Open Access

Jasmin A. Seitz

• Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung und Charakterisierung amorpher Kohlenwasserstoffschichten (DLC) für den Einsatz als Verschleißschutz auf Ventiltriebskomponenten. Neben der Verschleißoptimierung wird das Potential der Beschichtungen zur Reibungsreduktion im Verbrennungsmotor analysiert. Die Untersuchung der Hartstoffbeschichtungen beinhaltet die Betrachtung von Einzelheiten des plasmagestützten Herstellungsprozesses mittels optischer Emissionsspektroskopie sowie eine ausführliche Analyse der Schichteigenschaften. Anhand des Einflusses von Dotierungen mit Stickstoff und Silizium werden die strukturellen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften der wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschichten im Detail untersucht. Hierfür werden neben optischen und taktilen Methoden ebenso zerstörende Prüfverfahren eingesetzt. Besonderes Augenmerk liegt auf der tribologischen Charakterisierung, welche anhand eines Schwing-Reib-Verschleiß-Tribometers und einesDie vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung und Charakterisierung amorpher Kohlenwasserstoffschichten (DLC) für den Einsatz als Verschleißschutz auf Ventiltriebskomponenten. Neben der Verschleißoptimierung wird das Potential der Beschichtungen zur Reibungsreduktion im Verbrennungsmotor analysiert. Die Untersuchung der Hartstoffbeschichtungen beinhaltet die Betrachtung von Einzelheiten des plasmagestützten Herstellungsprozesses mittels optischer Emissionsspektroskopie sowie eine ausführliche Analyse der Schichteigenschaften. Anhand des Einflusses von Dotierungen mit Stickstoff und Silizium werden die strukturellen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften der wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschichten im Detail untersucht. Hierfür werden neben optischen und taktilen Methoden ebenso zerstörende Prüfverfahren eingesetzt. Besonderes Augenmerk liegt auf der tribologischen Charakterisierung, welche anhand eines Schwing-Reib-Verschleiß-Tribometers und eines Zylinderkopf-Komponentenprüfstandes durchgeführt wird. Auf diese Weise gelingt eine Charakterisierung der untersuchten Schichten beginnend beim Abscheideprozess, über die physikalischen Eigenschaften, dem Reib- und Verschleißverhalten im Labormaßstab, bis hin zur Betrachtung in der Anwendung. Der direkte Vergleich von Ergebnissen sowohl aus Testmethoden im Labormaßstab als auch aus der Anwendung im Zylinderkopf ermöglichen es, eine Optimierung der Verschleißschutzschichten und eine Anpassung der Beschichtung an das tribologische System vorzunehmen. Gleichzeitig werden die Schwierigkeiten der Übertragbarkeit zwischen unterschiedlichen tribologischen Systemen aufgedeckt. Insgesamt wird eine Erhöhung der Verschleißresistenz bei simultaner Reibungsreduktion im betrachteten Zylinderkopf realisiert.…
• This report examines the development and characterization of diamond like carbon coatings (DLC) for use as wear protective coatings on valve train components. In addition to the optimization of the wear behavior, the potential for friction reduction in a combustion engine is analyzed. This investigation of these hard coatings includes details of the plasma assisted deposition process through optical emission spectroscopy as well as a detailed analysis of the properties of these coatings. The structural, mechanical and tribological performance of the hydrogenated carbon coatings are examined in detail on the basis of the influence of doping with nitrogen and silicon. For this purpose, optical, tactile and destructive test methods are applied. Particular attention is given to the tribological characterization, which is carried out on an oscillating tribometer and a cylinder head test rig. Thus a characterization of the investigated coatings was successfully obtained, starting withThis report examines the development and characterization of diamond like carbon coatings (DLC) for use as wear protective coatings on valve train components. In addition to the optimization of the wear behavior, the potential for friction reduction in a combustion engine is analyzed. This investigation of these hard coatings includes details of the plasma assisted deposition process through optical emission spectroscopy as well as a detailed analysis of the properties of these coatings. The structural, mechanical and tribological performance of the hydrogenated carbon coatings are examined in detail on the basis of the influence of doping with nitrogen and silicon. For this purpose, optical, tactile and destructive test methods are applied. Particular attention is given to the tribological characterization, which is carried out on an oscillating tribometer and a cylinder head test rig. Thus a characterization of the investigated coatings was successfully obtained, starting with the coating process and analyzing the physical properties, the friction and wear behavior in laboratory scale and in the application. The direct comparison of the results from both test methods, in laboratory scale and the application in the cylinder head, enable an optimization of the hard coatings and an adaption to the tribological system. The difficulties in the transferability among different tribological systems are detected simultaneously. In summary an increase of the wear resistance and a reduction of the friction in the considered cylinder head is found.…