Elementarprozesse bei der Entstehung nanokörniger und ultrafeinkörniger Zonen (N&UFK) beim Hochtemperatur-Gleitverschleiß (HTV)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268254585

Der HTV bestimmt die technisch nutzbare Lebensdauer vieler technologisch wichtiger metallischer Systeme, z.B. von Ventilen und Ventilsitzen in Dieselmotoren. Wenn zwei Körper unter HTV Bedingungen aufeinander verschleißen, kommt es in den Oberflächenzonen zu einer tribologisch induzierten Änderung der Mikrostruktur. Es bilden sich dort dünnste mehrlagige Schichten aus, welche das Verschleißverhalten bestimmen. Im hier geplanten Projekt soll eine spezielle tiefere Zone solcher Schichten untersucht werden, in der sich Nanokörner und ultrafeine Körner (N&UFK) ausbilden. Die Elementarmechanismen, die zur Bildung dieser N&UFK-Zonen führen, sind für das mikrostrukturelle Verständnis von Verschleißvorgängen von zentraler Bedeutung. Es sollen Modellwerkstoffe in einem oszillierenden Gleitverschleiß-Hochtemperaturtribometer definiert beansprucht werden (unter Ar und an Luft). Dann sollen sie nach Zielpräparationen (mit Hilfe von fokussierten Ionenstrahlen, FIB) mit Hilfe der Durchstrahlungselektronenmikroskopie (STEM HAADF Methode, die gut geeignet ist kollektive Phänomene in größeren Probenbereichen zu untersuchen), nach definierten Verschleißbelastungen charakterisiert werden. Die Entstehung der N&UFK-Zone soll in Abhängigkeit von Temperatur, Normalkraft, Frequenz und Gleitweg beschrieben werden. Die Untersuchungen sollen an den Modellwerkstoffen Al-11Zn und Al-5Mg durchgeführt werden, die sich unter Kriechbedingungen und unter Bedingungen von Hochverformungsverfahren (wie ECAP und HPT) in ihrer Neigung zur Substrukturbildung unterscheiden. Sie sollen im HTV-Versuch als Scheibenwerkstoffe im Temperaturbereich zwischen 300 und 500°C gegen eine sehr viel verschleißbeständigere Wälzlagerstahlkugel vom Typ 100Cr6 beansprucht werden. Ziel der geplanten Untersuchungen ist, zu einem besseren Verständnis der Strukturbildungsprozesse von N&UFK-Zonen in Triboschichten metallischer Werkstoffe beim HTV beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen