Tribologische Eigenschaften dünner Hartstoffschichten auf maßgeschneiderten Substraten

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit neuartigen beschichteten Oberflächen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß im trockenen Reibkontakt. Das zugrunde liegende Konzept ist die Veränderung von Topographie und/oder Zusammensetzung der Schichtoberfläche zur Maßschneiderung optimierter Reib- und Verschleißeigenschaften. Die Realisierung wird durch Modifikation im Rahmen der eingesetzten vakuumbasierten Herstellungsverfahren durch Variation von Substrat, Targetmaterial und Prozessparameter umgesetzt. Durch geeignete Präparation der Oberflächen wird der Reibkoeffizient im trockenen Reibkontakt nennenswert reduziert und das Verschleißverhalten verbessert. Dabei wurden zwei Ansätze verfolgt. Die Oberflächentopographie von Stahlgrundkörpern wird durch zwei unterschiedliche Methoden verändert. Für die mechanische Strukturierung wurden Diamantstempel verschiedener Korngröße angefertigt. Dabei wurden auf Hartmetallstempeln aus WC-Co Mikrodiamanten durch eine elektrochemische Abscheidung in einer Kupfermatrix verankert. Alternativ wurden zusätzlich Oberflächen mittels Lasermaterialbearbeitung mit linieartigen Strukturen unter Variation der Linienorientierung auf den jeweiligen Oberflächen hergestellt. Anschließend an die Oberflächenmodifikation wurden die Oberflächenstrukturen mittels High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) mit stöchiometrischem MoN beschichtet. Neben der Strukturierung von Oberflächen wird die chemische Zusammensetzung der verschleißgeschützen Oberflächen verändert. Zunächst wird ein Additiv, in diesem Fall Silber, auf eine mechanisch mikrostrukturierte aufgebracht und durch gängige Präparationsmethoden erreicht, dass sich das Silber nur in den Mikroeindrücken befindet. Anschließend wurde diese modifizierte Oberfläche mit MoN beschichtet. Durch die Zugabe von Chrom und Silizium in eine TiAlN Beschichtung wird der Einfluss einer Änderung der Schichtzusammensetzung auf das Reib- und Verschleißverhalten in trockenen Reibkontakten studiert.