AWEARNESS - Anti-Wear-Effectiveness of Additives using a Rabinowicz and Eyring based Simulation Scheme

• Antragsteller: Dr.-Ing. Florian Pape; Professor Dr. Lars Pastewka; Professor Dr.-Ing. Gerhard Poll; Professor Dr. Valentin L. Popov
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461911253

Geschmierte Systeme finden sich in zahlreichen ingenieurstechnischen Anwendungsgebieten. Im klassischen Szenario trennt eine Schmierschicht ausreichender Dicke die Oberflächen von Komponenten, die sich relativ zueinander bewegen. Man spricht hier von elastohydrodynamischer Schmierung. Verschleiß tritt dabei nicht auf. Viele moderne Schmiersysteme arbeiten jedoch im Regime der Mischreibung. Oberflächen oder ihre Rauigkeitsspitzen (Asperiten) kommen in direkten Kontakt, was zu erhöhtem Verschleiß und reduzierter Lebensdauer von Komponenten führt.Verschleißschutzadditive werden dem Schmiermittel zugesetzt, um Verschleiß am Grundwerkstoff durch die Ausbildung von schützenden Oberflächenschichten zu verhindern. An direkten Kontaktpunkten sind nun diese Schutzschichten hohen Scherbelastungen ausgesetzt und verschleißen. Simultane Neubildung kann jedoch ein Gleichgewicht zwischen Schichtabtrag und Schichtaufbau bedingen. Schlussendlich entscheidet die Existenz eines solchen Gleichgewichts über die Gewährleistung eines effektiven Verschleißschutzes. Dieses binäre Verhalten führt zu der Unterscheidung zwischen mildem und starkem Verschleißregime (mild wear, severe wear) in tribologischen Experimenten. Das primäre Ziel des AWEARNESS-Projekts ist die Entwicklung einer robusten Vorhersagemethodik zu den Verschleißmodi (mild/severe) eines Tribo-Systems bei Präsenz eines chemischen Schmiermitteladditivs. Das Sekundärziel ist die quantitative Abschätzung der Verschleißrate als Funktion der Arbeitsbedingungen im starken Verschleißregime.AWEARNESS legt den Schwerpunkt auf Zinkdithiophosphate (ZDDP), die weitest verbreitete Familie von Verschleißschutzadditiven. ZDDP formen Phosphatglas-basierte Schutzschichten auf metallischen Substraten. Aktuelle Studien belegen die Verlässlichkeit eines Eyring-Modells zur Beschreibung der Schichtwachstumskinetik. Hierbei wird die durch Scherspannung begünstigte, thermisch aktivierte Zerlegung von ZDDP als ratenbegrenzender Reaktionsschritt angenommen. Die Neigung zu lokalem Schichtabtrag dagegen beurteilen wir anhand eines geeigneten Rabinowicz-Kriteriums.AWEARNESS trifft zwar ZDDP-spezifische Vorhersagen, die dabei entwickelte Methodik jedoch deckt ein breites Anwendungsfeld ab. Fundierte Aussagen zu Parametern, die mildes und starkes Verschleißregime eines Systems voneinander abgrenzen, sind für Wissenschaft und Industrie gleichermaßen wertvoll. Die Antragsteller bringen die dafür nötige Expertise in den Feldern der chemischen und physikalischen Modellierung sowie umfangreiche Erfahrung in der experimentellen Schmiermittelprüfung mit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen