| Titel | Reduction of elastomeric friction in lubricated contact using plasmapolymeric coatings |
| Autor | Dominik Paulkowski, Klaus Vissing |
| Infos zum Autor | Dr. Dominik Paulkowski, Dr.-Ing. Klaus Vissing Fraunhofer IFAM, Wiener Str. 12, 28359 Bremen |
| Inhalt | Zusammenfassung Zur Reduktion von Reibung und Verschleiß von Elastomeren eignen sich plasmapolymere Beschichtungen (SiOxCyHz) besonders, da ihre Eigenschaften und ihre Zusammensetzung durch den Beschichtungsprozess bei der plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung verändert werden können. Insbesondere das O2/HMDSO Gasmischungsverhältnis sowie die verwendete Leistung ermöglichen weitreichende Einstellmöglichkeiten. Es wurden plasmapolymere Beschichtungen auf drei unterschiedlichen Elastomertypen abgeschieden, um die Mechanismen des Gesamtsystems Schmierung, Beschichtung und elastomeres Substrat zu untersuchen. Die untersuchten Substrattypen waren Acrylatkautschuk (ACM), Fluorkautschuk (FKM) sowie Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR). Die betrachteten beschichteten und unbeschichteten Elastomere wurden als flaches Plattenmaterial mit einer Variation an Schmierstoffen getestet. Die Reibung der Elastomere wurde mithilfe eines Universal Material Tester (UMT3) Systems in oszillierender Pin-on-Plate Kontaktgeometrie untersucht. Die tribologischen Tests wurden unter Umgebungsbedingungen mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/s und einem Hub von 11 mm durchgeführt. Die genutzten Normalkräfte von 10,6 N sowie 31,9 N repräsentieren eine initiale Flächenpressung von 0,5 MPa bzw. 1,5 MPa. Als Ergebnis wurde ermittelt, dass der Reibungskoeffizient einer einzelnen plasmapolymeren Schichtvariante bei einer Variation der Schmierstoffe im ölgeschmierten Kontakt um 55 % von 0,40 auf 0,18 und im fettgeschmierten Kontakt um 71 % von 0,80 auf 0,23 gesenkt werden konnte. Bei einer nicht überragenden Ölschmiervariante wurde die plasmapolymere Schicht variiert und der Reibungskoeffizient in diesem ölgeschmierten Kontakt um 43 % von 0,14 auf 0,08 reduziert. Es stellte sich heraus, dass abhängig von der Zusammensetzung der plasmapolymeren Beschichtung sowie dem Materialverhalten der elastomeren Substrate eine geringste Schmierreibung für das Gesamtsystem eingestellt werden konnte. Abstract The composition of plasmapolymeric coatings (SiOx) using O2/HMDSO gas mixtures in a plasma enhanced chemical vapour deposition (PECVD) process can be widely tailored varying the mixing ratio of the process gases as well as the applied power in the deposition process. Plasmapolymeric coatings were applied on three different types of elastomers to investigate in the mechanisms of lubrication, coating as well as elastomeric substrate. The investigated substrate types were acrylic rubber (ACM), fluoric rubber (FKM), and nitrile rubber (NBR). The studied coated and uncoated elastomers were tested as flat plates with a variation of lubricants. The friction of elastomers was investigated using an Universal Material Tester (UMT3) system with oscillating Pin-on-plate contact geometry. The tribological tests were done under ambient conditions with a velocity of 200 mm/s and a stroke length of 11 mm. The used normal forces of 10.6 N as well as 31.9 N represent an initial contact pressure of 0.5 MPa and 1.5 MPa, respectively. It was found that the coefficient of friction µ could be reduced by 55 % from 0.40 to 0.18 at oil lubrication and 71 % from 0.80 to 0.23 at grease lubrication using a fixed plasmapolymeric variant. At a variation of plasmapolymeric coating using a not outstanding oil lubricant revealed the coefficient of friction µ could be reduced by 43 % from 0.14 to 0.08 at oil lubricated contact. Depending on the composition of the plasmapolymeric coating as well as the material behavior of the elastomeric substrates the lowest lubricated friction can be tailored for the entire interaction system. |
| Datum | 2012 |
