MoS₂-Trockengleitfilm-Beschichtungen (gebundene Feststoff-Schmierstoff-Beschichtungen) sind funktionalen Filme von meist 5–25 µm Dicke: Flockiges Molybdändisulfid (MoS₂) wird — häufig ergänzt um korrosionsschützende Zink-/Aluminium-Lamellen — durch anorganische oder organische Bindemittel (Natriumsilikat, Phosphat, Silan, Epoxid) auf dem Bauteil verankert. Tauch-Zentrifugal- oder Spritzauftrag und Einbrennen erzeugen den trockenen Gleitfilm, der ölfreie, staubempfindliche oder vakuumbeaufschlagte Fügungen dreifach absichert: Fressen verhindern, Reibung stabilisieren, Setzfaktor der Verschraubung beherrschen.
TL;DR — die Minute für Eilige
- Prinzip: Die S–Mo–S-Schichten des MoS₂ (Abstand d002 ≈ 0,62 nm, nur van-der-Waals-Verknüpfung) scheren leicht und walzen einen Übertragungsfilm auf den Gegenkörper; wenige µm genügen für Reibwerte 0,05–0,15.
- Die Umgebung entscheidet: gesputtertes MoS₂ erreicht im Vakuum/Inertgas µ = 0,04, in feuchter Luft ca. das Dreifache und nur etwa ein Zehntel der Lebensdauer; Graphit verhält sich umgekehrt — es braucht adsorbierten Wasserdampf und steigt im Hochvakuum über µ 0,5.
- Temperaturdecke: MoS₂ oxidiert an Luft ab etwa 350–400 °C zu hartem, schmirgelndem MoO₃; die meisten Bindemittel enden bei 150–330 °C — maßgeblich ist die schwächere Stufe.
- Schrauben sind der Kernmarkt: Prüfung nach ISO 16047 (µtot, µth, µb; T = K·F·d), K-Zielband etwa 0,12–0,16 mit Streuung ±0,02 — sonst wird unter- oder überzogen angezogen.
- Bewährter Aufbau: chromfreier Zink-Lamellen-Grundlack (8–15 µm, gehärtet bei 280–330 °C) plus niedrig härtende Gleit-Deckschicht (5–20 µm): 720–1.000 h neutrales Salzsprühen bestanden, ELV/RoHS/REACH-Chrom(VI)-Grenzen eingehalten — Standard bei Automotive-, Windkraft- und Bahnverschraubungen.
Kennzahlen
- Schichtgeometrie: 2H-MoS₂, Basalebene-Abstand d002 ≈ 0,615 nm (c-Achse ≈ 1,23 nm); geschert wird zwischen den Ebenen.
- Reibwerte: gesputtertes MoS₂ bis µ 0,04 im Vakuum; Ti-dotierte Schichten µ 0,05–0,08 an Luft mit über zehnfacher Verschleißlebensdauer (Jahrestagung der Vacuum Society Guangdong, 2015).
- Feuchtekosten: µ in feuchter Luft ≈ 3× Vakuumwert, Lebensdauer ≈ 1/10; MoS₂/Pb-Schichten wechseln bei 13 % zu 75 % rel. Feuchte vom mechanisch gesteuerten in den oxidationsgesteuerten Betrieb (Dissertationen der Chinesischen Akademie der Wissenschaften).
- Montagemechanik: ISO 16047:2005 für M3–M39 bei 10–35 °C, Drehzahl 10–40 min⁻¹ für M3–M16; rund 90 % des Anzugsmoments verbraucht die Reibung in Gewinde und Auflage, nur ~10 % wird Vorspannkraft.
- Prozessfenster: Zink-Lamelle: Vortrocknung 80–120 °C, Einbrennen 280–330 °C × 20–40 min, 8–15 µm; Gleit-Deckschicht 5–20 µm, organische Bindemittel härten bei 100–180 °C (kathodischer Tauchlack-verträglich).
- Regulatorik: ELV 2000/53/EG und RoHS 2011/65/EU begrenzen Blei, Cadmium, Quecksilber, sechswertiges Chrom auf 1.000 mg/kg je Werkstoff; REACH-Anhang XVII Eintrag 47 beschränkt Cr(VI)-Verbindungen.
