| Titel | Bestimmung der Ermüdungsfestigkeiten von PVD-Schichten zum Einsatz in umweltverträglichen Tribosystemen |
| Autor | P. W. Gold, Th. Wolf, H. Elgeti |
| Infos zum Autor | Univ.-Prof. Dr.-Ing. P. W. Gold, Dipl.-Ing. Th. Wolf, Dipl.-Ing. H. Elgeti Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung der RWTH Aachen |
| Inhalt | Zusammenfassung Um umweltverträgliche Tribosysteme technisch zu realisieren, kommen immer häufiger beschichtete Komponenten zum Einsatz. Dabei versucht man, die durch dem Öl zugegebenen Verschleißschutzadditive erzeugten Reaktionsschichten durch im Vorfeld auf das Stahl-Substrat aufgebrachte PVD-Beschichtungen zu ersetzen, um auf hochgiftige Schmierstoffzusätze verzichten zu können. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, anstelle der toxischen, häufig auf mineralischer Basis hergestellten Fluide, biologisch unbedenkliche Schmierstoffe einzusetzen, die selbst im Falle einer Havarie nicht zu einer Gefährdung der Biosphäre führen. Das Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung arbeitet im SFB 442 ″Umweltverträgliche Tribosysteme″ an einer Auslegungsmethodik für PVD-beschichtete Systeme. In der Vergangenheit wurden dazu bereits umfangreiche Ergebnisse zur Bestimmung der in den Schichten auftretenden Spannungen veröffentlicht, in diesem Beitrag soll daher in Ergänzung dazu die Bestimmung der zulässigen Spannungen, d. h. der Ermüdungsfestigkeiten vorgestellt werden. Diese werden am IME mit Hilfe eines Oberflächenermüdungstesters (OET) ermittelt. Dazu wird eine beschichtete Probe zyklisch mit einer Keramikkugel schwellend auf Druck belastet, so dass sich bei Überschreiten der Ermüdungsfestigkeit konusförmige Risse in einer durch plastische Verformung des Substratwerkstoffes entstandenen Mulde bilden. Auf diese Weise lässt sich im Prüfstand ein Zusammenhang zwischen Lebensdauer und Prüfkraft herstellen, der durch aufwändige FEM-Simulationen in einen Zusammenhang zwischen Lebensdauer und Spannungen überführt werden kann. Der vorliegende Beitrag präsentiert sowohl die Prüfmethode als auch die FEM-Simulationen und stellt die Ergebnisse für drei beispielhafte PVD-Schichten vor. Abstract Coated components are rapidly becoming more popular in the context of ecologically compatible tribosystems. The aim is to replace the reaction layers, generated through Anti Wear Additives in the fluids by PVD coatings, applied to the steel substrate beforehand, in order to avoid the use of highly toxic liquids. This approach allows the use of ecologically harmless lubricants, that even in the case of an average do not represent a danger to the biosphere, as opposed to toxic, mainly mineral based fluids. Within the SFB 442 ″Environmentally friendly Tribosysmtes″, the Institute for Machine Elements and Machine Design develops a methodology to design PVD coated systems. Accompanying numerous past publications on the quantification of the stresses occuring in the coatings, this article will introduce the evaluation of admissible stresses i.e. the fatigue limits. The latter are evaluated at IME using a Surface Fatique Tester. A coated specimen is exposed to a cyclic, swelling pressure load, exerted by a ceramics sphere, which, if the fatigue limit is exceeded, leads to the appearance of conical cracks in the hutch resulting from the plastic deformation of the substrate. The measurements establish a coherence between the lifetime and test load, which can then be transformed into a connection between life time″ and stresses by the means of FEM-simulation. The following article presents the measuring method as well as the FEM-simulations and exemplifies the results for three PVD coatings |
| Datum | 2008 |
