Tribologische Kontakte leisten einen wesentlichen Beitrag zum globalen Energieverbrauch und zu den damit verbundenen CO2-Emissionen, vor allem durch Reibungsverluste und verschleißbedingtes Bauteilversagen. Die Verbesserung von Effizienz und Lebensdauer solcher Kontakte ist daher von großem technologischem Interesse, insbesondere in Anwendungen, in denen konventionelle Flüssigschmierstoffe ungeeignet sind. Unter den neuartigen Festschmierstoffen haben zweidimensionale Übergangsmetallcarbide und -nitride (MXene) aufgrund ihrer geschichteten Struktur, ihrer einstellbaren Oberflächenchemie und ihrer vorteilhaften tribologischen Eigenschaften besondere Aufmerksamkeit erlangt. Während Ti3C2Tx MXene intensiv untersucht wurden, sind Nb2CTx MXene sowie hybride MXen-Systeme bislang wenig erforscht.Diese Arbeit untersucht das tribologische Verhalten hybrider Ti3C2Tx–Nb2CTx-MXen- Beschichtungen sowie den Einfluss von Herstellungs- und Konsolidierungsstrategien auf deren Stabilität und Lebensdauer. Der Fokus liegt auf binderfreien Prozessrouten, bei denen die Leistungssteigerung durch Optimierung der Herstellung statt durch chemische Modifikation erreicht wird. Hybride Beschichtungen mit Massenverhältnissen von 25:75, 50:50 und 75:25 (Ti3C2Tx:Nb2CTx) sowie Referenzbeschichtungen aus einzelnen MXenen wurden mittels LuftsprühverfahrenVerfahren oder Tropfguss auf spiegelpolierte X5CrNi18-10-(1.4301-)Edelstahlsubstrate aufgebracht und anschließend kalt- oder heißgepresst.Die Beschichtungen wurden mittels Laser-Scanning-, Rasterelektronen- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie energiedispersiver Röntgenspektroskopie charakterisiert. Tribologische Untersuchungen wurden in linearen reziproken Gleitversuchen gegen einen Al2O3-Gegenkörper bei 1 N Normalkraft durchgeführt, entsprechend einem maximalen Hertz’schen Kontaktdruck von etwa 0,7 GPa. Diese vergleichsweise hohen Belastungen dienten der Bewertung der Haftung und der Tribofilmstabilität. Die Ergebnisse zeigen, dass vor allem die Beschichtungshaftung und strukturelle Integrität die Dauerhaftigkeit bestimmen, während die Schichtdicke eine untergeordnete Rolle spielt.Hybride Beschichtungen, insbesondere mit Nb2CTx-Anteil, zeigten eine höhere Stabilität als Einzel-MXen-Beschichtungen. Eine mechanische Konsolidierung erwies sich als entscheidend, da vorkompaktierte Schichten eine deutlich erhöhte Beständigkeit unter hohen Kontaktpressungen aufwiesen. Damit wird gezeigt, dass allein durch geeignete Herstellungs- und Konsolidierungsstrategien die tribologische Leistungsfähigkeit binderfreier MXen-basierter Schmierstoffe für anspruchsvolle Einsatzbedingungen deutlich verbessert werden kann.
Alex Werdaner (Sun,) studied this question.