Aus der Praxis für die Praxis 45 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 3/ 2018 Reibung und Verschleiß von PTFE gegen unterschiedliche tribologische Beschichtungen O. Waßmann, K. Weigel, L. Geitel, N. T. Elzenheimer, D. Rätz, J. Brand, S. Imad-Uddin Ahmed* In technischen Anwendungen ist das teilkristalline Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE), wegen seines niedrigen Reibungskoeffizienten gegen viele Materialien sehr geschätzt. Die häufigsten tribologischen Untersuchungen mit PTFE wurden gegen Stahl, Glas und Silizium in Luft durchgeführt. In der Literatur hat sich mit der Zeit folgender Verlauf herauskristallisiert: Durch das Gleiten verschleißt PTFE anfangs sehr schnell und bildet dabei eine „Transferschicht“ auf dem Gegenmaterial. Der weitere Reibungsverlauf hängt dann von der Wechselwirkung des PTFE gegenüber der Transferschicht ab. Der Einfluss von verschiedenen Oberflächen auf die tribologischen Eigenschaften von PTFE wurde bisher nur wenig erforscht. In dieser Studie wurden Reibung und Verschleiß von PTFE-Kugeln gegen unterschiedliche tribologische Beschichtungen auf 100Cr6 Stahl, mit einem Kugel-Scheibe-Tribometer untersucht. Bei den Beschichtungen handelt es sich um mehrere Modifikationen von Diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC) sowie Hartstoffschichten (Titannitrid (TiN) und Chromnitrid (CrN)). Es wurden Reibungskoeffizienten zwischen 0,08 bis 0,15 gemessen. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass unter gleichen tribologischen Bedingungen Chromnitrid (CrN) gegen PTFE den gleichen Reibungskoeffizienten aufweist wie selbstgepaartes PTFE (0,08). Die entstandene PTFE-Transferschicht weist jedoch sehr unterschiedliche Eigenschaften auf. Auf den DLC-Proben ist die Schicht fast nicht erkennbar. In anderen Fällen, wie z. B. bei CrN, ist diese Schicht dagegen deutlich ausgeprägt. Das Verschleißvolumen der PTFE-Kugeln ist in beiden Fällen vergleichbar, aber geringer als gegen poliertem 100Cr6. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Haftung zwischen dem PTFE- Transferfilm und verschiedenen Oberflächen sehr unterschiedlich ist. Schlüsselwörter Polytetrafluorethylen (PTFE), Diamantartige Kohlenstoffschichten (DLC), Titannitrid (TiN), Chromnitrid (CrN), Kugel-Scheibe-Tribometer, tribologische Beschichtungen In technical applications, the semicrystalline polymer polytetrafluoroethylene (PTFE) is highly valued because of its low coefficient of friction when sliding against many materials. The most frequent tribological investigations performed with PTFE were carried out on steel, glass and silicon under atmospheric conditions. In literature, the following experimental observations are generally observed: Through initial sliding PTFE initially wears very rapidly and thereby forms a “transfer layer” on the counterpart material. With continued sliding, the friction characteristics depend on the interaction of PTFE with the formed transfer layer. The influence of different surfaces sliding against PTFE on the tribological properties has not been investigated thoroughly. In this study, friction and wear of PTFE spheres sliding against different tribological coatings on 100Cr6 steel were investigated using a ball-on-disk tribometer. The coatings consisted of several modifications based on diamondlike carbon (DLC) as well as the hard coatings titanium nitride (TiN) and chromium nitride (CrN). Friction coefficients were measured that ranged between 0.08 and 0.15. It is noteworthy that under the same tribological conditions, PTFE sliding against chromium nitride shows the same coefficient of friction as self-mated PTFE. The characteristics of the PTFE transfer film formed in each case are quite different. On the DLC samples the transfer layer is barely discernable. In other cases, such as, for example CrN, this layer is distinct and clearly visible. The wear volume of the PTFE spheres is comparable in both cases, but less than against polished 100Cr6. These results indicate that adhesion between the PTFE transfer film and the various coatings is not the same. Keywords polytetrafluoroethylene (PTFE), diamond like carbon (DLC), titanium nitride (TiN), chrome nitride (CrN), ball-on-disk tribometer, tribological coatings Kurzfassung Abstract * siehe Seite 46 T+S_3_2018.qxp_T+S_2018 13.04.18 16: 25 Seite 45 welche aufgrund zunehmender Rissbildung vorliegt [16,17]. Es wird angenommen, dass bei einer tribologischen Untersuchung von PTFE gegen einen anderen Werkstoff, nach einer anfänglichen Einlaufphase, die Reibung überwiegend zwischen dem PTFE-Grundkörper und der auf dem Gegenkörper gebildeten PTFE- Transferschicht stattfindet [18]. Infolgedessen findet eine Ausrichtung der Polymerketten in Richtung der Gleitbewegung statt, welche als Resultat eine geringe Reibung bewirkt [1,17]. Am häufigsten wurden tribologische Untersuchungen von PTFE gegen Stahl oder Glas durchgeführt [1]. Andere tribologische Studien mit Stahl, Aluminium oder Kupfer, unter oszillierender Bewegung, kommen zu dem Ergebnis, dass die chemische Zusammensetzung der Oberfläche keinen Einfluss auf die Reibung, den Verschleiß oder die Transferschicht hat [19,20]. Allerdings widerspricht dies den Aussagen von anderen Arbeiten in der Literatur, z. B. [21]. Im Großteil der Untersuchungen wird die Bedeutsamkeit der Transferschicht in den Fokus gerückt, was für Polymere generell der Fall ist [22]. Für die Anwendung von PTFE als Festschmierstoff muss daher eine ausreichend dicke und stabile PTFE-Transferschicht vorhanden sein. Ideal wäre die Entstehung einer an der Oberfläche des Gegenkörpers gut haftenden PTFE-Transferschicht zum Anfang des Tribokontakts. Hiermit liegt die Motivation dieser Studie vor. Unterschiedliche Materialien wurden in Form von Beschichtungen auf poliertem 100Cr6-Stahl aufgebracht. Standard-Hartstoffschichten wie diamantartiger Kohlenstoff (DLC), Chromnitrid (CrN) und Titannitrid (TiN) wurden gewählt. Danach wurde das Reibungs- und Verschleißverhalten dieser Beschichtungen gegen PTFE mittels Kugel-Scheibe-Tribometer ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die gegenlaufende Oberfläche einen signifikanten Einfluss auf das Reibungsverhalten von PTFE aufweist. Experimentelle Details Probenpaarungen und Probenpräparation Grundkörper: Als Standard wurden 100Cr6-Proben (DIN 1.3505) gewählt, welche einen Durchmesser von 35 mm und eine Probenstärke von 5 mm aufwiesen. Alle untersuchten Beschichtungen (IST-Braunschweig) wurden auf diesen Scheiben durch reaktives DC-Magnetronsputtern, reaktives RF-Magnetronsputtern oder Plasma unterstützte chemische Abscheidung aus der Gasphase (PACVD) aufgebracht. Die Tabelle 1 enthält die verschiedenen Oberflächen, sowie ggf. die Prozessart und die ermittelten Rauheitswerte (R a - und R z -Wert). Die Werte wurden mit einem Tastschnittgerät (Form Talysurf Series 2 120i von der Firma Taylor Hobson) gemessen. Hierbei wurde ersichtlich, dass