Reibwertminderung durch Laserbasierte Oberflächenmodifikation

Mittels DLIP strukturierte ta-C-Schicht, Periode: 180 nm
© Fraunhofer IWS Dresden
Mittels DLIP strukturierte ta-C-Schicht, Periode: 180 nm
Verschleißverhalten von ta-C im Zugbiegeversuch
© Fraunhofer IWS Dresden
Verschleißverhalten von ta-C im Zugbiegeversuch

Die Reduktion bzw. das Vermeiden von Reibung und Verschleiß stellt beispielsweise in der Automobilbranche immer noch eine große Herausforderung dar. Die vermeidbaren Verluste durch diese Faktoren führen hierbei zu wirtschaftlichen Einbußen von bis zu 5 % des Bruttosozialproduktes einer Industrienation. Am Fraunhofer IWS wird daran geforscht, diese Verluste einerseits durch Beschichtungen und anderseits durch Laserstrukturierungen von Bauteiloberflächen zu minimieren.

In diesem Zusammenhang wurden reibungsarme tetraedrisch-amorphe Kohlenstoffschichten (ta-C) mittels Direkter Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) mit periodischen Mikro- bzw. Nanotopographien ausgestattet. Dabei konnten u.a. Nanostrukturen mit 90 nm Breite (Periode: 180 nm) mit einem Laserpuls hergestellt werden.

Tribologische Untersuchungen an diesen funktionalen Oberflächen zeigten, dass sich adhäsive Kräfte zwischen den Reibpartnern signifikant verringerten. Gleichzeitig dienten die durch die DLIP erzeugten Vertiefungen als Schmiermittelreservoir. Im Ergebnis wurde der Reibwert der bereits reibungsarmen ta-C-Schichten um weitere 30 % verringert.

Beide Technologien, Beschichtung und Direkte Laserinterferenzstrukturierung, können sowohl auf flache, große Oberflächen als auch auf komplexe Bauteile wie Kegelräder angewendet werden. Somit bieten sie ein breites Anwendungsspektrum.