Anwendung nanoskaliger Konzepte zur Optimierung technischer Tribosysteme

Abstract

In dieser Arbeit wurden mikroskopische Prozesse, die der Reibung in makroskopischen Tribosystemen zugrunde liegen, untersucht. Im ersten Teil dieser Studie wurden die tribologischen Eigenschaften eines relativ neuen Schichtsilikat-basierten Mikroteilchen-Öladditivs von der Firma Rewitec GmbH analysiert. Unter Verwendung eines pin-on-disk Öltribometers, XPS und eines Lasermikroskops wurde festgestellt, dass das Additiv eine reibungsmindernde Wirkung in vielen gängigen Ölen aufweist, und Rauheit und Temperatur der Kontaktoberflächen reduziert. Außerdem konnte indirekt gezeigt werden, dass der Reibungsreduktion das Scheren der Schichtsilikat-Plättchen zugrunde liegt, wobei die Teilchen an den Oberflächen adsorbieren und im tribologischen Kontakt geschert werden. Zudem wird die beanspruche Eisenoberfläche durch den beim Scheren frei werdenden Sauerstoff zusätzlich passiviert, sodass Adhäsion vermieden wird und die Oberfläche härter wird. Die kleinen und harten Schichtsilikat-Teilchen üben dabei auch eine polierende Wirkung aus. Schließlich wurden zusätzlich zahlreiche Informationen über Wechselwirkungen mit anderen Additiven, den Einfluss des Additivzugabezeitpunkts, optimale Dosierung, Temperaturabhängigkeit der Wirkung und Wirkungsdauer gewonnen.Im zweiten Teil wurde ein erster Schritt bei der Analyse der tribologischen Eigenschaften des Glases bei hohen Temperaturen unternommen, denn nach dem aktuellen Kenntnisstand ist dieser Bereich der Tribologie noch unerforscht, sodass keine Studien dazu in Literatur zu finden sind. Für diese Fragestellung wurde ein spezielles Hochtemperatur-Tribometer entwickelt, konstruiert und in Betrieb genommen. Anschließend wurden mehrere zuverlässige Verfahren zur tribologischen Analyse des Glases ausgearbeitet, die erfolgreich auf die Glassorten Schott B270 und Sumita K VC-89 angewendet wurden. Zum Vergleich wurde mit den selben Methoden das Acrylglas (PMMA) getestet. Die durchgeführten Experimente liefern neue Information über die Reibung in Abhängigkeit von der Temperatur, wobei je nach Temperaturbereich entweder die Materialeigenschaften oder die durch Verformung veränderten geometrischen Eigenschaften des Kontakts den Reibungsprozess bestimmen. Die Glassorte K VC-89, die bei hohen Temperaturen ziemlich reaktiv ist, hat gezeigt, dass die am Gegenkörper entstehenden Glasablagerungen den Reibungsvorgang enorm beeinflussen. Die gewonnenen Erkenntnisse sind sowohl aus wissenschaftlicher Sicht interessant, da sie noch unerforschte Effekte der Tribologie beschreiben, können aber auch für industrielle Glaslinsenhersteller von großer Relevanz sein, da in dieser Arbeit bewusst zwei oft für das Präzisionsblankpressen verwendete Glassorten untersucht wurden.