die nicht beschichtete polierte 100Cr6-Scheibe die geringste Rau- Aus der Praxis für die Praxis 46 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 3/ 2018 Einleitung Das teilkristalline Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE) besitzt eine Vielzahl von interessanten und vorteilhaften Eigenschaften. Diese belaufen sich u.a. auf: chemische Beständigkeit, elektrisch isolierendes Verhalten, gute Temperaturverträglichkeit und geringe Reibung [1-3]. Aufgrund dieser Eigenschaften wird es, trotz seiner niedrigen Festigkeit und Härte [4], in diversen Anwendungen eingesetzt. Als Festkörper findet PTFE seine Anwendung in der Tribologie häufig als Festschmierstoff. Überwiegend wird es in Form einer Schicht auf ein Basismaterial aufgetragen, oder als Partikel/ Flakes in flüssige Schmiermittel oder Gleitlacke gemischt [5]. Insbesondere findet das Material seine Anwendung in Bauteilen wie Dichtungen [6] und Lagern [3]. PTFE weist gegenüber vielen Materialien eine geringe Reibung auf. Aber aufgrund seiner geringen Härte und Festigkeit ist dieser Werkstoff nur eingeschränkt für hohe Lasten geeignet. Zudem kann der Verschleiß unerwünscht hoch sein [7]. Daher kann das Material in vielen Anwendungen nur bedingt eingesetzt werden. Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, werden seit vielen Jahren PTFE-Komposite erforscht [8]. Hierbei werden verschiedene Anteile von unterschiedlichen Materialien wie Glasfaser [9], Kohlenstoff [9], diverse Metalle, Legierungen [10-11], Oxide [12] und Polymere [13] in PTFE gemischt und in dieser Form zum Einsatz gebracht. Dies kann je nach beigemengten Zusatzstoff zu unvorteilhaften [14] oder zu vorteilhaften [15] tribologischen Eigenschaften führen. Oft wird der Fokus auf die Verbesserung der Verschleißeigenschaften gerichtet, auch wenn diese Werkstoffoptimierung einen höheren Reibwert als für reines PTFE zur Folge hat [15]. Die Transferschicht spielt eine große Rolle beim tribologischen Verhalten von PTFE. Deren Bildung ist durch eine gute Adhäsion zwischen einer Oberfläche und dem Material PTFE zu begründen [16]. In dieser Studie wurde die niedrige Reibung bei geringen Geschwindigkeiten auf die geringen Scherkräfte zwischen PTFE-Lamellen zurückgeführt. Bei höheren Geschwindigkeiten dagegen konnte festgestellt werden, dass die Reibung und der Verschleiß zunehmen [16]. Begründet werden diese Effekte durch eine schlechte Adhäsion der Transferschicht, * M. Eng. Oliver Waßmann, B. Eng. Dennis Rätz, Prof. Dr. Syed Imad-Uddin Ahmed Institut für Konstruktion und angewandten Maschinenbau - IKAM, Fakultät Maschinenbau Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften - Hochschule Braunschweig/ Wolfenbüttel, 38302 Wolfenbüttel Dipl.-Ing. Kai Weigel, Dipl.-Ing. Lukas Geitel, M.Sc. Niels T. Elzenheimer, Dr. Jochen Brand Zentrum für Tribologische Schichten Fraunhofer-Institut für Schicht und Oberflächentechnik IST 38108 Braunschweig T+S_3_2018.qxp_T+S_2018 13.04.18 16: 25 Seite 46 heit aufweist ( Tabelle 1 ). Durch die verschiedenen Beschichtungen werden alle Proben etwas rauer. Die Schichten hatten alle eine Dicke zwischen 1 und 6 µm. Um eine möglichst gute Haftung der Hartstoffschichten ( Tabelle 1 ) auf den 100Cr6-Proben zu ermöglichen, wurde auf der Mehrheit der Proben eine Ti- oder Cr- Haftschicht aufgetragen. Der einzige Unterschied der beiden CrN-Beschichtungen (CrN(1) und CrN(2)) liegt darin, dass diese aus unterschiedlichen Beschichtungschargen