News

Die Untersuchungen von PVD-MoS₂-Festschmierstoffschichten hinsichtlich ihrer Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften und des tribologischen Verhaltens wurden im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP2074 der Deutschen Forschungsgemeinschaft in einer gemeinsamen Forschungsarbeit der Universität Bayreuth mit der Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden jetzt in einem begutachteten Artikel in der Zeitschrift „Coatings“ veröffentlicht.

Festschmierstoffschichten wie MoS₂ werden häufig, insbesondere im Vakuum, genutzt um Reibung und Verschleiß von Kontaktpartnern zu minimieren. Die Übertagbarkeit der Schichtherstellung unter Laborbedingungen (ohne Substratrotation) auf industrielle Anwendungen stellt hierbei eine große Herausforderung dar. In diesem Beitrag wurde die Abscheidung unter industriellen Bedingungen in den Vordergrund gestellt.  Durch Variation der Beschichtungsparameter Temperatur und Rotationsgeschwindigkeit des Chargiergestells wurde deren Einfluss auf das tribologische Verhalten analysiert. Eine geringe Rotationsgeschwindigkeit steigerte die Lebensdauer der MoS₂-Schichten, wobei eine Erhöhung der Temperatur die Lebensdauer verkürzte.

Bei der Charakterisierung der Schichtvarianten unter industriellen Bedingungen (3-fache Substratrotation, großer Target-Substrat Abstand) wurde in Querschnitt-Aufnahmen durch ein Rasterelektronenmikroskop ein gewisser Grad an Porosität nachgewiesen. Die mechanischen Eigenschaften und das Verschleißverhalten korrelierten dabei stark mit dem Grad der Porosität, der wiederum von der Temperatur und der Rotationsgeschwindigkeit des Substrats abhing. Eine Erhöhung der Temperatur beim Beschichtungsprozess erhöhte den Porositätsgrad. Die Reduzierung der Rotationsgeschwindigkeit bewirkte das Gegenteil. Kugel-Scheibe-Tests und Nanoindentierungs-Verschleiß-Experimente zeigten einen Wechsel im tribologischen Verhalten; anfangs dominierte eine Verdichtung der porösen Struktur, gefolgt von Verschleiß des verdichteten Materials. Die Verdichtung war die Hauptursache für den Volumenverlust während des Einlaufprozesses, was sich in einem sehr hohen rechnerischen Verschleißkoeffizienten widergespiegelte. Jedoch zeigten tribologische Lebensdauerexperimente, dass ein gutes tribologisches Verhalten in der „Steady-state“ Phase nach einer Verdichtung erreicht wurde.

Den vollständigen Beitrag „Microstructure, Mechanical Properties and Tribological Behavior of Magnetron-Sputtered MoS₂ Solid Lubricant Coatings Deposited under Industrial Conditions“ (DOI: 10.3390/coatings11040455) unter Autorenschaft von Armin Seynstahl, Sebastian Krauß, Erik Bitzek, Bernd Meyer, Benoit Merle und Stephan Tremmel finden Sie hier.