Self-lubricating coatings can be used to increase the service life of machine parts which are subjected to high mechanical loads. The present work is concerned with the combination of nitriding and a subsequent Ti-doped MoS₂ coating. The focus of the investigations is on the impact of the compound layer on the wear behavior of the coating since the changes in the surface topography due to compound layer growth and pore formation inside the compound layers are expected to have an impact of the adhesion strength and the wear behavior. For this purpose, compound layers with varying thickness and porosity were formed in the surface area of the material EN31CrMoV9 by gas nitriding. A MoS₂:Ti PVD monolayer was applied directly on the compound layers. The wear behavior was evaluated using the pin-on-disc test. The MoS₂:Ti solid lubricant coatings show good adhesion on the compound layers without any interlayer. Compared with the nitrided reference state, the coating significantly improved the wear behavior of the surface treated material.

For special applications, the lubrication of gearboxes with liquid lubricants is not feasible. Liquid lubricants lose their positive lubricating properties when exposed to high contact stress and temperature fluctuations, for example. In the food industry and medical technology, liquid lubricants are often not permitted due to hygiene regulations. Solid lubricants offer an approach to implement dry tooth contacts. In this report, three different solid lubricant coating systems are investigated under different operating conditions. The focus of the experi mental investigation is the application behavior in terms of friction force and wear behavior. In a direct comparison, the MoS2:Ti-TiN coating system achieves the highest load level and exhibits a station ary frictional force behavior compared to the a-C:H:Ti-TiN coating system. In the wear investigation, continuous coating wear was found in addition to coating delamination. The layer wear correlates with an increasing friction force in interval operation.

Zusammenfassung: Der Einsatz von Flüssigschmierstoffen in Zahnradantrieben ist aufgrund der Schmierstoffeigenschaften, zum Beispiel durch Hygienerichtlinien oder hohe Temperaturschwankungen, eingeschränkt. Festschmierstoffe sind eine Alternative zu Flüssigschmierstoffen in Zahnradantrieben. Die Anforderungen an den Schmierstoff im Zahnflankenkontakt werden jedoch von einem Festschmierstoff nicht in gleichem Maße erfüllt wie von einem Flüssigschmierstoff. Der Stand der Forschung zeigt, dass das Einsatzverhalten in Bezug auf die Reibungskraft und die Prüflingstemperatur nicht stationär ist. Zur Kenntnis des Einsatz- und Verschleißverhaltens im Zahnflankenkontakt werden Prüfzahnräder mit einem MoS2:Ti-TiCN Festschmierstoffsystem beschichtet und in Laufversuchen analysiert. Der Vergleich der Lastspielzahlen bei zwei verschiedenen Belastungsstufen zeigt, dass die Lebensdauer des feststoffgeschmierten Zahnradsatzes mit zunehmendem Drehmoment abnimmt. Bei der Analyse der Zahnflanken nach den Laufversuchen lassen sich verschiedene Verschleißerscheinungen feststellen. Es kann zwischen Verschleiß der Festschmierstoffschicht, lokalem Schichtversagen und vollständigem Schichtversagen unterschieden werden. Die mikroskopische Verschleißanalyse zeigt, dass der Verschleiß an Ritzel und Rad unterschiedlich stark ist. Tendenziell ist ein höherer Verschleiß in den Bereichen mit hohen Gleitgeschwindigkeiten in Kombination mit negativem Schlupf zu beobachten. Für zukünftige Laufversuche mit trockenen und feststoffgeschmierten Zahnrädern muss die Früherkennung von Schichtversagen untersucht werden. Darüber hinaus ist die Übertragbarkeit des Verschleißes vom Zwei-Scheibe-Kontakt auf den Zahnflankenkontakt zu untersuchen.