stammen. Geringfügige Änderungen der Schichtmorphologie sind, bedingt durch vorherige Beschichtungsprozesse in der Anlage, nicht auszuschließen. Gegenkörper: Als Standard für den Gegenkörper wurde eine Kugel mit einem Durchmesser von 6 mm gewählt. Diese kommerziell gefertigten PTFE-Kugeln (PTFE- Spezialvertrieb GmbH), wurden isostatisch gepresst oder gedreht [23]. Vor jedem Experiment wurden die Proben (Scheiben und Kugeln) in einem Ultraschallbad für jeweils 10 min. in Aceton, Isopropanol und Methanol (bzw. Ethanol) gereinigt. Eine Trocknung erfolgte unter einem Luftstrom. Tribometer Die tribologischen Experimente wurden mit zwei unterschiedlichen Kugel-Scheibe-Tribometern ( Bild 1a der Firma Tetra GmbH und 1b - Firma Tribotechnic), unter rotatorischen Bewegungen in eine Richtung, durchgeführt. Die relative Luftfeuchtigkeit wurde entweder kontrolliert (Fraunhofer IST) oder durch eine Standard-Salzlösung [24] auf einen RH-Wert gleich 50%, mit einer Aus der Praxis für die Praxis 47 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 3/ 2018 Tabelle 1: Beschichtungen auf 100Cr6 Stahl und 100Cr6 unbeschichtet Oberfläche Deckschicht Prozessart Rauheit (Charge) R a (µm) R z (µm) 100Cr6 Poliert - - 0,0076±0,0007 0,0466±0,0066 CrN+C-DLC a-C: H: C (H47-15) reaktives DC-Magnetronsputtern 0,0128±0,0012 0,0833±0,0050 CrDLC a-C: H: Cr (IST1 24-15) reaktives DC-Magnetronsputtern 0,0091±0,0008 0,0571±0,0059 CrN(1) CrN (H75-15) reaktives DC-Magnetronsputtern 0,0117±0,0026 0,0697±0,0151 CrN(2) CrN (H26-15) reaktives DC-Magnetronsputtern - - DLC a-C: H (BAS1 79-15) PACVD 0,0117±0,0017 0,0730±0,0056 Ti-DLC a-C: H: Ti (T3115) reaktives DC-Magnetronsputtern 0,0109±0,0015 0,0654±0,0073 TiN TiN (BAS2 51-75) reaktives RF-Magnetronsputtern 0,0101±0,0025 0,0582±0,0098 Bild 1a: Kugel-Scheibe-Tribometer (HS Ostfalia) Bild 1b: Kugel-Scheibe-Tribometer (IST Fraunhofer) T+S_3_2018.qxp_T+S_2018 13.04.18 16: 25 Seite 47 ( Bild 2a ). Nach ca. 25 m Gleitweg hat der Reibungskoeffizient einen bestimmten Wert erreicht und pendelt bis zum Versuchsende um diesen. Der Reibungsverlauf von PTFE gegen DLC ( Bild 2b ) nimmt einen ähnlichen Verlauf in der Anfangsphase. Auch hier steigt der Reibwert mit zunehmenden Gleitweg. Nach einer Strecke von ca. 20 m erreicht dieser einen stabilen Wert, der gegenüber der polierten 100Cr6-Probe jedoch niedriger verläuft. Die Reibungsverläufe von allen anderen Beschichtungen, mit der Ausnahme von CrN, zeigen den gleichen charakteristischen Reibungsverlauf mit ebenfalls unterschiedlich hohen Reibwerten. Hinsichtlich der Reibpartner, bestehend aus PTFE und der CrN(2)-Beschichtung, konnte eine markante Veränderung im Verlauf festgestellt werden ( Bild 2c ). Wie üblich ist hier am Anfang eine stark erhöhte Reibung zu sehen, was auf ein starkes Einlaufverhalten deutet. Nach einem geringen Reibweg von ca. 10 m reduziert sich diese stark. Diese Abnahme erfolgt fortwährend bis zu einem Minimum von ca. 0,07 bei einem Gleitweg von ca. 245 m. Es folgt eine langsame Stabilisierung des Reibungskoeffizienten bis auf einen Wert von ca. 0,08. Ein annähernd gleicher Reibwertverlauf zeigte sich bei der Probenvariante CrN(1). Nur erreicht dieser Reibwertverlauf sein Minimum erst nach einem längeren Gleitweg. Die gemessenen Reibungskoeffizienten von PTFE gegen die unterschiedlichen Oberflächen wurden für zwei Gleitwegbereiche gemittelt. Einmal zwischen 250 m und 310 m und wieder zwischen 560 m und 630 m. Die Ergebnisse sind in Bild 3 als