Die Modifizierung von Oberflächeneigenschaften gewinnt in der materialwissenschaftlichen Forschung und Technik zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen dieser Entwicklung beschäftigt sich diese Arbeit mit Einflüssen von plasmapolymeren Beschichtungen auf Elastomeren.
Gegenstand der Untersuchung ist insbesondere das Reib- und Verschleißverhalten. Das Ziel ist eine Reduktion von Reibung und Verschleiß. Die Eigenschaften der Oberflächen sollen der jeweiligen Anwendung angepasst und optimiert werden.
Um einen Bezug zur technischen Anwendung herzustellen, wurden die Elastomere Fluorkarbon-Polymer (FPM), Acrylat-Polymer (ACM) und Nitril-Butadien-Polymer (NBR) ausgewählt. Diese erweisen sich als typische Werkstoffe für dynamische Dichtungen aller Art. Die Beschichtung mit Siloxan auf Basis des Monomers Hexamethyldisiloxan (HMDSO) erfolgt im PECVD Prozess. Die Abscheidung erfolgt unter Variation der Prozessparameter.
Zur Untersuchung des Reib- und Verschleißverhaltens werden beschichtete und unbeschichtete Proben translatorisch oszillierend am Tribometer belastet. Es werden Versuche mit und ohne Schmiermittel durchgeführt. Eine ausführliche Darstellung der Ergebnisse und Auswertung ist der Hauptteil dieser Arbeit.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Grundlagen und Stand der Technik
2.1 Plasmatechnologie
2.1.1 Plasma
2.1.2 PECVD
2.2 Hexamethyldisiloxan
2.2.1 PECVD von HMDSO
2.3 Elastomere
2.3.1 Klassifizierung
2.3.2 Elastomerauswahl
2.4 Tribologie
2.4.1 Tribologie von Elastomeren
2.5 Radial-Wellendichtringe
3. Ziel und Methoden
3.1 Ziel
3.2 Versuchsaufbau und Durchführung
4. Darstellung der Ergebnisse und Auswertung
4.1 Druckverhalten des Grundwerkstoffs
4.2 Reibverhalten ohne Schmierung
4.3 Reibverhalten im geschmierten Zustand
4.4 Vergleich Trockenlauf und Schmierung
5. Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses von plasmapolymeren Beschichtungen (auf Basis von Hexamethyldisiloxan, HMDSO) auf das Reib- und Verschleißverhalten von Elastomeren, um durch Oberflächenoptimierung die Effizienz und Lebensdauer technischer Dichtungen zu steigern.
- Grundlagen der Plasmatechnologie (PECVD) und der Tribologie von Elastomeren
- Charakterisierung verschiedener Elastomerwerkstoffe (ACM, NBR, FPM) für Dichtungsanwendungen
- Tribometrische Untersuchung des Einlaufverhaltens und der stationären Reibzustände unter Trockenlauf- und Schmierbedingungen
- Analyse der Einflüsse von Prozessparametern wie Plasmaleistung, Gasmischungsverhältnis und Schichtdicke auf die tribologischen Eigenschaften
Auszug aus dem Buch
1. Einleitung
Die Modifizierung von Oberflächeneigenschaften gewinnt in der materialwissenschaftlichen Forschung und Technik zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen dieser Entwicklung beschäftigt sich diese Arbeit mit Einflüssen von plasmapolymeren Beschichtungen auf Elastomeren. Gegenstand der Untersuchung ist insbesondere das Reib- und Verschleißverhalten. Das Ziel ist eine Reduktion von Reibung und Verschleiß. Die Eigenschaften der Oberflächen sollen der jeweiligen Anwendung angepasst und optimiert werden.
Um einen Bezug zur technischen Anwendung herzustellen, wurden die Elastomere Fluorkarbon-Polymer (FPM), Acrylat-Polymer (ACM) und Nitril-Butadien-Polymer (NBR) ausgewählt. Diese erweisen sich als typische Werkstoffe für dynamische Dichtungen aller Art. Die Beschichtung mit Siloxan auf Basis des Monomers Hexamethyldisiloxan (HMDSO) erfolgt im PECVD Prozess. Die Abscheidung erfolgt unter Variation der Prozessparameter.
Zur Untersuchung des Reib- und Verschleißverhaltens werden beschichtete und unbeschichtete Proben translatorisch oszillierend am Tribometer belastet. Es werden Versuche mit und ohne Schmiermittel durchgeführt. Eine ausführliche Darstellung der Ergebnisse und Auswertung ist der Hauptteil dieser Arbeit.
