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Die Untersuchungen zu tribologisch induzierten mikrostrukturellen Veränderungen von PVD-MoS₂-Festschmierstoffschichten wurden im Rahmen des Schwerpunktprogramms 2074 der Deutschen Forschungsgemeinschaft durch eine gemeinsame Forschungsarbeit von Wissenschaftlern der Universität Bayreuth (A. Seynstahl und S. Tremmel) und Wissenschaftlern der Universität Erlangen-Nürnberg (S. Krauß, B. Meyer, E. Bitzek, M. Göken, T. Yokosawa, B. A. Zubiri, E. Spiecker und B. Merle) durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden jetzt in einem Artikel in der renommierten Zeitschrift „Wear“ veröffentlicht.

PVD-MoS₂-Festschmierstoffschichten werden bei besonders harschen Betriebsbedingungen, insbesondere im Vakuum, genutzt um Reibung und Verschleiß in Maschinenelementen, beispielsweise den Lagerungen extraterrestrischer Fahrzeuge, zu minimieren. Die Übertragbarkeit der Schichtherstellung von Laborbedingungen auf industrielle Anwendungen stellt hierbei eine Herausforderung dar. Zunächst führt die Abscheidung unter industrienahen Bedingungen häufig zu einer gänzlich anderen Mikrostruktur, als sie von in der Literatur beschriebenen, unter Laborbedingungen hergestellten Beschichtungen bekannt ist. Die Wissenschaftler untersuchten in dem nun veröffentlichten Beitrag das Verschleißverhalten von MoS₂-Schichten unterschiedlicher Ausgangsmikrostruktur, die mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) appliziert wurden: Eine dichte, nanokristalline MoS₂-Schicht und eine poröse, prismatisch strukturierte MoS₂-Schicht. Untersuchungen mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) vor und nach der Verschleißprüfung zeigen bei beiden Proben eine kristallographische Umorientierung in Richtung einer basalen Textur. Die basale Textur ist in der Regel wegen ihrer reibungsarmen Eigenschaften in tribotechnischen Anwendungen erwünscht. Diese Umorientierung ist mit einer tribologisch induzierten Verdichtung der porösen Schichten verbunden. Nach der Einlaufphase führt der Gleitvorgang unter hohem Anpressdruck schließlich zu einer Verschleißrate, die so gering ist wie bei einem idealen, aus der chemischen Gasphase abgeschiedenen MoS₂-Einkristall, der als Referenz untersucht wurde. Dies deutet darauf hin, dass die Imperfektionen von MoS₂-Beschichtungen in Industriequalität durch eine geeignete Vorbehandlung weitgehend behoben werden können.

Den vollständigen Beitrag mit dem Titel „Structural reorientation and compaction of porous MoS₂ coatings during wear testing“ (DOI: 10.1016/j.wear.2022.204339) finden Sie open-access unter: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043164822001041.