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Projekt
Feststoffschmierung durch Kohlenstoffnanoröhren: Grundlegendes Verständnis der Transferschichtbildung und der Gleitmechanismen durch Atomistik und experimentelle Nanoanalytik
Antragsteller
Professor Dr. Michael Moseler; Professor Dr.-Ing. Frank Mücklich
Fachliche Zuordnung
Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
Förderung
Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407711892
Reibung und der daraus resultierende Verschleiß führen zu Materialschäden an den beteiligten mechanischen Komponenten. Der Ersatz dieser Komponenten ist mit signifikanten Kosten verbunden, die sich jährlich auf etwa 5% des Bruttoinlandsproduktes einer hochindustrialisierten Nation aufsummieren. Gleichzeitig möchte man den Wechsel von Flüssigschmierstoffen hin zu Festschmierstoffen herbeiführen, um einerseits die Umweltbelastung und andererseits die Abhängigkeit vom schwindenden Erdöl zu reduzieren. Allerdings wird Festschmierung bisher nur dort eingesetzt, wo Flüssigschmierstoffe an ihre Grenzen stoßen. Das ist insbesondere unter extremen Bedingungen wie im Vakuum oder bei hohen Temperaturen der Fall, wo sich Flüssigschmierstoffe verflüchtigen, aber auch bei hohen Kontaktdrücken und Gleitgeschwindigkeiten. Die Weiterentwicklung und Auslegung von Festschmierstoffen, die gerade auch unter hoher Belastung funktionieren ist daher von hoher technologischer Bedeutung.Carbon Nanotubes (CNTs) sind zylinderförmige Nanostrukturen aus Kohlenstoffatomen mit hervorragenden mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften. Insbesondere können sie in Kombination mit geeigneten Abscheideverfahren und definierten Oberflächentopographien als wirkungsvolle und langanhaltende Festschmierstoffe eingesetzt werden. Allerdings bestehen gerade zu den mikroskopischen Mechanimsmen der Transferschichtbildung, der Schmierung an den Grenzflächen, der CNT-Degradation bei hohen Druckbelastungen sowie beim Transport der CNTs innerhalb des Tribokontakts noch viele Fragen. Daher ist ein gezieltes Design des jeweiligen CNT-Tribosystems noch nicht möglich. Ziel des Projekts ist es, zunächst ein deutlich vertieftes Verständnis der tribomechanischen und tribochemischen Aspekte auf mikroskopischer Ebene zu erlangen und die gewonnenen Erkenntnisse in Designregeln für den jeweiligen Anwendungsfall zu übersetzen. Das heißt, es gilt herauszufinden, welche Parameter einerseits die Transferschichtbildung zwischen CNTs und Reiboberflächen und andererseits die Reibreduktion beeinflussen. Methodisch kommt für die Projektbearbeitung eine Kombination aus atomistischen Simulationsmethoden, Triboexperimenten sowie physikalischen und chemischen Analysemethoden zum Einsatz.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortliche
Dr. Leonhard Mayrhofer; Dr. Gianpietro Moras; Dr.-Ing. Sebastian Suarez Vallejo
