Reibungsfilme

Reibungsfilme sind dünne Schichten, die zwischen Kontaktflächen entstehen oder gezielt aufgebracht werden, um Reibung und Verschleiß zu verringern. Sie treten als flüssige Schmierfilme oder als Festkörperbeschichtungen auf und zeichnen sich durch Dicken im Bereich von wenigen Nanometern bis Mikrometern aus.

Flüssige Reibungsfilme entstehen durch Schmierstoffe, die zwischen Oberflächen verbleiben. In der Hydrodynamik können sie Dicken bilden, die Tragfähigkeit sicherstellen, während in der Grenzschmierung meist Additive und chemische Adsorption eine Schutzschicht erzeugen, die direkten Kontakt reduziert.

Festkörperreibungsfilme bestehen aus festen Schmierstoffen wie Molybdändisulfid (MoS2), Graphit, Tungsten Disulfide (WS2) oder diamantähnlichen Kohlenstoffen (DLC). Sie bilden eine glidende Schicht, die Reibung und Verschleiß bei hohen Belastungen verringert. Die Beschichtungen lassen sich durch Abscheidungsverfahren wie PVD, CVD, Sputtering oder ALD aufbringen und an spezifische Betriebsbedingungen anpassen.

Anwendungsgebiete finden sich in Wälz- und Gleitlagern, Zahnrädern, Werkzeugmaschinen, Festplatten, Mikroelektronik und MEMS, wo Bauteile besonders geringe Reibung oder Grenzschmierung benötigen.

Charakterisierung und Leistung werden durch Dicke, Haftung, Viskosität, Temperaturstabilität sowie den Grenzreibungskoeffizienten μ beschrieben. Typische Messmethoden umfassen Tribometer-Versuche, AFM, Ellipsometrie, XPS oder TOF-SIMS. Die Wahl der Reibungsfilme hängt von Betriebsbedingungen wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und chemischer Umgebung ab.

Herausforderungen umfassen Alterung und Degradation der Filme, Filminterdiffusion, Haftung an das Substrat, Kosten und Kompatibilität mit Basismaterialien. Forschung zielt auf stabilere Materialien, niedrigere Reibung und bessere Verschleißfestigkeit unter realen Bedingungen.

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