FOR 5962:  Multiskalenmodellierung der Reaktionsschichtbildung

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556252784

Die Gebrauchsdauer von Maschinenelementen wird maßgeblich durch Reibungs- und Verschleißprozesse bestimmt. Unsicherheiten bei der Berechnung der Verschleißlebensdauer führen heute zu hohen Kosten für Neubeschaffungen, Reparaturen und zu Verfügbarkeitsstörungen. In Deutschland verursachen ungeplante Ausfälle von Maschinenelementen einen volkswirtschaftlichen Schaden von ungefähr 5 % des Bruttosozialprodukts (Czichos et al., 2015). Es ist bekannt, dass der Verschleiß von Maschinenelementen mithilfe von chemischen Reaktionsschichten (< 100 nm Dicke) an den Kontaktflächen wirksam reduziert werden kann. Aktuelle Forschungsergebnisse belegen, dass diese Reaktionsschichten schon bei sehr geringer und teilweise sogar ohne Schmierstoffadditivierung reproduzierbar erzeugt werden können. Die Antragsteller konnten in Vorarbeiten zeigen, dass in wenigen Minuten extrem verschleißresistente Reaktionsschichten entstehen, die einen lange anhaltenden Verschleißschutz gewährleisten können (Burghardt, 2018; Burghardt et al., 2015; Stratmann et al., 2013). Die Vorgänge, die zur Bildung dieser verschleißmindernden Reaktionsschichten führen, sind heute ebenso wenig bekannt wie die Wirkungsweise der Schichten. Für eine systematische, industrielle Nutzung des enormen Verschleißschutzpotentials fehlt bisher das grundlegende Verständnis. Ziel der Forschungsgruppe ist die Erforschung einer disziplin- und skalenübergreifenden Methodik, um die Bildung von verschleißmindernden Reaktionsschichten an Maschinenelementen durch geschlossene experimentelle und simulative Modellketten zu beschreiben. Die Untersuchungen der relevanten physikalischen und chemischen Vorgänge finden auf atomarer Ebene sowohl experimentell durch Schichtsynthese mittels Abscheidung aus der Gasphase als auch simulativ durch molekulardynamische Simulationen statt. Erst durch diesen Übergang auf die atomare Ebene entsteht die Möglichkeit die Bildung und Wirkung der Reaktionsschichten grundlegend und umfassend zu erforschen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend durch eine Multiskalenmodellierung von der atomaren Ebene auf den Betrieb und die Fertigung der Maschinenelemente zurückgeführt werden. Angestrebtes Ergebnis dieser simulativen Modellkette ist eine betriebspunktabhängige Prognose des Verschleißschutzes für das betrachtete Maschinenelement. Mit diesem Wissen sollen Maschinenelemente und Schmierstoffe künftig so gestaltet werden, dass Verschleißschäden im Betrieb schon bei der Auslegung systematisch reduziert oder vermieden werden. Die Verallgemeinerbarkeit der Methodik wird angestrebt und in der 2. Phase des Projektes umgesetzt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Chemischer Aufbau der Grenzschicht (Antragsteller Hans, Marcus )
• Einfluss der Scherung auf die äußere Grenzschichtbildung (Antragsteller Dienwiebel, Martin )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Jacobs, Georg )
• Modellierung und Synthese der Adsorptions- und Reaktionsschichten (Antragsteller Dronskowski, Richard ;  Schneider, Ph.D., Jochen M. )
• Multiskalensimulation zur Prognose der Reaktionsschichtbildung (Antragsteller Jacobs, Georg )
• Reaktionsschichten aus Zinkdialkyldithiophosphat: atomistisches Verständnis der schichtbildenden mechanochemischen Prozesse (Antragsteller Moseler, Michael )
• Thermomechanische Bildungsmechanismen der Reaktionsschicht im Einzel-Rauhigkeitskontakt (Antragsteller Dehm, Gerhard )
• Zeitlicher Verlauf der Reaktionsschichtbildung in schlupffreien Wälzkontakten (Antragsteller Brands, Thorsten ;  Jacobs, Georg )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Georg Jacobs