Reibungs- und verschleissarmes Festkorpergleiten von Keramik-/Kohlenstoffpaarungen bis 450℃

摘要

In einem Hochtemperatur- Tribometer wurden stationare Proben aus Kohlegraphite gegen rotierende Proben aus SiC, Si{sub}3N{sub}4, Al{sub}2O{sub}3, WC-6Ni, MgO-ZrO{sub}2, (Ti,Mo)(C,N) und Stahl 1.4876 auf ihr Reibungs- und Verschleissverhalten charakterisiert. Die Versuchsbedingungen wurden wie folgt gewahlt bzw. variiert: Fn = 10 N, v=l.5 m/s, T= 25-500℃, ohne Zwischenmedium, ohne und mit H{sub}2O-Dampf und Vakuum, Gleitweg = 20 km, Die rotierenden Proben waren geschliffen, poliert und gelappt. Fur die meisten Werkstoffkombinationen ergab sich das aus der Literatur bekannte Verschleissbild der Bildung eines Transferfilmes auf den rotierenden Gegenkorper. Mit der Transferfilmschmierung ergaben sich als niedrigste Reibungszahlen Werte von (μ ≈ 0,07 und Verschleisskoeffizienten von K{sub}v ≈ 5,0 ·10{sup}(-7) mm{sup}3/Nm bei 400℃ und v = 3 m/s in Dampf bei gelappten Oberflachen. Bei der Paarung antimonimpragnierter Kohlegraphit EK3245 gegen MgO-ZrO{sub}2 bildete sich keine Kohlenstofftransferschicht aus. Durch weiterfuhrende Variation der Rauheits-Parameter wurde mit einem R{sub}(PK)= 0,011 μm bei 400℃ und v=3 m/s in Dampf ein Verschleisskoeffizient von K{sub}v ≈ 3.5 · 10{sup}(-8) mm{sup}3/Nm bei einer stabilen Reibungszahl im "Millibereich" von μ ～ 0,008 uber 20.000 km erreicht. Bis 4 m/s bleibt bei 400℃ der Verschleisskoeffizient des EK3245 im Bereich von 10{sup}(-8) mm{sup}3/Nm. Das "Beanspruchungsfenster" fur dieses sehr gunstige tribologisches Verhalten ist als "gross" einzustufen. Auch fur das Oxid Al{sub}2O{sub}3 ergeben sich als rotierender Gegenkorper Festkorpergleitreibungszahlen im "Millibereich", welche stabil uber lange Gleitwege erhalten bleiben. Mit Hilfe von AFM Mikroskopaufnahmen wurde auf der beanspruchten MgO-ZrO{sub}2-Probe eine tribochemische Reaktionsschicht mit einer Dicke von ca.50 nm gefunden, in welcher mit Hilfe von Laser Raman und Small Spot Esca XPS Analysen die Verbindungen Zr(OH){sub}4, Sb, Sb{sub}2O{sub}3 und Sb{sub}2O{sub}4 delektiert wurden. Kohlenstoffubertrag auf das polierte MgO-ZrO{sub}2 konnte mit diesen Analysemethoden nicht bestatigt werden.