Verschleiß- und feuchteresistente MoS2- Festschmierstoffschichten für den Gleit- und Wälzkontakt
Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit wendet sich an Ingenieure und Wissenschaftler, die sich mit der Entwicklung trockenlaufender Tribosysteme unter extremen und wechselnden Umgebungsbedingungen befassen. Angetrieben durch das Ziel ein leistungsstarkes, vakuumfähiges und zugleich feuchteresistentes Dünnschichtsystem bereitzustellen, befasst sich die Arbeit mit der inneren Beschaffenheit von Molybdändisulfid-(MoS2) Schichten, welche als Bindeglied zwischen dem Herstellungsprozess und den gewünschten Schichteigenschaften systematisch untersucht und weiterentwickelt wurde. Eine ausführliche Werkstoffcharakterisierung verschiedener Schichtmodifikationen sowie deren tribologische Validierung in der realen Anwendung von Axial Rillenkugellagern dienen dazu, Aufbau und Verhalten von MoS2-Schichtsystemen besser nachvollziehen und beurteilen zu können. Darüber hinaus können die experimentell gewonnenen Erkenntnisse in Verbindung mit der erarbeiteten Simulation des Zerstäubungs- und Transportprozesses...
Schlagworte
- I–XVIII
- 1–8 1 Einleitung 1–8
- 1.1 Motivation
- 1.2 Defizite in der aktuellen Forschung, abgeleiteter Handlungsbedarf und Lösungsweg
- 1.3 Vorüberlegungen zur methodischen Schichtentwicklung
- 9–18 2 Grundlagen der Tribologie 9–18
- 2.1 Das tribologische System
- 2.2 Tribologische Mess- und Prüftechnik
- 2.3 Kontaktkinematik und -beanspruchung
- 2.4 Reibung
- 2.5 Verschleiß
- 2.6 Zusammenhang von Reibung und Verschleiß
- 19–22 3 Feststoffgeschmierte Wälzlagerungen 19–22
- 3.1 Gebrauchsdauerberechnung
- 3.2 Beanspruchung und Kinematik im Axial-Rillenkugellager
- 23–31 4 Dünne tribologische Schichten 23–31
- 4.1 Schichtstruktur
- 4.2 Verschleiß dünner Schichten
- 4.2.1 Verschleißbildung durch Ausbreitung von Mikrorissen
- 4.2.2 Beanspruchung eines Schicht-Substrat-Systems
- 4.2.3 Beanspruchbarkeit eines Schicht-Substrat-Systems
- 32–46 5 PVD-Technik 32–46
- 5.1 Kathodenzerstäuben (Sputtern)
- 5.2 Lichtbogenverdampfen
- 5.3 Schichtbildung und -struktur
- 5.3.1 Keimbildung und -wachstum
- 5.3.2 Koaleszenz von Inseln
- 5.3.3 Kontinuierliches Schichtwachstum
- 5.3.4 Ausbildung kristallographischer Vorzugsorientierungen
- 5.3.5 Entstehung von Eigenspannungen
- 47–63 6 Molybdändisulfid und dessen Eignung als Festschmierstoff 47–63
- 6.1 Kristallstruktur
- 6.2 Extrinsische Einflüsse auf das tribologische Verhalten dünner MoS2-Schichten
- 6.3 Intrinsische Einflüsse auf das tribologische Verhalten dünner MoS2-Schichten
- 6.3.1 Schichtstruktur und kristallographische Orientierung
- 6.3.2 Stöchiometrie
- 6.3.3 Fremdelemente
- 6.3.4 Eigenspannungen
- 6.4 Tribologisches Verhalten im Gleitkontakt
- 6.5 Tribologisches Verhalten im Wälzkontakt
- 64–76 7 Analyse des Sputter- und Transportprozesses mittels Monte-Carlo- Simulation 64–76
- 7.1 Überblick und Zielsetzung der Untersuchungen
- 7.2 Simulationsverfahren und -modell
- 7.3 Der Einfluss der Kathodenspannung auf die Energieverteilung gesputterter Partikel
- 7.4 Der Einfluss des Prozessdrucks auf den Impuls des Teilchenstroms
- 7.5 Der Einfluss der Kathodenspannung auf den Impuls des Teilchenstroms
- 7.6 Der Einfluss des Target-Substrat-Abstands auf die Winkelverteilung gesputterter Partikel
- 7.7 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen für die experimentellen Arbeiten
- 77–93 8 Substratvorbereitung, Schichtherstellung und -charakterisierung 77–93
- 8.1 Substratwerkstoffe
- 8.2 Schichtherstellung
- 8.3 Schichtdickenmessung
- 8.4 Topographische Untersuchungen
- 8.5 Strukturelle Charakterisierung
- 8.5.1 Röntgenographische Untersuchungen (XRD)
- 8.5.2 Elektronenmikroskopische Untersuchungen (REM, TEM)
- 8.6 Mechanische Charakterisierung
- 8.6.1 Instrumentierte Eindringprüfung
- 8.6.2 Eigenspannungsmessung
- 8.6.3 Haftungsuntersuchungen
- 8.7 Tribologische Untersuchungen
- 8.7.1 Modellversuche unter Gleitbewegung
- 8.7.2 Bauteilversuche unter Wälzbedingungen
- 94–143 9 Entwicklung nicht-dotierter Molybdändisulfid-Schichtvarianten 94–143
- 9.1 Überblick und Zielsetzung der Untersuchungen
- 9.2 Versuchsplanung und Auswertung
- 9.2.1 Versuchsplanung
- 9.2.2 Überblick eingesetzter statistischer Methoden zur Datenauswertung
- 9.3 Tribologisches Verhalten
- 9.4 Mechanische Eigenschaften
- 9.4.1 Überblick
- 9.4.2 Einfluss mechanischer Eigenschaften auf das tribologische Verhalten
- 9.5 Strukturell-chemische Merkmale
- 9.5.1 Überblick
- 9.5.2 Einfluss der Schichtmerkmale auf die mechanischen Eigenschaften
- 9.5.3 Einfluss der Merkmale auf das tribologische Verhalten
- 9.6 Herstellungsbedingungen
- 9.7 Erweiterte Untersuchung des Einflusses von Eigenspannungen auf die Leistungsfähigkeit nicht-dotierter MoS2-Schichten
- 9.8 Zusammenfassung
- 144–153 10 Entwicklung dotierter Molybdändisulfid-Schichtvarianten 144–153
- 10.1 Überblick und Zielsetzung der Untersuchungen
- 10.2 Versuchsumfang und Auswertung
- 10.3 Tribologisches Verhalten
- 10.4 Mechanische Eigenschaften und Einflüsse auf das tribologische Verhalten
- 10.5 Strukturell-chemische Merkmale und Einflüsse auf mechanische Eigenschaften und das tribologische Verhalten
- 10.6 Zusammenfassung
- 154–162 11 Studie zur Wälzbeständigkeit der entwickelten Beschichtungen 154–162
- 11.1 Überblick und Zielsetzung der Untersuchungen
- 11.2 Versuchsumfang und Auswertung
- 11.3 Tribologisches Verhalten
- 11.4 Mechanische Eigenschaften und Einflüsse auf das tribologische Verhalten
- 11.5 Strukturell-chemische Merkmale und Einflüsse auf mechanische Eigenschaften und das tribologische Verhalten
- 11.6 Zusammenfassung
- 163–166 12 Zusammenfassung und Ausblick 163–166
- 167–178 13 Anhang 167–178
- 179–204 Literaturverzeichnis 179–204
