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This chapter deals with the development of polyetheretherketone (PEEK) and polytetrafluoroethylene (PTFE)-based composites, optimized for low friction and low wear performance under extreme environments. It is demonstrated that the incorporation of a harder polymer component into PTFE (such as PEEK particles), a short fiber reinforcement (e.g. carbon fibers (CFs)) and internal lubricants (e.g. PTFE particles) helps to reduce the friction and to improve the wear resistance over a very wide temperature range.
Le secteur automobile doit faire face actuellement à de nouveaux challenges au niveau de la construction allégée, des économies de carburant et des coûts. Ces exigences motivent la mise au point de tribosystèmes pouvant résister à des pressions de contact de plus en plus élevées avec de faibles coefficients de frottement. L'optimisation de systèmes existants par l'application de revêtements de surface performants représente une alternative intéressante. Ce texte présente les performances de couches minces dans des conditions d'essais de slip-rolling (roulement à composante de glissement) en présence de lubrifiants liquides. Après une première sélection à température ambiante, les revêtements les plus performants ont été testés à 120 °C. Il s'agit de revêtements DLC en carbone hydrogéné (a-C:H) et en carbone tétraédrique (ta-C) de dernières générations ainsi qu'un nouveau système « revêtement/substrat ». Certains des revêtements DLC développés récemment sont résistants en slip-rolling au moins jusq'à 10 millions de cycles à 120 °C dans l'huile moteur sous des pressions hertziennes de contact de P0max = 2600 / 2940 MPa. De plus, le nouveau système revêtement Zr(C,N)x/substrat peut résister au moins à 1 million de cycles sous des pressions hertziennes initiales de contact allant jusqu'à P0max = 3500 MPa et à des températures de lubrifiant d'au moins 120 °C. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
The light-weight approach and fuel economy targets in today's automotive engineering require tribosystems, which can withstand higher contact pressures associated with low coefficients of friction. The application of surface coatings represents one approach among others. This paper presents thin film coatings performances in a bench mark test procedure exerting slip-rolling conditions in the presence of liquid lubricants. After a first selection at room temperature, the most resistant coatings were evaluated at 120 °C. These are newly developed DLC coatings (a-C:H & ta-C) as well as a novel coating-substrate system. Some of the newly developed DLC-coatings are slip-rolling resistant for at least up to 10 million cycles at 120 °C oil temperature) under Hertzian contact pressures of P0max = 2600 / 2940 MPa. Furthermore, this novel Zr-based thin film coating can withstand at least 1 million cycles under initial Hertzian contact pressures of up to P0max = 3500 MPa and oil temperatures of at least 120 °C associated with low coefficients of friction under mixed/boundary conditions.
Die tribologischen Eigenschaften von graphitgefüllten Polyimiden gegen Stahl 100Cr6 wurden an Luft, im Hochvakuum (l0⁻ ³ Pa) und in Wasserstoffumgebung bei verschiedenen Drücken (10³ Pa, 10⁴ Pa und 10⁵ Pa) untersucht. Zwei unterschiedliche Polyimid-Typen wurden eingesetzt, wobei Typ und Menge des Graphits variiert wurden.
Die Experimente wurden bei 3,1 MPa Kontaktdruck und einer Gleitgeschwindigkeit von 0,2 m/s bzw. 1 m/s durchgeführt. Die verschlissenen Oberflächen und die Morphologie des Materialübertrags auf die Stahl-Gegenfläche wurden mittels Lichtmikroskopie, REM, TEM und FTIR untersucht. Die Untersuchung zeigt, dass sowohl die Matrix als auch der Graphitanteil einen deutlichen Einfluss auf das Reibverhalten von Verbundwerkstoffen in Wasserstoffumgehungen haben können.
Polymers are extensively used for sliding systems in cryogenic applications because of their favourable friction and wear behaviour in the absence of external lubrication. Since important new technologies are based on applications under extreme conditions, such as at low temperatures, new requirements on material properties, in particular regarding their operability and reliability, must be met. Up to now, most tribological investigations have been carried out in inert cryogens or cryogenic gas (He, N2). Few experiments have been performed in vacuum environment at cryogenic temperatures. Rarely were testing in reactive media, such as LH2 or LOX. Due to the wide range of operating conditions in cryogenic applications, it is difficult to state general rules. Therefore, this chapter tends to give an overview on theories and experimental studies on polymer tribology at cryogenic temperatures.