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High-power piezo-electric motors with power densities of 1.4 kW/kg display a potential for substituting hydraulic actuators. For this application, two novel tribometers of the same type have been designed using commercially available components for sliding motion at 40 kHz with amplitudes between 2.5 µm and 5 µm. The tribometers are equipped with means to measure amplitude, frequency, power required to keep the samples in motion and load applied. The effective motion between the two contacting bodies is monitored in each of the tribometers. These data are used to evaluate the coefficient of friction. The wear rate was determined after the tests. The set-ups were tested using well-known 100Cr6H (AISI 52100) samples before investigating novel, non-commercial substrates such as AlFeCrTi-alloys and tungsten carbide-based coatings as well as Magnéli-type coatings (Tin-2Cr2O2n-1 and TinO2n-1). This paper presents the principle of the ultra-high frequency tribometers and first tribological quantities of materials and coatings tested up to and above 1011 cycles. Very low wear rates in the range 10-8 mm³/Nm down to 10-10 mm³/Nm were determined under dry oscillation in air.
The tribological behaviour under dry sliding conditions of Magneli phase Ti4O7 and e-phase Ti2Cr2O7 with α-alumina as a sliding partner has been characterised at room temperature by oscillating sliding. The mechanical properties as well as Vickers hardness measurements do not reveal big differences between the materials, and 4-point bending strengths are around 200 MPa for both materials. Although the friction coefficients are in the medium range of 0.6 and do not differ much between the materials, the wear behaviour is very different. At room temperature, the wear coefficient of Ti2O7 is strongly dependent on relative humidity, and wear is highest under dry conditions when relative humidity is low as it is typically found for many ceramic materials. Ti2Cr2O7 shows remarkably different wear behaviour with the lowest wear in dry conditions. The measured coefficients of wear at low relative humidity of 4% are more than 2 orders of magnitude lower than those for Ti2O7.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Herstellung und die Eigenschaften von APSund HVOF-gespritzten Schichten aus dem gesamten System Cr2O3-TiO2 erstmalig systematisch untersucht. Für die Herstellung experimenteller Beschichtungspulver auf der TiO2-reichen Seite, aber auch für die Interpretation der Phasenzusammensetzungen der Schichten wurde das Cr2O3-TiO2-Phasendiagramm eingehend analysiert. Neben kommerziell verfügbaren Pulvern auf der Cr2O3-reichen Seite wurden im Rahmen der Arbeit fünf durch agglomerieren und sintern hergestellte experimentelle Pulver auf der TiO2-reichen Seite verwendet. In diesen experimentellen Pulvern konnten die angestrebten Phasenzusammensetzungen gezielt eingestellt werden. Mit beiden Spritzverfahren konnten homogene und porenarme Schichten hergestellt werden. Durch die Spritzprozesse kommt es zu erheblichen Veränderungen der Phasenzusammensetzungen. Bei der Schichthärte, dem spezifischen Widerstand der Schichten, als auch bei der Beständigkeit im ungeschmierten Reib-/Gleitverschleiß existiert eine Abhängigkeit der Eigenschaften vom Cr2O3-Gehalt. Die erwarteten niedrigen spezifischen Widerstände auf der TiO2-reichen Seite wurden bestätigt. Als hochtemperaturstabile, elektrisch leitfähige keramische Schichten besitzen sie ein hohes Anwendungspotential. Die Vorteile der Schichten im ungeschmierten Reib-/Gleitverschleiß liegen bei Hochtemperaturanwendungen.
Zirkonium basierte Dünnschichten in hochbeanspruchten Wälzkontakten als Alternative zu DLC und ta-C
(2009)
Die Wälzbeständigkeit von Kohlenstoffdünnschichten (DLC. Diamond Like Carbon) ist im Lauf den letzten Jahren wesentlich verbessert worden. Gleichwohl sind weitere Leistungssteigerungen nötig besonders bezüglich der Temperaturbeständigkeit und der prozessbedingten Oberflächenrauheit der abgeschiedenen Schichten. Dieser Beitrag stellt ein neuartiges Schicht-Substrat-System vor. Dieses ist mit unlängst entwickelten DLC-Dünnschichten unter geschmierter Wälzbeanspruchung in einem Benchmark verglichen worden. Eine der zirkonium-basierten Dünnschichten erweist sich als wälzbeanspruchbar und -beständig unter hohen anfänglichen Hertzsche Pressungen bis POmax = 3.500 MPa und offenbarte in einem Erstbefüllungsmotoröl bei 120°C auch geringe Misch-/Grenzreibungszahlen. Als Vergleich erreichen die DLC Schichten 10 Millionen Zyklen bei RT bis maximalen Hertzsche Pressungen von Pomax = 2.940 MPa. Einige DLC-Schichten erzielen diese hohe Belastbarkeit auch bei 120°C. Die Zr-basierten Dünnschichten erfordern keine darauf angepassten Schmierstoffformulierungen. Diese nanostrukturierten Dünnschichten beruhen auf einer Architektur und einem Prozess, die sich zusammen für die Großserie eignen.