Korrelation von Reibung und Verschleiß amorpher Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Lars Pastewka
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258153560

Viele technische Oberflächen sind amorph (oder glassartig). So werden dünne amorphe Schichten auf Oberflächen aufgetragen, um deren Eigenschaften wie Härte, Verschleiß- oder Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Beispiele hierfür sind die Gasphasensynthese amorpher Kohlenstoffe und Kohlenwasserstoffe oder das Plasmaspritzen von amorphen metallischen Legierungen. Viele Oberflächen werden auch ohne solch absichtliche Beschichtung durch die Wechselwirkung mit der Umgebung glassartig: Bespielsweise bildet Silizium ein amorphes Oberflächenoxid und Diamant wird bei Reibbelastung zu amorphem Kohlenstoff. Die amorphe Oberflächenschicht, welche auf Diamant gefunden wird, ist ein Beispiel für eine tribologisch induzierte Deckschicht, die oft Tribomaterial oder dritter Körper genannt wird. Solch ein Tribomaterial wird auf Keramiken wie auch Metallen gefunden. Da viele Oberflächen tribologische Belastung durch beispielsweise maschinelle Bearbeitung oder Polierprozesse erfahren, sind solche amorphen Oberflächenschichten allgegenwärtig.Diese amorphen Oberflächenschichten ändern die tribologischen Eigenschaften des Materials und beeinflussen Reibung und Verschleiß. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von Modellen für Reibung und Verschleiß in amorphen Schichten aus atomaren Grundprinzipien. Hierzu werden in Simulationen die unterschiedlichen Dissipationsprozesse und deren Beitrag zu Reibung und Verschleiß identifiziert. Es werden atomistische Simulationen auf kleinen Längenskalen durchgeführt, um Kontinuumsmethoden zu kalibrieren und mit diesen zu makroskopischen Skalen zu extrapolieren. So soll ein funktionaler Zusammenhang zwischen Reibungskoeffizient und Verschleißrate hergestellt werden. Die diesem Projekt zu Grunde liegende Vision ist, den Verschleiß, der schwierig zu messen ist, mit möglichst einfachen Methoden wie beispielsweise lediglich der Messung des Reibwertes zu bestimmen. So könnte der Verschleiß eines Reibkontakts während der Nutzung überwacht werden. Wäre dies möglich könnten Bauteile vor ihrem Versagen ausgetauscht werden und so Material- und Energieverbrauch aber auch Ausfall- und Verletzungsrisiken minimiert werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen