Unsere Verfahren für das richtige Schichtsystem

Verschleiss

Verschleiß bezeichnet Materialverlust durch Abtrag aus der Oberfläche eines festen Körpers. Ursachen dafür sind meist mechanischer Art, d. h. Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers. Der Oberflächenabtrag erfolgt durch schleifende, rollende, schlagende, kratzende, chemische und thermische Beanspruchung. Der Begriff des Verschleisses wird allgemein oft als Beschreibung für zerstörende mechanische Einflüsse auf mechanische Bauteile und Werkzeuge benutzt.

Verschleiß hat weitreichende technische und wirtschaftliche Konsequenzen. Die Maßnahmen gegen die einzelnen Verschleiß Mechanismen wie Abrasion, Adhäsion, Oberflächenermüdung (oder Oberflächenzerrüttung) und Tribooxidation unterliegen daher ständiger Optimierung und Weiterentwicklung.

Besonders wirkungsvoll sind funktionale Veränderungen der Oberfläche durch Beschichtungen, weil der Verschleiß an der Oberfläche initiiert. Hier spielen Beschichtungstechnologien wie galvanische, aussenstromlose (autokatalytische) und PVD Verfahren eine grosse Rolle. Aus Galvanik sind Schichtsysteme wie Hartchrom, chemisch Nickel und Dispersionsschichten gut bekannt.

Die Vakuum-Dünnschichttechnologie liefert hiervor allem DLC-Schichten (diamantartiger Kohlenstoff) und verschieden andere PVD-Schichten. DLC Beschichtungen wie auch andere PVD Schichten zeichnen sich vor allem auch durch Ihre hervorragenden Schicht-Verhalten bzgl. Reibung, gepaart mit ausgesprochen hoher Härte aus, was für viele Verschleissfälle von großem Vorteil ist.

Beschichtungen für den Verschleissschutz sind hier vor allem durch eine Steigerung der Härte aus, also des Widerstands gegen die plastische Verformung der Oberfläche. Aber auch bereits die dauerhafte Präsenz einer abriebfesten Beschichtung als Trennlage zur Reibungsminderung und Trennung der gegeneinander reibenden Oberflächen eines tribologischen Systems hat eine signifikante Wirkung zur Verhinderung von Verschleissversagen und Lebensdauerverlängerung.

Reibung

Oberflächeneffekte wie Reibung und Verschleiß bestimmen die Lebensdauer, Belastbarkeit und Einsatzgrenzen von Maschinen und Werkzeugen. Die moderne Oberflächentechnik kann in vielfältiger Weise helfen, deutliche Verbesserungen zu erzielen.

Der Steuerung der Reibung, das heisst der in einem tribologischen System wirkenden Reibkräfte, kommt hier eine zentrale Bedeutung zu. In den meisten Fällen ist eine Reduktion der Reibung erwünscht, um die Effekte zu verhindern, die durch hohe Reibkräfte auftreten:

- Einsparung von Energie
- Verringerung von Antriebsleistung
- Reduktion von Wärmeentwicklung durch Reibung
- Verlängerung von Wartungszyklen
- Verringerung von Stillstandszeiten
- Steigerung der Belastbarkeit
- Vermeidung von Verschleisseffekten, die durch Reibung erzeugt werden (Oberflächenermüdung, Tribooxidation, Reibmartensit)

Klassisch wird die Reibung durch die Anwesenheit von flüssigen Schmierstoffen beeinflusst. Die moderne Oberflächentechnik liefert für die Reibungsreduktion durch Oberflächenbeschichtungen die Möglichkeit für den Einsatz sehr effizienter Trockenschmierstoffe, die neben der Reduktion der Gleitreibung wegen der teilweise sehr hohen Härte einen sehr effizienten Verschleissschutz gegen adhäsiven Verschleiss und Abrasion ermöglichen.

