsparameter vorwiegend basal ausgerichtete Schichten herzustellen, die auch an Luft ein verbessertes tribologisches Verhalten zeigen.
Molybdenum disulfide (MoS₂) is a well-known solid lubricant for tribosystems running in vacuum or dry gases. Problems arise due to its sensitivity to humidity, which is a drawback for its application under ambient conditions. However, by using a physical vapor deposition (PVD) process, deposition parameters can be optimized not only to gain a coatings structure with favorable frictional properties but also to minimize the sensitivity to attack by water molecules. Therefore, an improved tribological behavior even under moist conditions can be achieved. MoS₂coatings are also candidates for being applied at cryogenic temperatures. They already have proven their suitability, e.g., for sliding support elements between superconducting magnets of the nuclear fusion-experiment Wendelstein 7-X. However, these coatings were exclusively produced for this particular application and the utilization for more common tribosystems may be precluded due to cost considerations. In view of a wider range of applications, pure and Cr containing PVD-MoS₂ coatings with an optimized structure were tested under varying environments including hydrogen gas and cryogenic temperatures. Results of the most promising variant are presented in this paper.
In order to obtain a better understanding of the role of tribofilms during automotive braking, their structures were investigated and the essential features identified.
Next, different ingredient combinations were studied by preparing some model materials with simpler compositions than real tribofilms. A test method was developed for verifying the tribological properties of the model materials and for comparison with results obtained with numerical sliding simulations of such structures. Prerequisites of good brake Performance properties were identified. Although the coefficient of friction could be varied in a wide ränge, smooth sliding conditions could only be achieved with values smaller than 0.4. Tests with artificial third body powders turned out to be useful as screening method for the selection of raw materials for brake pad formulations.