Balkendiagramme dargestellt. Die Streuung der Reibwerte (nicht gezeigt) sind, mit Ausnahme der Ti-DLC- und TiN-Proben, für alle Proben klein ausgefallen. Der niedrigste Reibungskoeffizient liegt für die Tribopaarung PTFE gegen CrN vor. Diese wird in den gleichen Bereich wie selbstgepaartes PTFE eingeordnet [26]. Alle anderen Tribopaarungen haben höhere Reibungskoeffizienten, welche ihren Verlauf über 0,1 nehmen. Die Ti-DLC und TiN-Schichten haben Reibwerte, die vergleichbar zu den polierten 100Cr6-Proben (unbeschichtet) sind. Ein Grund für die gemessenen Ergebnisse kann in den unterschiedlichen Ausprägungen der Transferschicht auf den Scheibenproben gefunden werden. Bild 4 zeigt repräsentative Ausprägungen für drei Oberflächen. Eine vorliegende Transferschicht ist bei der DLC-Probe kaum erkennbar. Lediglich die PTFE-Partikel geben Aufschluss über die Lage der Transferschicht. Solche Beobachtungen sind ebenfalls in der Literatur vermerkt [27]. Bei der 100Cr6-Scheibe ist eine deutliche Transferschicht zu erkennen. Allerdings weist die Gleitspur der Probe eine inhomogene Verteilung auf. Hingegen findet eine gleichmäßigere Verteilung der Transferschicht über die gesamte Spurbreite bei den CrN-Proben statt. Eine Aus der Praxis für die Praxis 48 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 3/ 2018 Genauigkeit von ± 2 % (TFA Dostmann), eingestellt (HS Ostfalia). Nach einer Reihe von Vormessungen (nicht aufgeführt) wurde die Normalkraft für alle Versuche auf 5 N festgelegt. Bei einer Kombination bestehend aus einer PTFE-Kugel (Ø 6 mm) und einem 100Cr6-Stahl, liegt ein maximaler hertzscher Kontaktdruck [25] von 31,2 MPa vor. Allerdings gilt es zu beachten, dass dieser maximale Kontaktdruck nur zu Beginn der Messung vorliegt. Er nimmt im Verlauf der Untersuchung aufgrund des Kugelverschleißes, und der hieraus resultierenden Vergrößerung der Kontaktfläche, ab. Um eine Reproduzierbarkeit zu gewährleisten, wurden alle Reibungsexperimente bei Raumtemperatur und einer Gleitgeschwindigkeit von 100 mm/ s bis zu dreimal wiederholt. Die gesamte Gleitdistanz lag zwischen 600 m und 1000 m. Die Einstellung der Prüfkraft von 5 N erfolgte für jede einzelne Messung in Ruhelage der eingespannten Proben. Erst nach erfolgreicher Einstellung startete die rotierende Prüfbewegung der Probenscheiben. Aufgrund von hohem Verschleiß an der PTFE-Kugel und der breiten Spur der Transferschicht auf der Scheibe wurden die Proben nach jedem Experiment ausgetauscht. Optische Mikroskope Der Verschleiß an der Kugel und die Transferschicht auf der Scheibe wurden nach jedem Versuch mithilfe eines optischen Mikroskops (Keyence VHK 100K oder Keyence VHX 2000) untersucht. Unter anderem wurde der Verschleißdurchmesser der PTFE-Kugelkalotte ermittelt. Dieser gemessene Wert ermöglichte eine weiterführende Berechnung des vorliegenden Verschleißvolumens. Seitens der scheibenförmigen Proben konnte im direkten Vergleich zur PTFE-Probe kein Verschleiß festgestellt werden. Dies lässt sich auf die hohe Härte der Beschichtungen der 100Cr6-Proben zurückführen. Fortführend war zu beobachten, dass der erzeugte Transferfilm für die verschiedenen tribologischen Paarungen unterschiedliche Ausprägungen verkörperte. Hierbei wurden die Messwerte der Spurbreite qualitativ festgehalten. Ergebnisse und Diskussion Die Reibungsverläufe von PTFE gegen die unterschiedlichen Oberflächen bzw. Beschichtungen sind nicht identisch zueinander. Im weiteren Verlauf werden drei