1. Wirkprinzip: Lamellenscherung und Übertragungsfilm
Trockengleitfilm schmiert nicht mit Öl — er unterhält eine feste Scherschicht, die den Kontakt dauerhaft versorgt und repariert.
1.1 Warum Schichtkristalle gleiten
MoS₂ stapelt S–Mo–S-Dreiatomebenen: innen starke Bindung, dazwischen nur van der Waals. Unter Druck und Blitztemperatur der Rauheitsspitzen walzen die Flocken aus, richten sich parallel zur Oberfläche (Basaltextur); die Scherung läuft auf Lamellenniveau statt im Metall. Handelsübliche Pulver: Plättchen 2–10 µm mit Aspektverhältnis > 10 — die Dispergiergüte entscheidet über die Filmleistung.
1.2 Die Hälfte des Schmierstoffs lebt auf dem Gegenkörper
Im Betrieb wandert viel MoS₂ auf den Partner; die Einlaufphase mit fallendem µ ist das Zuschließen des Übertragungsfilms. Versagt die Nachschub — Überlast oder Oxidation zu MoO₃ in feuchter Wärme — fällt das System schlagartig auf Grenzkontakt zurück. Ausfall beim Trockengleitfilm ist eine Klippe, keine Rampe.
1.3 Das Bindemittel schmiert nicht; es verankert
Anorganische Binder (Silikat/Phosphat) mögen Hitze und Polieren, sind spröde und brauchen über 200 °C-Einbrand; organische (Epoxid, Silan, Urethan) härten bei 100–180 °C und passen zu bestehenden Grundlacken. Die Schichtdicke ist das Schmierstofflager: Gleitstrecke verbraucht es — Nachbeschichtungsintervalle bemessen sich daran.
2. Fünf Feststoff-Schmierstoffe im Vergleich
| System | Reibwert (typisch) | Luft-/Oxidationsgrenze | Vakuumverhalten | Feuchteverhalten | Einsatz |
|---|---|---|---|---|---|
| MoS₂ | Luft 0,05–0,15; Vakuum bis 0,04 | Oxidation ab ~350–400 °C | meist besser als Feuchtluft; Filmbildung geändert, dotierte Typen | feucht: µ ×3, Lebensdauer ÷10 | Verschraubungen, Kalibilden, Maschinenbau |
| WS₂ | vergleichbare Klasse, gut im Vakuum | etwas stabiler gegen Oxidation | Standardroute der Weltraum-Mechanismen | ebenfalls umweltsensibel | Satellitenmechanik, Ultrahochvakuum |
| Graphit | ~0,1 in feuchter Luft | oxidiert über ~450 °C | über 0,5 ohne adsorbierten Dampf | auf Wasserdampf angewiesen | Gießerei, heiße Nichtvakuum-Anwendungen |
| PTFE | 0,04–0,12 Anfang | Dauereinsatz ~260 °C | unempfindlich | chemisch träge | Anti-Anhaften; Kriechen beachten |
| h-BN | ~0,2–0,3 bei Raumtemperatur | bis ~900 °C in Luft stabil | höhere Scherfestigkeit | unempfindlich | heiße, isolierende Kontakte |
Werte verdichtet aus öffentlicher Literatur und Herstellerblättern; Last, Geschwindigkeit, Atmosphäre und Gegenkörper verschieben Ergebnisse um Größenordnungen — immer unter Nutzungsbedingungen qualifizieren.
3. Das Fenster aus Feuchte, Vakuum, Temperatur
3.1 Feuchte ist zweischneidig
Spuren Wasserdampf und Sauerstoff senken Reibung und Verschleiß von MoS₂; dauerfeuchte Luft beschleunigt die Oxidation. Messungen an Sputterfilmen: µ etwa dreimal, Lebensdauer ein Zehntel gegenüber Vakuum; im Wechsel 13–75 % rel. Feuchte driften unmodifizierte Filme, oxidationsstabilisierte Typen bleiben reproduzierbar. Faustregel: Feuchtespektrum qualifizieren, nicht einen einzelnen Laborwert.
3.2 Vakuum: Chance und Falle
Weltraum-Mechanismen sind der Klassiker: die Galileo-Entfaltungsstörung der Großantenne 1989 (NASA-Symposiumsbericht 1994) lehrte Redundanz in der Feststoff-Schmierung; MoS₂-Ta-Co-Sputtern und selbstjustierende Lager führen das Feld (Serles et al., Adv. Funct. Mater. 2022; Lince, Lubricants 2020; Review Front. Mech. Eng. 2023, DOI 10.1007/s11465-023-0755-1). Aber niedrige Vakuumreibung heißt nicht niedriger Verschleiß: Transferfilm-Haftung und Abriebverdichtung laufen anders als an Luft — Bodenversuche deshalb nur mit Marge auf den Orbit hochrechnen.
3.3 Temperatur: Meist gibt zuerst das Bindemittel nach
MoS₂ oxidiert bei ~350–400 °C; Zink-Lamellen brennen bei ~300 °C ein, organische Decklacke enden bei 150–250 °C. Maßgeblich ist der niedrigste der drei Schwellen (Schmierstoff, Binder, Anlasstemperatur des Werkstoffs) — und die Kälte: Reif, Kondensat und thermische Zyklen treiben Risse in dünne Filme.
4. Auftrag: Schicht, Dicke, Härtung
Beim Schraubenvolumen dominiert Tauchen-Zentrifugieren (Gewindegang, Gleichmaß); Spritzen für große/selektive Teile; Pinselflecken nur für Wartung. Standard-Duplex: Reinigen/Strahlen → Zink-Lamellen-Grundlack → Hochtemperatureinbrand → Gleit-Decklack niedriger Härtung. Der Gesamtauftrag vergrößert den Flankendurchmesser des Gewindes — 8–15 µm-Führung plus Nachschneiden oder Übermaßklasse hält die Gewindelehren im Griff. Über 300 °C verbrennt der Kathodentauchlack — darum härtet der Gleitdecklack bei 100–180 °C. Zu steile Vortrocknung schließt Blasen ein; Spitzenwert und Haltezeit steuern Keramikbildung, Haftung (Gitterschnitt GB/T 9286) und µ-Reproduzierbarkeit — chargenweise protokollieren.
5. Verschraubungsprüfung: ISO 16047 und K-Steuerung
Anzugverhalten: T = K·F·d. ISO 16047:2005 löst die Reibung über Kellermann–Klein: µtot = (T/F − P/(2πd))/(0,577d + 0,5D_b), mit getrennter Messung von Gewindereibung µth und Auflagenreibung µb — das zeigt, welche Kontaktstelle zu korrigieren ist. Blanker Trockenstahl streut um K 0,15–0,25; geschmierte Zink-Lamellen-Ware zielt auf K ≈ 0,13 (Band 0,12–0,16, µtot 0,10–0,15, ±0,02). Da rund 90 % des Moments in Reibung verbrennt, werden kleine K-Drifts große Vorspannfehler — Chargen auf K-Verteilung freigeben, nicht auf Einzel-µ.
| Bild | Ursache | Prüfung & Korrektur |
|---|---|---|
| Moment erreicht, Klemmkraft zu niedrig | hohes µ; Film durchgestoßen | µth/µb-Aufteilung nach ISO 16047; dickere Deckschicht oder Gleittyp |
| Schrauben fließen/reißen | zu niedriges µ; Chargen gemischt | K-Wareneingangsprüfung; oxidationsstabiler Schmierstofftyp |
| Lehrring „geht nicht“ | Mitteldurchmesser gewachsen | Nachschneiden; Übermaßklasse; Dickenlimit 8–15 µm |
| Weiß-/Rotrost an Kanten | dünne Kantendeckung | Zentrifugier-/Ablaufparameter; Kantendickenprüfung |
| Risse, Abblättern | zu schnelle Aufheizung; fetter Untergrund | flachere Härtungskurve; Entfettungsbad-Kontrolle |
6. Auswahlliste
- Betriebsprofil festlegen: Temperatur-/Feuchtebänder, Vakuumexposition, Last, Gleitstrecke, Salznebel-Parallelität.
