Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005

M43: Tribologische UntersuchungenWechselbeanspruchungen charakterisiert. Dertribochemische Verschleiß wird durch schädlichechemische Reaktionen in den Kontaktstellen unterdem Einfluss des Umgebungsmediums und dermechanischen Kontaktmechanismen verursacht(z.B. Tribooxidation).Die Methodik tribologischer Untersuchungen erforderteine exakte Analyse der im Anwendungsfall(z.B. Getriebe) auf die Werkstoffpaarung einwirkendenUmgebungsbedingungen (material /energyinput) sowie der auftretenden Phänomene(material /energy output), welche im Anschluss denAufbau eines tribologischen Modellsystems zulassen(s. Abb. 1). Basierend auf diesem Modellsystemkann in der Folge eine Optimierung von Reibungund Verschleiß erfolgen. Derartige Optimierungenerfolgen in verschiedensten Versuchsanordnungen,von welchen lineare oder kreisförmige Bewegungenvon Prüfkörpern auf der zu prüfenden Oberfläche(sog. „Pin-on-Plate“- oder „Pin-on-Disc“-Tests)am häufigsten zu finden sind. Durch Auswahlder Belastungskraft, der Relativgeschwindigkeit,der Kontaktfläche bzw. Kontaktgeometrie sowieder Prüftemperatur und der Prüfatmosphäre lassensich durch diese Versuche unterschiedlicheWerkstoffpaarungen sowie der Einfluss von Zwischenmedien(z.B. Schmiermitteln) vergleichendcharakterisieren.Während das Reibverhalten (Reibzahlen) relativeinfach durch die auftretende Reibkraft messbarist, erfordert die Ermittlung des Verschleißes (Verschleißvolumens)und der Verschleißvorgänge diemikroskopische und topographische Analyse derOberfläche durch z.B. Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopieoder Profilometrie. Zur besserenVergleichbarkeit wird das Verschleißvolumeni.A. bezogen auf die Belastungskraft und den Prüfwegals Verschleißrate dargestellt.Abbildung 2:Ergebnis tribologischer Vergleichsuntersuchungen– Reibzahlen undVerschleißraten – an verschiedenenVerschleißschutzbeschichtungen,welche mittels des Pulsed-Laser-Deposition-Beschichtungsverfahrenshergestelltwurden (25°C, 50 – 55% relativeLuftfeuchtigkeit, 10 N Belastungskraft,~2 GPa Hertz’sche Flächenpressung,10 m /s Geschwindigkeit) [1].Als Beispiel für tribologische Untersuchungenkann der Vergleich von verschiedenen Verschleißschutzbeschichtungen,welche mittels der PulsedLaser Deposition (PLD) bei Raumtemperatur abgeschiedenenwurden, in Abb. 2 gezeigt werden:Die Übersicht zeigt, dass mittels industrieller PLD-Großflächenbeschichtung bei Raumtemperatur dieStandardschichtwerkstoffe wie Titannitrid (TiN),Titanoxid (TiO 2 ), Titanaluminiumnitrid (TiAlN) undChromnitrid (CrN) durch relativ hohe Reibzahlencharakterisiert sind. Diese sind etwa gleich jenenvon unbeschichteten Stahl-Stahl-Paarungen, jedochwird durch die Beschichtungen um mehrere110Handbuch der Nanoanalytik Steiermark 2005