Herstellung und Charakterisierung von trockenschmierfähigen und verschleißfesten Kombinationsschichten auf Leichtmetallen

Durch die steigende Nachfrage nach Leichtbauweisen gewinnt insbesondere die Entwicklung von Schichtverbundwerkstoffen und von leistungsfähigen Oberflächenveredelungsverfahren für Leichtmetallwerkstoffe und Bauteile zunehmend an Bedeutung. Aus der Gruppe der Leichtmetalllegierungen weisen Aluminium- und Magnesiumlegierungen aufgrund ihrer geringen Dichte das größte Potential zu bauteilabhängigen Gewichtsreduzierungen auf, jedoch ist der Einsatz dieser Materialien in tribologischen Anwendungen u. a. aufgrund der geringen Härte und Lasttragfähigkeit der Oberflächen in den meisten Fällen ausgeschlossen. Die vorliegende Arbeit stellt nach einem Überblick über die wichtigsten Oberflächenveredelungsverfahren für Leichtmetalle mit dem Konzept der Kombinationsschichten eine Schichtverbundtechnik vor, durch die zum einen die Verschleissfestigkeit von Oberflächen deutlich gesteigert wird und gleichzeitig eine geringe Reibungszahl im schmiermittelfreien Betrieb bzw. unter Minimalmengenschmierung erzielbar ist. Diese Kombinationsschichten bestehen aus thermisch gespritzten Hartstoff-Grundschichten, welche eine hohe Härte und gute Haftung sowie eine hohe Verschleissbeständigkeit und Tragfähigkeit der Oberfläche sicherstellen. Anschliessend wird in einem zweiten Verfahrensschritt eine trockenschmierfähige Deckschicht (z. B. ein Gleitlack oder eine anorganische Dünnschicht) aufgetragen, wodurch sich niedrige Reibungszahlen auch ohne den Einsatz zusätzlicher Schmiermedien erzielen lassen. Dadurch ergeben sich deutlich geringere Service- und Instandhaltungskosten von Maschinen und Anlagen, da teilweise auf aufwendige Drucköl- und Fettschmierungen komplett verzichtet werden kann. Die Kombinationsschichten können damit unter ökologischen Aspekten auch einen signifikanten Beitrag zur Entlastung von Wasser und Böden durch Reduzierung biologisch schwer abbaubarer Verbindungen leisten.