Herstellung kompaktierter Graphenschichten zur Reibreduktion auf zyklisch beanspruchten Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens; Professor Dr.-Ing. Gerhard Poll
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567686344

Ziel des Vorhabens ist es, eine neuartige Prozessroute zur Aufbringung und gleichzeitiger Vorkompaktierung von Graphen Platelets für den Einsatz bei tribologisch beanspruchten Oberflächen zu erforschen. In den Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass Graphen Platelets ein wirksames Festschmierstoffsystem darstellen, jedoch ist die Schichthaftung der bisher aufgebrachten Schichten am IMKT noch nicht ausreichend. So bedarf es eines vorsichtigen Handlings und der Einsatz der aktuell beschichteten Lager muss innerhalb weniger Tage nach dem Aufbringen erfolgen. Hier greift das Vorhaben an, indem durch eine Vorkompaktierung eine Schicht erzeugt werden soll, welche ein normales Handling erlaubt und für die typischen Lagerlaufzeiten beständig ist. Es wird daher ein Applizierungsverfahren für die reproduzierbare und wirtschaftliche Herstellung von kohlenstoffhaltigen Feststoffschmiersystemen aus Graphen Platelets entwickelt. Dazu werden die Grundlagen für die Gestaltung der Festschmierstoffsysteme für verschiedene Lastzustände definiert, die zu einer gegenüber den bisherigen Ansätzen verbesserten Reibverhältnissen sowie erhöhten Bauteillebensdauer führen. Um die Eigenschaften beurteilen zu können, ist es erforderlich unter Berücksichtigung verschiedener Beschichtungsvariationen die Lebensdauerbeeinflussung zu ermitteln. Die Charakterisierung der Schichten erfolgt skalenübergreifend von der Nanoskala mittels Nanoindentation über die Mikroskala durch den Einsatz eines oszillierenden Tribometers bis zu makroskopischen Prüfstandsversuchen an Realbauteilen. Dabei werden die Festschmierstoffe detailliert bezüglich des Reibungs- und Verschleißverhaltens charakterisiert. Die physikalischen Wirkmechanismen, wie Verklammerung, Tribomutation oder Diffusion zwischen dem Festschmierstoff und dem Substrat sind noch unzureichend erforscht, so dass hier Analysen an den Substratoberflächen durchgeführt werden. Von Untersuchungen an Probekörper ausgehend soll ein Schichtsystem für das Maschinenelement Axialzylinderrollenlager entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Florian Pape