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- ta-C (5) (entfernen)
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.
Wälzbeständigkeit von ta-C Dünnschichten unter hohen Hertzschen Beanspruchungen bis zu 3000 MPa
(2010)
The slip-rolling resistances of hard and stiff thin films under high Hertzian contact pressures can be improved by optimizing the 'coating/substrate systems'. It is known from former investigations that the so-called 'egg-shell' effect is no general hindrance for high slip-rolling resistance of thin hard coatings. The coating stability depends more on specific deposition process and coating/substrate interface design. In this article it is experimentally shown, that pure amorphous carbon thin films with hardness between 15 and 63 GPa can be slip-rolling resistant several million load cycles under a maximum Hertzian contact pressures of up to 3.0 GPa. Whereas all coatings were stable up to 10 million load cycles in paraffin oil at room temperature, reduced coating lifetime was found in SAE 0W-30 engine oil at 120°C. It was shown how the coating hardness and the initial coating surface roughness influence the running-in process and coating lifetime. No clear correlation between coating hardness and coating lifetime could be observed, but friction coefficients seem to be reduced with higher coating hardness. Very low friction down to ~0.03 in unmodified engine oils was found for the hardest ta-C film.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Die Wälzbeständigkeit von harten und steifen Dünnschichten unter hohen Hertzschen Kontaktpressungen kann durch die Optimierung des 'Beschichtung/Substrat Systems' deutlich verbessert werden. Aus vorangegangenen Untersuchungen ist bekannt, dass der so genannte 'Eierschaleneffekt' kein generelles Hindernis für eine hohe Wälzbeständigkeit für harte Dünnschichten darstellen muss. Die Stabilität der Beschichtungen hängt vielmehr von dem spezifischen Prozessparametern und dem Schicht/Substrat Grenzflächendesign ab. In diesem Artikel wird experimentell nachgewiesen, dass reine amorphe Kohlenstoffdünnschichten mit Härtewerten zwischen 15 und 63 GPa für mehrere Millionen Lastzyklen unter maximalen Hertzschen Kontaktpressungen bis 3.0 GPa überrollbeständig sein können. Während alle Beschichtungen bis 10 Millionen Lastzyklen in Paraffinöl bei Raumtemperatur keine Defekte aufweisen wurde unter Verwendung eines SAE 0W-30 Motorenöls bei 120°C eine Verringerung der Überrollbeständigkeit nachgewiesen. Es wurde nachgewiesen, wie die Schichthärte und ursprüngliche Oberflächenrauheit der Beschichtung den Einlaufprozess und die Lebensdauer beeinflussen. Es konnte keine offensichtliche Korrelation zwischen Schichthärte und Lebensdauer festgestellt werden, allerdings wurde eine scheinbare Reduktion des Reibwertes mit steigender Schichthärte beobachtet werden. Dabei zeigte die härteste ta-C Schicht unter Verwendung des Motorenöls sehr geringe Reibwerte mit ~0.03.