Technologien die hier zum Einsatz kommen sind

- Galvanische Schichten
- Chemische oder aussenstromlose, autokatalytische Schichten, speziell Dispersionsschichten mit PTFE oder BN Partikeln
- PVD-Schichten und PACVD Schichten

Als wichtige Werkstoffgruppe stehen Dünnschichten wie die DLC-Beschichtungen (diamond like carbon, diamantartiger Kohlenstoff) zur Verfügung. Die Härte der DLC Schichten ist bei sehr niedriger Reibung in den relevanten tribologischen Systemen in einem weiten Bereich einstellbar.

Typische Anwendungen sind alle Arten von Maschinenbauteilen, speziell Gleitlager, Schrauben, Werkzeuge und Werkzeugkomponenten.

Neben der Reibwertsreduktion ist oft auch die Reibwertserhöhung von Interesse, um definierte Anzugsmomente in Schraubverbindungen zu erreichen. Hier kommen vorrangig Dispersionsschichten zum Einsatz, die durch die eingebauten Partikel einen Formschluss herstellen.

Korrosion

Korrosion (aus dem Lateinischen, corrodere ‚zersetzen‘, ‚zerfressen‘, ‚zernagen‘) ist aus technischer Sicht die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt. Korrosion kann zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils oder Systems führen.

Der Begriff der Korrosion ist in der DIN EN ISO 8044 (früher DIN 50900) definiert: „Korrosion ist die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt (Korrosionserscheinung) und zur Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteiles oder eines ganzen Systems (Korrosionsschaden) führen kann. In den meisten Fällen ist diese Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie jedoch auch chemischer oder metallphysikalischer Natur sein.“

Korrosionsarten werden nach Material, Ursache und Erscheinungsbild unterschieden. Die Norm definiert 37 verschiedene Korrosionsarten.

In der Technik werden neben werkstoffbasierter Korrosion weitere Arten der Korrosion anhand des Ortes ihres Auftretens unterschieden:

- Flächenkorrosion
- Lochfraßkorrosion
- Spannungsrisskorrosion
- Schwingungsrisskorrosion
- Spaltkorrosion
- Muldenkorrosion
- Interkristalline Korrosion
- Messerlinienkorrosion
- Erosionskorrosion
- Unterwanderungskorrosion
- Streustromkorrosion
​​​​​​​- Kontaktkorrosion
​​​​​​​- Hochtemperaturkorrosion

Die moderne Oberflächentechnik stellt eine Reihe verschiedener Möglichkeiten zur Verfügung, die, abhängig von den weiteren Randbedingungen einen sehr effizienten Korrosionsschutz ermöglichen.

Man unterscheidet aktiven und passiven Korrosionsschutz.

Für den auf Beschichtungen basierenden aktiven Korrosionsschutz werden meist Werkstoffe auf der Basis von Zink eingesetzt, dieses wirkt als Opferanode und schützt dadurch das betroffene Bauteil.

Beim passivem Korrosionsschutz wird eine Schutzschicht aufgetragen, die den Zutritt des korrodierenden Mediums zur Oberfläche behindert. Die beste Wahl dieser Schutzschicht hängt dabei stark von der korrodierenden Umgebung (Medien und Temperatur) ab.

Technisch wichtige Vertreter dieser Beschichtungen sind

- Galvanisch Nickel,
- Zinn,
- Versilbern
- Sulfamatnickel,
- chemisch Nickel (vor allem highphos Nickel) und
- Hartchrom.

Je nach Anforderung ist aber auch der Einsatz von PVD-Multilagenschichten möglich.

Nicht vergessen werden darf hier der Einsatz von Passivierungsverfahren, um definiert eine Passivschicht aus der Werkstoff-Zusammensetzung des zu schützenden Bauteils zu erzeugen.

Je nach geforderter Zusatzfunktion wie Verschleissschutz oder Reibungsreduktion ist der Aufbau von multitechnologischen Mehrlagenschichten von Vorteil. Hier wird die üblicherweise dickere Korrosionsschutzschicht mit einer Hartstoffschicht oder einem Trockenschmierstoff kombiniert.