- Schmierstoffphase wählen: MoS₂ für Standard; Ti/Ta-stabilisiert oder WS₂ für feucht-heiß oder Vakuum; PTFE für Trennung; h-BN für heiße Isolation.
- Binder und Härtungskette zum Grundlack legen (Kathodentauchlack → nur tiefhärtender Decklack).
- Momentziel vorbelegen: K-Band, Prüfplan, µth/µb-Aufteilung nach ISO 16047.
- Gewindefreimaße und Nachschneiden vor Konstruktionsfreigabe klären.
- Lebensdauer designen: Dicke = Schmierstofflager; Nachbeschichtungsintervalle; keine örtliche Ausbesserung an vorspannkritischen Fügungen.
- Konformität belegen: Cr(VI)/Schwermetalle nach ELV/RoHS/REACH, Drittberichte ablegen.
FAQ
Q1: Unterschied zwischen Trockengleitfilm und MoS₂-Fett oder -Paste?
Der eingebrannte Film blutet nicht, bindet keinen Staub und wiederholt seinen Setzfaktor; Pasten tragen Öl, das wandert und verdunstet. Reinraum, Halbleiterwerkzeuge und momentkritische Verschraubungen wählen den Trockenaufbau.
Q2: Datenblatt sagt µ = 0,05, die Montage misst 0,13 — wieso?
Das Datenblatt gilt für einen genormten Prüfstand mit definierter Last, Geschwindigkeit, Atmosphäre und Gegenkörper; die Montage mischt Gewinde und Auflage, dazu Schichtdicke und Chargenstreuung. Beide Größen sind verschiedene Konten — prüfen nach ISO 16047 unter Nutzungsbedingungen.
Q3: Wie übersteht der Film feuchten Einsatz?
Oxidationsstabilisierte (dotierte) Typen, Dichte aushärten, Duplex konsequent fahren: Grundlack trägt das Salz, Gleitdecklack ist Verbrauchsschicht mit geplanten Nachbeschichtungen.
Q4: Bei 10.9/12.9-Schrauben: Reibstreuung oder Wasserstoffversprödung?
Beides, aus verschiedenen Quellen: galv. verzinkte hochfeste Teile brauchen ~200 °C-Ausbacken binnen vier Stunden; der stromlose Weg Zink-Lamelle + Trockengleitfilm nimmt die Wasserstoffquelle ganz, die K-Prüfung hält die Reibung.
Q5: Beeinflusst der Decklack die Erdung?
Ja — anorganische Lamellensysteme leiten schlecht. Erdungsflächen abdecken oder leitfähigen Aufbau wählen; öffentliche Zink-Lamellen-Leitfäden führen denselben Hinweis.
Q6: Reicht eine lokale Ausbesserung?
Für niedrig belastete Führungen ja — mit Protokoll. Für vorspannkritische Schrauben: komplett nachbeschichten oder tauschen; eine lokale Reparatur erreicht weder die Dichte des Tauch-Zentrifugal-Auftrags noch seinen Reibwert.
Stand: 2026-10-18 ｜ Erarbeitet vom Technikteam von Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd.
Quellen: ISO 16047:2005; Wei Chunbei et al., Vacuum Society Guangdong Jahrestagung 2015; CAS-Dissertationen zu MoS₂-Schichten; J. Mech. Eng. 2017 (CF170 im Vakuum); Johnson, 28th Aerospace Mechanisms Symposium, NASA 1994; Serles et al., Adv. Funct. Mater. 2022, 32(20):2110429; Lince, Lubricants 2020, 8(7):74; Front. Mech. Eng. 2023, DOI 10.1007/s11465-023-0755-1; öffentliche Zink-Lamellen-Prozessdaten; EU 2000/53/EG, 2011/65/EU, REACH Anhang XVII Nr. 47; GB/T 10125; GB/T 9286.