repräsentative Verläufe dargestellt. Seitens der Kombination von PTFE gegen die polierten 100Cr6-Proben war kein Einlauf mit erhöhter Reibung zu beobachten T+S_3_2018.qxp_T+S_2018 13.04.18 16: 25 Seite 48 Aus der Praxis für die Praxis 49 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 3/ 2018 Bild 2a-c: Reibwertverläufe von unterschiedlichen Tribopaarungen: a) PTFE gegen poliertes 100Cr6, b) PTFE gegen DLC und c) PTFE gegen CrN(2) Bild 3: Gemittelte Reibungskoeffizienten für zwei Gleitweg-Messbereiche für PTFE gegen polierten 100Cr6 und die in Tabelle 1 aufgelistete Beschichtungen Bild 4: Ausprägung der PTFE-Transferschicht auf verschiedene Oberflächen 100Cr6 Stahl Poliert DLC CrN(1) T+S_3_2018.qxp_T+S_2018 13.04.18 16: 25 Seite 49 diesen Wert konnte das Verschleißvolumina (W v ) in mm 3 berechnet werden. Bild 6 stellt die ermittelten Reibungskoeffizienten gegenüber den berechneten Verschleißvolumen WV der PTFE-Kugel für die unterschiedlichen Tribopaarungen dar. Eine ideale Werkstoffpaarung wäre mit einem idealen Reibungskoeffizienten µ und einem idealen Verschleißvolumen WV im unteren linken Diagramm-Bereich wiederzufinden. Wie der Abbildung entnommen werden kann, liegen die beiden CrN-Proben in der Nähe dieses Bereichs. Alle anderen Tribopaarungen haben entweder einen niedrigen Verschleiß aber hohe Reibung, oder umgekehrt. Das nahezu ideale Verhältnis der CrN- Proben kann an der guten Ausprägung der Transferschicht liegen, wodurch die Reibung nach dem Einlauf zwischen PTFE und der PTFE-Transferschicht stattfindet. Die Präsenz von Cr in den anderen Proben oder dem Nitrid im TiN, haben nicht zu derselben Wirkung geführt wie das betrachtete CrN. Bei CrN war die gut ausgeprägte Transferschicht eine erkennbare Eigenschaft, was wiederum zu einem niedrigen Verschleiß der PTFE- Kugel geführt hat. Dies deutet auf eine verbesserte Haf- Aus der Praxis für die Praxis 50 Tribologie + Schmierungstechnik · 65. Jahrgang · 3/ 2018 Messung der Gleitspurdicke mit Hilfe eines Tastschnittgerätes war bis dato nicht möglich. Eine mögliche Entstehung der riefenartigen Struktur kann auf die initiale Reibung zwischen der PTFE-Kugel und der CrN- Schicht, welche eine gewisse Rauheit aufweist ( Tabelle 1 ), zurückgeführt werden. In diesen Experimenten erfolgte ein ersichtlicher Verschleiß nur an der PTFE-Kugel. Dieser ist zum größten Teil direkt zu Beginn der rotatorischen Bewegung unter Last aufgetreten. Bild 5 zeigt eine PTFE-Kugel vor und nach einem Triboversuch. Die PTFE Oberfläche vor dem Versuch weist kleine Kratzer auf der Oberfläche auf ( Bild 5a ). Diese sind jedoch so gering, dass sie keinen bedeutenden Einfluss auf den Versuch haben. Nach dem Versuch ist eine deutliche Verschleißkalotte zu sehen ( Bild 5b-c ), welche eine Anhäufung von fadenartigen PTFE-Verschleißpartikeln in drei Bereichen aufweist. Weiterführend betrachtet ist eine feine und klare Riefenstruktur innerhalb der Verschleißkalotte erkennbar, die durch Rotation der Scheibe eine Bogenform aufweist. Diese Riefen - eine Signatur von abrasiven Verschleiß - entstehen durch Reibung gegen die härteren rauen Scheibenproben. Die Durchmesser der Verschleißkalotten wurden mit einen Mikroskop gemessen. Über Bild 5: Aufnahmen von PTFE-Kugeln vor und nach einem Versuch (a) Oberfläche der PTFE-Kugel vor einem Versuch (b) mit Verschleißpartikel (c) ohne Verschleißpartikel Aufnahmen der PTFE-Kugel nach einem Versuch Bild 6: Reibungskoeffizient als Funktion des Verschleißvolumens