| Titel | Interaction of DLC- and MoN-based coatings and lubricants |
| Autor | Christian Scholz, Jürgen Becker, Astrid Gies, Florian Seibert, Timea Stelzig |
| Infos zum Autor | Dr. Jürgen Becker, Dr. Christian Scholz, Dr. Timea Stelzig Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH Am Ockenheimer Graben 41, 55411 Bingen, Deutschland Corresponding author: christian.scholz@oerlikon.com, Tel.: +49 (0) 6721 793 387 Dr. Astrid Gies, Florian Seibert Oerlikon Surface Solutions AG Iramali 18, 9496 Balzers, Liechtenstein |
| Inhalt | Zusammenfassung Diamond-like Carbon (DLC) Beschichtungen haben sich seit vielen Jahren in industriellen Anwendungen bewährt. Grund dafür ist ihr hervorragendes Potenzial, Reibung und Verschleiß zu minimieren. Auf Grund der aktuellen Rahmenbedingungen ist es für die Automobilindustrie zwingend notwendig geworden, die Effizienz von Verbrennungsmotoren signifikant zu verbessern. Hierbei ist Downsizing ein wesentliches Element; Downsizing führt bei einer Vielzahl von mechanischen Komponenten in Verbindung mit einer Steigerung der Leistungsdichte zu erhöhten Pressungen und Temperaturen in den Reibkontakten. Um solche hochbelasteten Komponenten vor Verschleiß zu schützen besteht die Möglichkeit tribologische Schichten wie DLC zu verwenden. Nichtsdestotrotz stehen Verschleißschutzschichten immer in Konkurrenz mit anderen Lösungsansätzen wie neuartigen Schmierstoffen und deren Additive oder anderen Oberflächenbehandlungen. In einer Vielzahl der Anwendungen funktionieren DLC Beschichtungen mit und auch ohne Schmierstoffe sehr gut. Allerdings zeigte sich in der Vergangenheit, dass manche Schmierstoffadditive nicht kompatibel mit DLC sind. Insbesondere zeigte MoDTC (Molybdän-Dithio-Carbamate), dass es zu einem beträchtlichen Verschleiß von DLC Schichten führen kann. Gegenwärtige Entwicklungsprojekte zielen auf eine Verbesserung der Schichtungseigenschaften, insbesondere deren Temperaturstabilität und Schmierstoffkompatibilität, im Vergleich zu DLC ab. Ein vielversprechender Kandidat dafür ist die Familie der Molybdännitrid-basierten (MoN) Beschichtungen. Der Reibwert in einem geschmierten System ist identisch zu DLC Schichten und die Verschleißbeständigkeit ist annähernd vergleichbar. Allerdings bietet die, Beschichtung eine hervorragende Schmierstoffkompatibilität, vergleichbar mit einer Stahloberfläche. Die vorliegende Arbeit betrachtet und vergleicht verschiedene Schichtvarianten unter tribologischer Beanspruchung mittels eines Schwingungs-Reibverschleiß Tribometers (SRV4®) mit ausgewählten Schmierstoffen, Additiven und Gegenkörpermaterialien. Vor allem MoN Beschichtungen zeigten eine hervorragende Wechselwirkung mit MoDTC und anderen Schmierstoffadditiven und können daher als geeignete Alternative genutzt werden, wenn DLC Beschichtungen auf Grund von zu hohen Betriebstemperaturen oder speziellen Additiven nicht geeignet sind. Abstract Diamond-like Carbon (DLC) coatings are well established since many years in the automotive industry to solve wear problems of highly loaded components due to their outstanding properties in terms of low friction under various conditions and high wear resistance. Following the current framework conditions the automotive industry is forced to improve the efficiency of combustion engines. One element is the so-called downsizing with increased power densities and therefore higher local contact pressures and temperatures of rolling or sliding contacts. In order to prevent such highly loaded components from wear, one solution is to apply tribological coatings such as DLC. However, the friction and wear reduction properties of DLC are in competition with other solutions like new developments in the field of oils and oil additives. In most of the cases, DLC coatings work properly with or without lubrication. However, some of the currently used oil additives show poor compatibility with DLC. In particular the friction modifier MoDTC was shown to cause severe wear of DLC coatings. Current development projects strive for improved properties compared to DLC, especially in terms of temperature stability. One promising candidate is the family of molybdenum-nitride based coatings (MoN). The coefficient of friction in a lubricated system is similar to DLC and the wear resistance is at least comparable. In addition, MoN behaves similar to steel surfaces when it comes to the interaction with oil additives. In the investigations presented here, different coating materials were submitted to reciprocating sliding wear tests with different oils and additives. In particular MoN coatings show a very good compatibility with MoDTC and other oil additives and should be considered as an alternative whenever DLC is not working properly due to too high temperatures or due to the presence of particular oil additives. |
| Datum | 2017 |
