| Titel | Optimierung von wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschichten (a-C:H) für mediengeschmierte Wälzlager in korrosiven Umgebungsmedien Optimization of hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) for media lubricated bearings in corrosive environments |
| Autor | Helge Decho, Andreas Mehner, Joanna Procelewska, Alan Frank, Hans-Werner Zoch |
| Infos zum Autor | Helge Dechoa, Dr.-Ing. Andreas Mehnera, Dr. Joanna Procelewskab, Alan Frankb, Prof. Dr.-Ing. Hans-Werner Zocha a Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT), Badgasteiner Str. 3, 28359 Bremen, Germany b Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Industriestraße 1-3, 91074 Herzogenaurach, Germany |
| Inhalt | Zusammenfassung Aufgrund ihrer hervorragenden tribologischen Eigenschaften werden wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H) häufig für die Steigerung der Energieeffizienz in trockenen und geschmierten Anwendungen eingesetzt. In korrosiven Umgebungsmedien ist ihr Einsatz trotz der sehr hohen chemischen Stabilität dagegen i.d.R. auf nichtrostende Substratmaterialien begrenzt. Schichtdefekte ermöglichen einen direkten Kontakt des Umgebungsmediums mit dem Substrat und führen so zu einer galvanischen Korrosion. In dieser Studie wird der Einfluss des elektrischen Widerstands auf die Korrosionsbeständigkeit von a-C:H beschichteten Substraten aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6 (1.3505) untersucht. Die a-C:H-Schichten wurden über gepulstes DC Magnetronsputtern abgeschieden. Zur Steigerung der Haftfestigkeit wurde eine chrombasierte Zwischenschicht verwendet. Die Schichteigenschaften wurden mit optischer Glimmentladungsspektroskopie (GDOES), Raman-Spektroskopie, Messungen des elektrischen Widerstands, instrumentierten Eindringprüfungen, Rockwell-Eindringprüfungen und neutralen Salzsprühnebeltests (NSS) charakterisiert. Durch gezielte Variation der Biasspannung und des Acetylendurchflusses konnte der Wasserstoffgehalt und damit der elektrische Wider¬stand der a-C:H-Schichten gesteigert werden. Die Korrosionsbeständigkeit der a-C:H beschichteten 100Cr6-Substrate wurde mit steigendem elektrischen Widerstand erheblich verbessert. Im Weiteren wurden die tribolo¬gischen Eigenschaften von ausgesuchten Schichtsystemen durch Kugel-Scheibe-Versuche und Lagerprüfstandsversuche für eine Medienschmierung in künstlichem Meerwasser ermittelt. Für diese Untersuchungen wurden Nickel-Phosphor beschichtete (NiP) 100Cr6-Substrate und Wälzlagerringe aus Cronidur 30 (1.4108) verwendet. Die Werkstoffsysteme wiesen einen mit konventionellen Schmierstoffen vergleichbaren Reibungskoeffizienten, eine sehr hohe Verschleißbeständigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine sehr gute Überrollungsbeständigkeit auf. Abstract Hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) films are frequently used to enhance the energy efficiency of machine elements under dry and lubricated conditions because of their superior tribological properties. Despite their excellent chemical stability the use of a-C:H films for components in corrosive environments is still limited to corrosion-resistant substrate materials. The corrosion protection properties are often diminished by film defects which can induce galvanic corrosion of the steel substrate. In this work, the influence of the electrical resistivity on the corrosion resistance of a-C:H coated 100Cr6 (1.3505) bearing steel substrates was studied. The films were deposited by pulsed DC magnetron sputtering. A chromium based interlayer was used for optimization of the adhesion. The films were characterized by glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES), Raman spectroscopy, measurements of electrical the resistivity, instrumented indentation testing, rockwell indentation tests and neutral salt spray tests. In the experiments, the bias voltage and acetylene gas flow were systematically changed in order to increase the hydrogen content and thus the electrical resistivity of the a-C:H films. With increasing electrical resistivity the corrosion resistance of the a C:H coated 100Cr6 steel substrates were significantly enhanced. Subsequently, the tribological properties of selected film systems were investigated by ball-on-disk tests and bearing rig tests under media lubricated conditions in artificial sea water. For this purpose, the film systems were deposited on nickel-phosphorus (NiP) coated 100Cr6 substrates and Cronidur 30 (1.4108) bearing rings. The material systems showed a coefficient of friction in the range of conventional lubricants, high wear resistance, high corrosion resistance and high fatigue life. |
| Datum | 2017 |
