Design verschleißreduzierender amorpher Kohlenstoffschichtsysteme für trockene tribologische Gleitkontakte

Design of wear-reducing amorphous carbon thin coating systems for dry tribological sliding contacts

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-199261
  • Amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H) finden riesiges Potenzial im Einsatz für trockene Kontaktbedingungen. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, das Design einer industrieüblichen a-C:H-Schicht auf Werkzeugstahl zu modifizieren, um die Verschleißbeständigkeit im trockenen Gleitkontakt zu erhöhen. Der Hintergrund für die vorliegenden Untersuchungen liegt darin, dass ein schmierstofffreier Blechumformprozess durch werkzeugseitiges Beschichten realisiert werden kann. Untersucht bezüglich des Schichtdesigns werden vor allem Haftschicht, Schichtdicke und Abscheidegasatmosphäre. Auf ihren Einflüssen auf die tribologisch relevante Schichtcharakteristik im Vergleich zu dem a-C:H-ReferenzschichtsystemAmorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H) finden riesiges Potenzial im Einsatz für trockene Kontaktbedingungen. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, das Design einer industrieüblichen a-C:H-Schicht auf Werkzeugstahl zu modifizieren, um die Verschleißbeständigkeit im trockenen Gleitkontakt zu erhöhen. Der Hintergrund für die vorliegenden Untersuchungen liegt darin, dass ein schmierstofffreier Blechumformprozess durch werkzeugseitiges Beschichten realisiert werden kann. Untersucht bezüglich des Schichtdesigns werden vor allem Haftschicht, Schichtdicke und Abscheidegasatmosphäre. Auf ihren Einflüssen auf die tribologisch relevante Schichtcharakteristik im Vergleich zu dem a-C:H-Referenzschichtsystem liegen die Schwerpunkte. Nach den tribologischen Evaluationen werden die Verschleißspuren mit dem Rasterelektronenmikroskop untersucht und die Verschleißmechanismen der Schichtsysteme werden dabei identifiziert. Schließlich werden die Einflüsse aller untersuchten Faktoren im Schichtdesign auf die Verschleißbeständigkeit unter schmierstofffreien Bedingungen zusammengestellt und ein Prozessfenster daraus abgeleitet.show moreshow less
  • The hydrogenated amorphous carbon coatings (a-C:H) have huge potential for tribological applications under lubricated as well as dry contact conditions. The a-C:H thin coatings are well known for their unique chemical structure, which is composed of diamond-like and graphite-like carbon bonds. Therefore, the coatings have high hardness with lubrication effect. The aim of this present work is to modify the design of a reference a-C:H coating system on tool steel, in order to increase the wear resistance under dry sliding conditions. The background for the present investigations is to realize a lubricant-free sheet metal forming process by tool-sided surface modification. The modified factorsThe hydrogenated amorphous carbon coatings (a-C:H) have huge potential for tribological applications under lubricated as well as dry contact conditions. The a-C:H thin coatings are well known for their unique chemical structure, which is composed of diamond-like and graphite-like carbon bonds. Therefore, the coatings have high hardness with lubrication effect. The aim of this present work is to modify the design of a reference a-C:H coating system on tool steel, in order to increase the wear resistance under dry sliding conditions. The background for the present investigations is to realize a lubricant-free sheet metal forming process by tool-sided surface modification. The modified factors in regard to coating design were the adhesive layer, the coating thickness and deposition gas atmosphere. The main emphasis was on their influences on the tribological characteristics compared to the reference a-C:H coating system. The wear resistance of the modified coating systems was analyzed by a modified scratch tester in sliding contact with regard to the load force and number of cycles. After the tribological evaluations, the wear traces were studied using scanning electron microscope and the wear mechanisms of the coating systems were identified. Finally, the influences of all the above-mentioned factors on the wear resistance under lubricant-free conditions were identified, and a process window was derived from the results.show moreshow less

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Metadaten
Author:Rong ZhaoORCiD
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-199261
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-558-2
ISBN:978-3-96147-558-2
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (400)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Tino Hausotte, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Sandro Wartzack, Marion Merklein
Advisor:Sandro Wartzack
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2022
Date of online publication (Embargo Date):2022/07/31
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2022/03/11
Release Date:2022/08/01
Tag:PACVD; adhesive wear; amorphous carbon; arc evaporation; dry forming; sputter; thin film
SWD-Keyword:Sputtern; Vakuumlichtbogen; Diamantähnlicher Kohlenstoff; Adhäsiver Verschleiß; Trockenumformen; Eigenspannung; Schichtdicke; Raman-Spektroskopie; Chemische Bindung; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:x, 148 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-557-5
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 546 Anorganische Chemie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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