Tribological investigations of high-performance coatings for internal combustion engines used in motorvehicles

摘要

Die Zielsetzung dieser Untersuchungsreihe, besteht darin die tribologischen Eigenschaften von vier Hochleistungsschichten im Vergleich zu einem herkömmlichen Werkstoff zu ermitteln. Durch die Anwendung von Hochleistungsschichten soll die Lebensdauer bestimmter Motorkomponenten erhöht werden. Um den Vorteil der Hochleistungsschichten herauszustellen, wurde ein direkter Vergleich zwischen dem herkömmlichen Werkstoff (benannt Referenz-Material) und dem Hochleistungswerkstoff erstellt. Das Referenz-Material, sowohl auch vier weitere Arten von Hochleistungsschichten, wurden vom Hersteller zur Verfügung gestellt. Die Untersuchung ist in mehrere Etappen aufgeteilt. Während der ersten Untersuchungsphase, wurde eine optische Begutachtung der Oberfläche für alle Werkstoffe durchgeführt. Dabei wurde ein Rasterelektronmikroskop (REM) eingesetzt. Weiterhin, sind unter der Verwendung eines Härtemessgeräts und Rauheitsmesser, die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffoberfläche erfasst worden. Während der dritten Phase wurden die Reibeigenschaften der Werkstoffe auf einem Rotationstribo-meter untersucht. Dabei wurden zwei Schmierungsarten benutzt. Um die Reibeigenschaften der Hochleistungsschichten bei einer oszillierenden Beanspruchung erfassen zu können, wurde in der letzten Untersuchungsphase ein Oszillationstribometer eingesetzt. Die Hochleistungsschicht mit den geeignetsten Eigenschaften wurde damit festgelegt, sowie dessen Vorteil über einen herkömmlichen Werkstoff wurde gezeigt.%The goal of this study is to investigate the tribological properties of a high-performance coating, intended to be used for internal combustion engine components, in comparison to conventional materials. By applying the performance material, the manufacturer's objective is to extend the lifetime of the specific component of the engine. In order to highlight the benefits of using performance coatings, a direct comparison between the conventional material used in the engine (named reference material) and the performance material, was necessary. The manufacturer provided four different types of performance material, and the reference material. The study was structured in several investigation phases. First, all investigated materials underwent an optical investigation of the surface, by using a scanning electron-microscope (SEM). In the second phase, the mechanical properties were determined, by using a roughness-meter and hardness tester. In the third phase, the friction properties of the materials were studied on a rotating tribometer, using two lubrication types. In the last phase, by replacing the rotating tribo-meter with an oscillating tribometer, the friction properties of the materials, in the case of boundary lubrication, were investigated. The final objective of this study was to determine the best performance material, among the four provided by the manufacturer and to quantify the benefits of using advanced materials in comparison to classic, conventional materials.