Promotionsvortrag von Henning Moldenhauer

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Vertiefung der Kenntnisse über grundlegende strukturelle und physikalisch-chemische Prozesse im Kontakt von relativ zueinander bewegten Oberflächen mittels Raman-Spektroskopie. Mit diesem Wissensgewinn wird ein Schritt zur Verschleiß- und Reibungsüberwachung in Echtzeitanwendungen vollzogen. In der vorliegenden Arbeit wird die räumliche Verteilung von Raman-Signaturen mit verschlissenen metallischen Oberflächen korreliert und ihre mikrostrukturellen Eigenschaften untersucht. Es wird gezeigt, dass das tribologische Material typischerweise Oxide enthält und aus mikrooder nanoskaligen Partikeln besteht. Darüber hinaus sind die Eigenschaften und das tribologische Verhalten insbesondere von MoS2- und amorphen Kohlenstoffschichten empfindlich
gegenüber dem Abscheidungsprozess, der Nachbearbeitung und der umgebenden Atmosphäre.

Im Detail wird die räumliche Verteilung der Hämatit- und Magnetit-Raman-Moden zur Detektion stark verschlissener Stahloberflächen genutzt, die Raman-Signaturen von in Wolframkarbidbeschichtungen eingebautem Sauerstoff zur Bestimmung des Abnutzungsgrades der Beschichtung genutzt und das von abgeschiedenen MoS2-Schichten verschiedene chemische Verhalten von Drittkörper MoS2-Teilchen wird als Indikator für den Verschleißgrad der jeweiligen Beschichtung genutzt. Darüber hinaus werden Abscheidungsparameter identifiziert, die die Wahrscheinlichkeit der sp3-Bildung in amorphen Kohlenstoffschichten reduzieren, sowie Abscheidungsparameter, die das S/Mo-Verhältnis in MoSx-Schichten verschieben und deren Bindungslängen verändern. Zusätzlich werden Einflüsse auf den MoSx-
Schichtabstand, Spannungsrelaxation und ein basaler Reorientierungsprozess untersucht. Die Arbeit schließt mit einem Kapitel zur Tribofilmbildung in Stahl-Stahl-Kontakten, wobei nanoskalige Hämatit-, Magnetit- und amorphe Kohlenstoffpartikel den Tribofilm bilden. Hier wird die Akkumulation von amorphem Kohlenstoff in Bereichen mit Grübchenbildung beobachtet und eine Abschätzung der Blitztemperaturen gegeben. Außerdem wird Luftsauerstoff als entscheidend für den Reaktionsweg der Tribofilmbildung identifiziert.

Unter Berücksichtigung dieser Ergebnisse können die tribologischen Eigenschaften auf die gewünschte Anwendung zugeschnitten werden. Um die Analyse der spektralen Daten zu vereinfachen, wurde ein Softwarepaket entwickelt, das eine schnelle Korrelation der spektralen Informationen mit den Oberflächeneigenschaften ermöglicht. Das Softwarepaket erlaubt auch die Kombination der Streutechnik mit chemometrischen Methoden, die einen schnellen Einblick in große Datensätze geben und die durch konventionelle Analyse erhaltenen Ergebnisse unterstützt.