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The influence of temperature and counterbody material on the tribological properties of a-C:H
coatings deposited on Cronidur 30 steel has been investigated in a lubricated ball on disk
contact situation with alpha-alumina and silicon nitride as counterbodies. The results show, that the wear volumes of the systems increase exponentially with increasing temperature, for alpha-alumina more than for silicon nitride. Two different wear mechanisms seem to have a
major influence: First, the abrasive action due to materials hardness and second, the tribo-oxidation when silicon nitride is counter material.
Untersucht wurden Verschleißpartikel als elektronentransparente Proben auf dünnen Trägerfolien mit einem hochauflösendem Rasterelektronenmikroskop und energiedispersiver Röntgenspektrometrie im Transmissionsmodus.
Die hohe laterale Auflösung dieser modernen Methoden ermöglicht eine morphologische Charakterisierung der Verschleißpartikel bis in den nm-Bereich. Die hochauflösende Elementanalyse erlaubt eine Interpretation der Zusammensetzung und damit Rückschlüsse auf die Verschleißpartikelbildung. Die tribologischen Untersuchungen sind an einem Modell-Verschleißtribometer nach DIN 51834-2 geschmiert, aber ohne Ölkreislauf, durchgeführt worden. Die Präparation der Verschleißpartikel über eine Entnahme und Übertragung einer geringen Schmierstoffmenge mit einer Mikropipette auf eine TEM-Trägerfolie ist mit einem geringen Aufwand möglich. Der präparative Aufwand ist relativ gering. Das benötigte Schmierstoffvolumen beträgt wenige Mikroliter (0,001 ml).
Die Untersuchung zeigt die geringe geometrische Größe der Verschleißpartikel und bestätigt indirekt die These der Reaktionsschichtbildung mit einer geringen Schichtdicke, die ständig verschleißt und sich stetig neu bildet. Die beschriebenen Verschleißprozesse sind in der Modell-Verschleiß-Prüfung mit sehr hohen Pressungen am Versuchsbeginn nachweisbar.
Laser-induced periodic surface structures (LIPSS) were generated on two types of steel (100Cr6, X30CrMoN15-1) and two types of titanium (Ti, Ti6A14V) surfaces upon irradiation with multiple linear polarized femtosecond laser pulses in air environment (pulse duration 30 fs, central wavelength 790 nm, pulse repetition rate 1 kHz, Gaussian beam shape). Teh conditions (laser fluence, spatial spot overlap) were optimized in a sample-scanning geometry for the processing of large surface areas covered homogeneously by two different types of LIPSS - either near wavelength or sub-100 nm structures. The tribological performance of the nanostructured surfaces was characterized under reciprocating sliding at 1 Hz against a ball of hardened steel using different lubricants and normal forces. After 1000 cycles the corresponding wear tracks were characterized by optical and scanning electron microscopy. For specific conditions, the wear was strongly reduced and laser-generated nanostructures endured the tribological treatment. Simultaneously, a significant reduction of the friction coefficient was observed in the laser-irradiated LIPSS-covered areas, indicating the benefit of laser surface structuring for tribological applications. The spatially Gaussian shaped beam used for the laser processing was transformed via beam shaping into a top hat distribution at the surface of the samples for optimization. The tribological performance of the laser-induced nanostructures is discussed on the basis of different physical and chemical mechanisms.