UNTERSUCHUNG DER OBERFLÄCHENBESCHAFFENHEIT

Mit dem Hysitron TI 950 TriboIndenter können Oberflächen charakterisiert werden. Dabei können vor allem oberflächennahe mechanische Eigenschaften erfasst werden. Mittels Nanoindentation sind Härteprüfungen von dünnen Beschichtungen als auch von einzelnen Gefügebestandteilen möglich. Im Gegensatz zur klassischen Härteprüfung wird bei der Nanoindentation nicht der bleibende Eindruck ausgewertet, sondern die Härte wird über die Krafteindringkurve bestimmt. Dies bietet den Vorteil, dass bei der Entlastung zusätzlich der E-Modul bestimmt werden kann. Die Härteprüfung kann über separate, gezielte Indents oder über großflächige Härtemaps erfolgen. Durch das XPM (X Property Mapping) können zum Beispiel Fügezonen oder Gefügezusammensetzungen, über die verschiedenen mechanischen Eigenschaften dargestellt werden. In der rechten Abbildung ist eine optische Aufnahme vor und nach einer XPM-Messung von einer Aluminiumlegierung dargestellt. Die dazugehörigen Härte- und E-Modul-Maps sind in der unteren rechten Abbildung zusehen und zeigen sehr gut die unterschiedlichen Eigenschaften der Legierungselemente.

Über das In-Situ SPM (scanning probe microscopy) können hochaufgelöste Oberflächenprofile und Rauheiten aufgenommen und abgebildet werden. Darüber hinaus können Nanoverschleißuntersuchungen durchgeführt werden, um das Verschleißverhalten von zum Beispiel Beschichtungen unter variierenden Lasten und Wiederholungen zu untersuchen. Die Verschleißentwicklung einer MoO3-Schicht bei verschiedene Lasten und Wiederholungen sind in der linken Abbildung dargestellt.

Neben Verschleißuntersuchungen können weitere tribologische Untersuchungen durchgeführt werden mittels Scratch- und Slidingtests. Dabei können die Tangential- und Normalkräfte während des Versuchs aufgenommen werden und über das coulombsche Reibgesetz ein Reibwert berechnet werden. Des Weiteren können durch die Scratchtests das elastische sowie plastische Materialverhalten mittels Pre-und Postscans quantifiziert werden.

Oftmals sind temperaturabhängige Eigenschaften von Materialen gefragt. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, können unter Schutzgasumgebung Untersuchungen bis zu 700 °C durchgeführt weden, um zum Beispiel die Entwicklung der Härte oder des E-Modules zu ermitteln.

Übersicht Leistungsangebot Materialcharakterisierung

VERÖFFENTLICHUNG

Durch den globalen wirtschaftlichen und ökologischen Wandel steigt die Nachfrage nach innovativen, umweltfreundlichen Technologien. Durch den Einsatz von Festschmierstoffen in Wälzkontakten kann der Einsatz von umweltschädlichen Fetten und Ölen reduziert werden. Das Ziel der aktuellen Forschung war die Entwicklung eines Festschmierstoffsystems mit regenerativen Eigenschaften. Das Schichtsystem bestand aus einem Molybdän (Mo) Reservoir und einer Deckschicht aus Molybdäntrioxid (MoO3). Nach dem Oberflächenverschleiß soll Mo mit Luftsauerstoff reagieren und ein neues Oxid bilden. Die Bestimmung des Verschleißvolumens von dünnen Schichten ist mikroskopisch nicht messbar, weshalb das Verschleißverhalten zunächst auf der Nanoebene bestimmt wird. In dieser Arbeit werden einzelne Mo- und MoO3-Schichten, die durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) hergestellt wurden, durch Nanotests charakterisiert. Hauptziel war es, das Verschleißvolumen der Einzelschichten mit einer neu entwickelten Methode unter Berücksichtigung der Ausgangstopologie zu bestimmen. Dazu wurden Nano-Verschleißtests mit unterschiedlichen Verschleißwegen und Normalkräften durchgeführt und mittels in situ Rastersondenmikroskopie (SPM) vermessen. Basierend auf den ermittelten Kennwerten wurde der Verschleißkoeffizient für die Verschleißmodellierung nach Sarkar bestimmt. Die Validierung des entwickelten Verschleißmodells erfolgte durch weitere Verschleißtests an den jeweiligen Monoschichten.

„Characterization and Modeling of Nano Wear for Molybdenum-Based Lubrication Layer Systems”

Bernd-Arno Behrens, Gerhard Poll, Kai Möhwald, Simon Schöler, Florian Pape, Dennis Konopka, Kai Brunotte, Hendrik Wester, Sebastian Richter, Norman Heimes (2021); Nanomaterials, Volume: 11, Nummer: 6, Seite: 1363