Die Bildung reibarmer Tribofilme durch organische Schmierstoffadditive: Bestimmung von Mechanismen und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen mittels molekularer Modellierung

• Antragsteller: Dr. Stefan Peeters
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 584208652

Aufgrund der hohen Energie- und Materialverluste, die durch Reibung verursacht werden, ist es erstrebenswert, die Schmierung beweglicher Maschinenelemente zu optimieren. Eine Möglichkeit sind Tribofilme, die durch Schmierstoffadditive während tribologischer Kontakte gebildet werden können und Reibgrenzflächen vor Verschleiß schützen und Reibung reduzieren. Die dafür häufig verwendeten, umwelt- und gesundheitsschädlichen Schmierstoffverbindungen sollten durch nachhaltige, aber auch wirtschaftliche Alternativen ersetzen werden. In diesem Projekt sollen die Mechanismen der Bildung von kohlenstoffbasierten, reibarmen Tribofilmen aus organischen Schmierstoffadditiven erforscht werden. Insbesondere die Bedeutung der chemischen Eigenschaften der Additive soll mittels atomistischer Simulationen in einem Bottom-Up Ansatz untersucht werden. Die Ziele des Projekts sind: (i) Verständnis generieren, wie die chemischen Eigenschaften der Additive deren Oberflächenadsorption und Tribochemie beeinflussen. (ii) Verständnis generieren, welchen Einfluss mechanische Belastung und Temperatur auf die tribochemische Zersetzung der Additive haben. (iii) Ein machine-learning Potential basierend auf Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen zu entwickeln, mit welchem sich großskalige tribochemische Simulationen durchführen lassen. (iv) Das machinelearning Potential zu nutzen, um die Wechselwirkungen und Synergien zwischen Additiven auf den Reiboberflächen zu studieren. (v) Mit Hilfe nichtreaktiver Molekulardynamik den Zusammenhang zwischen Struktur, chemischen Eigenschaften und tribologischem Verhalten der Tribofilme zu verstehen. (vi) Wechselwirkungen der Schmierstoffmoleküle auf verschiedenen Substraten erforschen. (vii) Die Entwicklung einer Verbindung zu einer Plattform zur Organisation und Speicherung der Simulationsergebnisse und deren Metadaten, um die Interoperabilität der Daten zwischen Arbeitspaketen und den Zugang für andere Wissenschaftler zu gewährleisten. Die Ergebnisse dieses Projekts sollen entscheidend dazu beitragen, die Mechanismen der Bildung von reibarmen Tribofilmen zu verstehen und viele bislang unerforschte Aspekte in der Tribochemie dieser Materialien beleuchten. Mit diesen Erkenntnissen soll als Endergebnis eine Strategie für das Design nachhaltiger und effizienter Schmierstoffadditive erarbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen