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Projekt
Chemischer Aufbau der Grenzschicht
Antragsteller
Dr.-Ing. Marcus Hans
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556252784
Reaktionsschichten auf den Reibflächen von Wälzlagern haben entscheidenden Einfluss auf das Laufverhalten und sind somit von enormer Bedeutung für die Verschleißminimierung. Während der chemische Aufbau von Reaktionsschichten hinsichtlich der Schichtbildung und -wirkung signifikante Relevanz hat, ist dieser bisher nicht verstanden. Insbesondere ist die Charakterisierung von Reaktionsschichten aufgrund der geringen Schichtdicken herausfordernd. Ziel des Teilprojekts (TP) 7 innerhalb der Forschungsgruppe ist das Verständnis des chemischen Aufbaus der äußeren Grenzschicht, bestehend aus Reaktions-, Adsorptions- und Oxidschicht, sowie die Identifikation tragfähiger Reaktionsschichten. Die dreidimensionale Analyse der chemischen Zusammensetzung mittels Atomsondentomo-graphie auf der Nanometer-Skala erlaubt die Abbildung relevanter physikalischer und chemischer Vorgänge und trägt somit zur skalenübergreifenden Modellierung der Schichtbildung bei. Anhand des Wälzlagerwerkstoffs 100Cr6 in Kontakt mit einer Zink-Dialkyl-Dithiophosphat/Polyalphaolephin (ZDDP/PAO)-Schmierstoffmischung werden folgende zentralen, wissenschaftlichen Fragestellungen untersucht: - Wie beeinflussen die Stoff- und Kontaktparameter den chemischen Aufbau der Reaktionsschicht im Realkontakt? - Welche Auswirkung hat die Parameter-Reduktion im Labormaßstab auf die Vergleichbarkeit von synthetischen Reaktionsschichten mit Realkontakt-Bedingungen? - Wie erfolgt die Anbindung der Reaktionsschicht an die Oxidschicht? - Welche Merkmale der chemischen Zusammensetzung weisen verschleißschützende Reaktionsschichten auf? Im Realkontakt wird die lokale Zusammensetzung von Proben aus Tribometerversuchen in Abhängigkeit der Kontaktparameter (Roll- und Gleitgeschwindigkeit, lokale Drücke und Temperaturen, Kontakt- und Ruhezeiten) untersucht. Im Modellkontakt werden sowohl der Einfluss von Scherung durch zyklische Beanspruchung unter Druck und Schub als auch die mechanische Belastung von einzelnen Rauheitsspitzen auf die nanoskalige Zusammensetzung evaluiert. Synthetische Modellschichten werden über die physikalische Gasphasenkondensation hergestellt und dienen dem Vergleich mit den Tribometerversuchen. Das Verständnis des chemischen Aufbaus der äußeren Grenzschicht im Modellkontakt ermöglicht durch Vergleich mit dem Realkontakt die Evaluierung der getroffenen Reduktionshypothese. Außerdem werden ebenfalls synthetische Adsorptionsschichten quantifiziert und zwecks Vermeidung der Atmosphärenexponierung ausschließlich über Vakuumkoffer transportiert. TP7 schlägt eine Brücke zwischen den Betrachtungsebenen Realkontakt (TP1, TP4), Modellkontakt (TP4, TP5, TP6) sowie der atomistischen Ebene (TP2, TP3) und trägt zur Durchgängigkeit des Erkenntnistransfers bei. Eine enge experimentelle Zusammenarbeit wird insbesondere mit TP3, TP4, TP5 und TP6 erfolgen, während TP1 und TP2 die Ergebnisse aus TP7 hinsichtlich der Erstellung der Grenzschichtmodelle sowie Validierung der Simulationen verwerten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