Im nachfolgenden Kapitel wird zunächst der Stand der Technik vorgestellt und die Besonderheiten der Tribologie von Elastomeren erläutert.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung skizziert die Relevanz der Oberflächenmodifizierung für Elastomere zur Verschleißminderung und definiert die Zielsetzung sowie die methodische Vorgehensweise der Arbeit.
2. Grundlagen und Stand der Technik: Dieses Kapitel erläutert die Plasmatechnologie (PECVD), die Materialeigenschaften der untersuchten Elastomere und die physikalischen Grundlagen der Tribologie und Radial-Wellendichtringe.
3. Ziel und Methoden: Hier werden die Forschungsziele der Arbeit präzisiert und der detaillierte Versuchsaufbau sowie die verwendeten tribometrischen Messverfahren beschrieben.
4. Darstellung der Ergebnisse und Auswertung: Dieser Kernbereich analysiert das Druckverhalten sowie das Reib- und Verschleißverhalten der beschichteten und unbeschichteten Proben unter verschiedenen Parametern im Trockenlauf und geschmierten Zustand.
5. Fazit: Das Fazit fasst die gewonnenen Erkenntnisse zur Verschleißminderung durch Siloxan-Beschichtungen zusammen und bewertet die Eignung der untersuchten Werkstoffe für zukünftige Anwendungen.
Schlüsselwörter
Plasmapolymere Beschichtungen, Elastomer, Hexamethyldisiloxan, HMDSO, PECVD, Tribologie, Reibungskoeffizient, Verschleißminderung, Radial-Wellendichtring, Trockenlauf, Schmierverhalten, Adhäsionstheorie, Deformationstheorie, Oberflächenmodifizierung, Dichtungstechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten, durch eine plasmapolymere Beschichtung auf Basis von HMDSO das Reib- und Verschleißverhalten von Elastomeren (ACM, NBR, FPM) zu verbessern.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die zentralen Themen umfassen die Plasmabeschichtungstechnologie (PECVD), tribologische Prüfverfahren, die Analyse von Elastomer-Dichtwerkstoffen sowie das Verhalten der Materialien unter Trockenlauf- und Schmierbedingungen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist die Reduktion von Reibung und Verschleiß an Elastomeren, um die Effizienz technischer Dichtungen zu steigern und deren Lebensdauer zu verlängern.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Untersuchung verwendet?
Es kommen tribometrische Versuche zum Einsatz, bei denen beschichtete und unbeschichtete Elastomerproben in einer translatorisch oszillierenden Bewegung belastet werden, um Reibwerte und Verschleißspuren statistisch auszuwerten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich detailliert mit den Ergebnissen der Druckversuche sowie den Reibungsanalysen bei unterschiedlichen Beschichtungsparametern, Schichtdicken und Schmiermitteln.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit charakterisieren?
Die Arbeit lässt sich vor allem durch Begriffe wie Plasmapolymere Beschichtungen, Tribologie, Verschleißminderung, Elastomer, PECVD und Dichtungstechnik charakterisieren.
Wie beeinflusst der Sauerstoffgehalt im Prozess die Reibung?
Mit steigendem Sauerstoffanteil im Gasmischungsverhältnis sinken die Reibwerte tendenziell, da die Schicht quarzähnlichere und härtere Eigenschaften annimmt, bis sich ein Sättigungswert einstellt.
Warum zeigen unbeschichtete Proben ein höheres Reibniveau?
Unbeschichtete Proben weisen eine höhere Oberflächenrauigkeit auf und neigen stärker zu Adhäsionseffekten im Kontakt, was insbesondere ohne Schmierung zu signifikant höheren Reibkoeffizienten führt.
Welche Rolle spielt die Schichtdicke für die Stabilität?
Eine zu geringe Schichtdicke (z.B. 340 nm) erweist sich als instabil, da sie zu schnell abgetragen wird, während Schichtdicken ab 1 µm ein stabiles Reibverhalten über die Versuchsdauer gewährleisten.
Wie wirkt sich die Temperatur auf den Reibwert im geschmierten Zustand aus?
Höhere Temperaturen senken die Viskosität des Schmiermittels, was Diffusionsvorgänge in den Elastomergrundwerkstoff erleichtert und durch eine verstärkte innere Schmierung zu geringeren Reibwerten führt.
- Citation du texte
- Alex Friesen (Auteur), 2011, Plasmapolymere Beschichtungen zur Reduktion von Reibung und Verschleiß auf Elastomeren, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/340261