der PTFE-Kugeln T+S_3_2018.qxp_T+S_2018 13.04.18 16: 25 Seite 50 tung zwischen PTFE und CrN hin. Die genauen Gründe dafür konnten in dieser ersten Studie nicht geklärt werden. Dafür sind weitere Studien notwendig und geplant. Im direkten Vergleich der CrN- und DLC-Proben zeigte sich, dass die normalerweise für Reibung und Verschleiß günstigen DLC-Schichten, sowie verschiedene Kombinationen dieser Schichtsysteme, ein etwas höheres Reibungsverhalten aufweisen. Allerdings war das Verschleißverhalten vergleichbar mit den CrN-Proben. Das optimale Reibverhältnis von DLC liegt an einer graphitartigen Transferschicht, die auf dem Gegenkörper gebildet wird [28]. Eine Bildung solch einer reibungsmindernden Schicht seitens des Grundkörper (DLC), ist aufgrund der geringen Härte des Gegenkörpers (PTFE) nicht realisierbar. Um zu erkennen wie schnell die PTFE-Kugel verschleißt, wurde eine Messreihe mit CrN-Proben durchgeführt, welche eine Funktion bestehend aus Verschleißdurchmesser der Kugelkontaktfläche gegenüber dem Gleitweg definiert. In festen Gleitwegintervallen wurde der Kugelprobenhalter aus dem Tribometer entnommen und unter dem digitalen Mikroskop untersucht. Hierbei konnte der Durchmesser der Kugelverschleißfläche gemessen werden. Anschließend wurde diese wieder in der vorherigen Position am Tribometer befestigt und weiteren Prüfzyklen unterzogen. Somit bestand die Möglichkeit für verschiedene Wegstrecken den Durchmesser der Verschleißkalotte festzuhalten. Das Ergebnis ist in Bild 7 dargestellt. Dort ist ersichtlich, dass bereits 30 % vom gesamten Verschleiß innerhalb der ersten 10 m Gleitweg stattfindet. Innerhalb von 200 m Gleitweg findet ca. 60 % des Verschleißes statt. Der restliche Verschleiß folgt auf der noch verbleibenden Wegstrecke. Die beiden CrN-Proben stabilisieren sich nach ca. 300 m Gleitweg. Dennoch ist ein leichter Anstieg zu beobachten. Gegenüber den Messungen in denen die Kugelprobe nicht ausgebaut wurde, ist der Kugelverschleiß in dieser Messausführung nach ca. 630 m etwas größer. Dies ist durch die nicht exakt gleiche Positionierung der Probe beim Wiedereinbau zu erklären. Ein geänderter Tribokontakt führt folglich zu einem höheren Verschleiß. Zusammenfassung In dieser Studie wurde das Reibungs- und Verschleißverhalten von PTFE gegen unterschiedliche tribologische Hartstoffschichten untersucht. Die Motivation lag darin, festzustellen, ob diese Schichten mit PTFE tribologisch gut zusammenwirken. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass DLC (a-C: H) und seine Varianten (a-C: H: C, a-C: H: Cr, a-C: H: Ti) gegen PTFE nicht die gleichen vorteilhaften tribologischen Eigenschaften aufweisen wie üblicherweise gegen Metalle. Allerdings zeigt PTFE wenig Verschleiß gegen a-C: H. Von den Nitriden weist CrN, nach einem gewissen Einlauf gegen PTFE ein Reibungsverhalten auf, das sich ähnlich wie PTFE gegen PTFE verhält. Das ist mit der Bildung einer gut ausgeprägten Transferschicht zu erklären, welche die Reibung und den Verschleiß reduziert. Die Ergebnisse deuten auf eine gute Haftung zwischen PTFE und CrN hin. Danksagung Wir bedanken uns bei Herrn A. Ay und Herrn O. Cardak für einige Vorarbeiten und bei Herrn S. Sariin für die geführten Diskussionen über das Tribosystem PTFE gegen PTFE. Literatur [1] Biswas S, Vijayan K, Friction and wear of ptfe - a review, Wear 158, 193-211 (1992) [2] Nicholson J W, The Chemistry of Polymers 4th. 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