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Keramische Werkstoffe haben auf Grund ihrer herausragenden tribologischen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Produktion Anwendung gefunden und dadurch klassische Werkstoffe verdrängt. Gegenüber Matallen bieten sie bei Mangelschmierung sowohl unter Gleit- als auch grundsätzlich unter Wälz-beanspruchung Schutz vor adhäsivem Versagen. Hohe Herstellungskosten, bedingt bei der Endbearbeitung von Konturen mit verschiedenen und veränderlichen Radien, behindern die breite Marktdurchdringung. Mit der Modellverschleißprüfung - angelehnt an die DIN 50 324 - kann der bearbeitungsbedingte Einfluss auf das tribologische Verhalten unter Wälzreibung untersucht werden.
Englische Übersetzung von BAM Forschungsbericht 237! Keramische Werkstoffe haben auf Grund ihrer herausragenden tribologischen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Produktion Anwendung gefunden und dadurch klassische Werkstoffe verdrängt. Gegenüber Metallen bieten sie bei Mangelschmierung sowohl unter Gleit- als auch grundsätzlich unter Wälzbeanspruchung Schutz vor adhäsivem Versagen. Hohe Herstellungskosten, bedingt bei der Endbearbeitung von Konturen mit verschiedenen und veränderlichen Radien, behindern die breite Marktdurchdringung. Mit der Modellverschleißprüfung - angelehnt an die DIN 50 324 - kann der bearbeitungsbedingte Einfluss auf das tribologische Verhalten unter Wälzreibung untersucht werden.
The use of alternative oils for the lubrication of automobile engines has a potential of ecological and technical advantages. It requires the detailed knowledge of several thermophysical and viscometric properties in a large temperature range (mapping). Therefore, the following properties of up to twenty-eight different oils have been measured in the temperature range from 22 °C to 150 °C: density, heat capacity, thermal conductivity, viscosity at ambient pressure, viscosity under shear rates above 10 6 s-1, and the viscosity at elevated pressures (maximum 100 MPa). The last two have been measured with a substantially improved and a newly developed apparatus, respectively. The pressure- viscosity coefficient has been measured on four hydrocarbon-based, factory-fill oils, a paraffin oil and twenty-three alternative oils. Nine of the alternative oils are based partly or completely on esters, the other fourteen on polyglycols, two of them additionally on water.
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)
Einfluss der Topographie von DLC-Schichten auf deren Verhalten unter geschmierter Wälzbeanspruchung
(2004)
Das ungeschmierte tribologische Verhalten von verschiedenen Stoichiometrien und mit unterschiedlichen Verfahren hergestellten Schichten und Werkstoffen im System Ti-O wird vorgestellt. Der Phasenreichtum geht einher mit dem gleichen Erscheinungsreichtum im tribologischen Verhalten. Obwohl aus den Stoffeigenschaften kaum erkennbar, offenbart das System Ti-O eine phasenweise herausragende Verschleißbeständigkeit, allerdings wurden Reibungszahlen von 0,2 kaum unterschritten.
By means of an analysis of future trends in engine oil specifications with the associated consequences for the functional properties performed by base oils and individual additives, the need and potential application of alternative fluids and triboactive materials or lubricious oxides will be displayed. Oxidation resistance and low volatility represent key elements to assure long drains or lifetime lubrication in order to minimize or avoid manual or automatic top-ups. The intrinsic properties of base oils and the additive package define the oxidation resistance and related oxidative volatility. The overall engine oil consumption is also related to design (clearances, thermal stability of geometries, seals,...) and bore surface finishing and are not regarded here. Lubricious oxides or triboactive materials and/or polar base oils substitute the EP and AW properties realized by the additives, thus enabling long drains and responding to "eco-tox" or "bio-no-tox" requirements as well as restrictions from the "chemical box".
Unlubricated tracked chains were realized using soft solid bonded films for the inner wear of the tribosystem of bushing/pin and monolithic ceramic bushings for the outer wear of the tribosystem bushing/sprocket. Both novel approaches were tested on D6 22-to. dozers. Selected solid bonded films and specific monolithic ceramics, offer a potential for simplifying the design, reducing weight and designing a dry-running longlife chain. These results can be further transferred to high-speed running gears or belt drives.
Tribologisches Verhalten
(2004)
In situ Acoustic Emission for wear life detection of DLC coatings during slip-rolling friction
(2006)
Different diamond-like carbon (DLC) coatings on a steel substrate (100Cr6) were tested under slip-rolling friction conditions against uncoated counter bodies of the same steel. The initial maximum Hertzian pressure was varied in a range of P0 = 1.52.3 GPa. The friction tests were carried out under dry conditions and with an unadditivated paraffin oil as lubricant. It could be shown that the thickness of the coatings affects the respective wear life. Further, a very important factor for the wear life of a coating under lubricated slip-rolling conditions is the roughness of the surface of the respective counterbody. The wear life tests were monitored by recording in situ the Acoustic Emission (AE) signals. Some causes for a high AE activity could be identified.
Thermally sprayed TiO2-x coatings under mixed lubrication and unlubricated sliding conditions
(2004)
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.
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).
Darstellung der Anwendungen und Zukunftsperspektiven keramischer Werkstoffe zur Reibungs- und Verschleißminderung und Beschreibung der Beweggründe für den Einsatz von Keramik im High-Tech-Bereich sowie deren Wandel mit fortschreitendem Entwicklungsstand. Anschließend folgen Arbeiten, die sich mit der Reaktion keramischer Oberflächen auf statische und tribologische Gleitbeanspruchungen befassen.