Die Nutzung der Gezeiten zur Energiegewinnung ist von großem Interesse. Zur Steigerung der Energieeffizienz bieten offene Wälzlager unter wässriger Schmierung deutliche konstruktive Vorteile, da bis zu 30 % an Reibverlusten durch eine Abdichtung entfallen. Besondere Anforderungen an die mechanisch hochbelasteten Lager stellt das Umgebungsmedium Meerwasser dar, das neben der sehr niedrigen Viskosität stark korrodierend wirkt und die Gefahr eines mikrobiellen Bewuchses zeigt. Aus diesem Grund sollen durch geeignete Beschichtungen offene Lager ohne Kapselung ermöglicht werden. In dieser Arbeit werden als vielversprechende Schichtsysteme amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H) untersucht, welche sowohl die Reibung als auch den Verschleiß im Wälzkontakt senken können. Zu ihrer Herstellung bietet der PVD-Prozess des reaktiven Magnetron-Sputterns eine große Flexibilität auch außerhalb chemischer Gleichgewichtszusammensetzungen. Die Möglichkeit Schichtsysteme mit bioziden Eigenschaften über die Dotierung mit anti-mikrobiellen Legierungselementen auszustatten, erfordert jedoch eine auf das Tribosystem angepasste Schichtentwicklung ohne die tribologischen Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen. Die Verbesserung der Tribokorrosionsbeständigkeit ist daher wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit. Entlang der gesamten Beschichtungsroute werden die Einflüsse der Substratkonditionierung, der Verfahrensvarianten DC-MS und HiPIMS, ausgewählter Dotierungselemente in den Haftvermittler- und Funktionsschichten sowie verschiedene PVD-Prozessparameter hinsichtlich der erreichbaren tribokorrosiven Eigenschaften untersucht.
Aktualisiert: 2023-02-14
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Die Umstellung auf eine schmierstofffreie Prozessführung in der Umformtechnik bietet große wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Die notwendige Substitution primärer Schmierstofffunktionen lässt sich durch einen interdisziplinären Entwicklungsansatz erreichen, setzt aber ein tiefes Verständnis über die veränderten Betriebsbedingungen voraus. Das lokale Einbringen mehrskaliger Werkzeugstrukturen entlang der Umformzone senkt erforderliche Prozesskräfte und verbessert die erreichbare Werkstückqualität. Im Festkörperkontakt unterliegen diese Funktionselemente hohen thermo-mechanischen Belastungen und erfordern daher weitere Verschleißschutzmaßnahmen. Zur Aufrechterhaltung und Steigerung ihrer tribologischen Wirksamkeit stellen wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H) einen vielversprechenden Ansatz dar, da sie die Reibung und Kaltverschweißungen signifikant reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit werden a C:H-Schichten über das reaktive Magnetron-Sputter-Verfahren für den Einsatz auf makro- und mikrostrukturierten Werkzeugfunktionsflächen am Beispiel des Vorschubrundknetverfahrens entwickelt. Eine besondere Herausforderung besteht dabei im stoßenden Charakter, worauf a-C:H-Schichten im Allgemeinen kritisch reagieren. Zur Erhöhung der Beständigkeit gegen Stoßverschleiß wird die amorphe Kohlenstoffmatrix in der Zwischenschicht mit Wolfram dotiert (a-C:H:W). Für die Anpassung dieser mehrlagigen Schichtsysteme an die speziellen tribologischen Anforderungen wird ein 2-stufiger systematischer Entwicklungsansatz, basierend auf der Methode der statistischen Versuchsplanung, gewählt. Dieser Ansatz erlaubt die Vorhersage der chemischen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften dieser Schichtsysteme in Abhängigkeit verschiedener PVD-Prozessparameter.
Aktualisiert: 2023-02-03
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