Untersuchung des Benetzungsverhaltens von Schmierstoffen auf PVD-beschichteten Oberflachen und dessen Einfluss auf tribologische Eigenschaften

摘要

Der Einsatz von auf den Anwendungsfall angepassten, hochwertigen PVD-Beschichtungen (Physical Vapor Deposition) auf Maschinenelementen fur die Steigerung der tribologischen Leistungsfahigkeit bzw. Ausdauer nimmt stetig zu, Insbesondere im Mischreibungszustand, wie z.B. in Walzlagern oder Getrieben, sind tribologische Elemente hohen Verschleissbelastungen ausgesetzt. Reibelemente in Tribosystemen konnen durch Additivierung des Schmierstoffs mit EP- (Extreme Pressure) und/oder AW-(Anti-Wear) Additiven oder durch Modifikation der Oberflachen mit PVD-Beschichtungen gegen den Verschleiss im Mischreibungsgebiet deutlich geschutzt werden. Die Additive reagieren bei Festkorperkontakt und bilden auf den unbeschichteten Kontaktkorpern durch eine chemische Reaktion eine oberflachenschutzende Triboschicht. Diese Schutzschicht trennt die Kontaktpartner und vermindert so deren Verschleiss. Die Wechselwirkung zwischen Additiven und beschichteten Bauteilen unterscheidet sich von denen mit unbeschichteten Bauteilen. Die auf metallischen Oberflachen bekannten chemischen Reaktionen finden auf den PVD-beschichteten nicht statt. Auf solchen Oberflachen ist die physikalische Wechselwirkung fur die Benetzbarkeit verantwortlich. Die Additive konnen jedoch die physikalische Wechselwirkung zwischen Schmierstoff und PVD-beschichteten Oberflachen beeinflussen. In diesem Paper wurden die Wechselwirkungen zwischen additiviertem (ZDDP, S-P) und unadditiviertem Mineralol (FVA 2), PG (Polyglycol) und PAO (Poly-Alpha-Olefin) und einer kohlenstoffbasierten PVD-Schicht (gradiertes Zirkoniumkarbid ZrC{sub}g), sowie einer chrombasierten PVD-Schicht (Chromaluminiumnitrid CrAlN) untersucht. Die Oberflachenenergie der additivierten und unadditivierten Schmierstoffe und der PVD-beschichteten Oberflachen wurde mittels Kontaktwinkelmessung ermittelt. Die Spreitungskoeffizienten, die Aussagen uber die Benetzbarkeit liefern, wurden fur jede einzelne Schmierstoff-/Additiv-/PVD-Beschichtungskombination berechnet. Das tribologische Verhalten zwischen beschichteten Oberflachen und vier ausgewahlten Schmierstoffen wurde im Ball-On-Disc Tribometer untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die berechneten Spreitungskoeffizienten eine direkte Korrelation mit den Reibwerten ergeben.