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Projekt

Weniger Verschleiß und Reibung durch Nanoschichten

Durch einfache chemische Oberflächenbehandlung werden Nano-Randschichten erzeugt, die die Abnutzung maschnineller Bauteile mindern.

Projektname: Nanoskalige Randschichten
Erzeugung und Charakterisierung nanoskaliger Randschichten zur Reibungs- und Verschleißminderung
Projektleiter: Dr. P. Beckmann
Geldgeber: Landesstiftung BW
Projektträger: Forschungszentrum Jülich
FKZ: AZ 2-4332.62-NMI/24
Laufzeit von: 01.07.2007
Laufzeit bis: 31.10.2009

Getriebe, Zahnräder und Lager sind extremen Bedingungen ausgesetzt - Reibung, Verschmutzung, Korrosion und schlechte Schmierung setzen ihnen zu. Im Laufe der Zeit können sich Schäden einstellen und ausbreiten, die Maschinen fallen im schlimmsten Fall ganz aus. In dem vom Land Baden-Württemberg geförderten Projekt wurden Wege erforscht, wie mit einfachen chemischen Methoden die Oberflächen so modifiziert werden können, dass Schäden und Ausfälle vermindert werden. Die neuen Oberflächen sorgen in bestimmten Anwendungen für eine geringere Ausfallrate der Bauteile und dadurch für verlängerte Standzeiten der Maschinen. Die Verfahren gehen nun in die breite Anwendung.

Beschreibung

Das Ziel des beendeten Vorhabens war es, eine Verminderung von Reibung und Verschleiß von Antriebselementen durch die vereinfachte Erzeugung von nanoskaligen und funktionalisierten nano-skaligen Randschichten zu erreichen. Mit dieser Zielsetzung verbunden war einerseits eine gesicherte Funktion und andererseits eine Erhöhung der Lebensdauer zu erreichen.
Nanoskalige metallische Werkstoffe zeigen technisch überragende Eigenschaften wie Korrosions- und Verschleißschutz. Etablierte Verfahren beruhen auf anspruchsvollen Prozessabläufen (u. a. mechanische Verformung, Laser Peening), welche die breite Verfügbarkeit einschränken.
Das Vorhaben sollte Wege aufzeigen, wie nanoskalige Randschichten an Werkstoffen durch einfache chemische Tauchprozesse erzeugt werden können. Die große Variationsbreite ließ erwarten, dass Randschichten mit neuartigen Eigenschaften gezielt und durch einfache Verfahren erhalten werden können.
Praxisnähe wurde hergestellt durch die Untersuchung des Einflusses der Modifizierungen auf aktuelle Probleme wie false brinelling und Passungsrost.
Die Modifizierung der Werkstoffoberflächen führt zu Veränderungen der Oberflächentopografie, der chemischen Zusammensetzung des oberflächennahen Bereichs und des Gefüges im oberflächennahen Bereich. Verschiedene Modifizierungen lassen sich hinsichtlich dieser drei Parameter mittels Grenzflächenanalytik charakterisieren und klassifizieren.
Am deutlichsten ist die chemische Veränderung/Elementzusammensetzung. Auch die Ober-flächenkennwerte wie Rauheiten und Traganteil sind mehr oder weniger deutlich verändert gegenüber dem Ausgangsmaterial.
Die genannten Veränderungen aufgrund der Modifizierungen wie auch der Funktionalisierungen beeinflussen das Verhalten der so veränderten Werkstoffe in tribologischen Tests und in Prüfstandsversuchen. Sie haben insofern Auswirkungen auf das tribologische Verhalten bezüglich Reibung und Verschleiß sowie Reibrostbildung.
Modifizierungen oder Funktionalisierungen von Werkstoffoberflächen werden zunehmend als Hilfsmittel angesehen, mit denen sich gezielt Eigenschaften herstellen lassen, die für bestimmte Anwendungen benötigt werden. So lassen sich z. B. Passungsrostprobleme in Gleitreibungsanwendungen oder auftretender Passungsrost bei längeren Transportwegen verringern.
Durch Kugelstrahlen und anschließende Modifizierung lassen sich die Vorteile beider Methoden kombinieren, z. B. Aufhärtung des Grundmaterials und Verringerung des Breitlaufsverhaltens von Ölen - also z. B. gezielte örtliche Schmierung.
Ein durch Modifizierung und Funktionalisierung verbessertes Verschleißverhalten kann bei tribologischen Partnern zu verlängertem Schmierstoffeinsatz und ggf. zur Lebensdauerschmierung führen.
Die Wirkungsweise von Additiven auf Oberflächen lassen sich mithilfe der angewendeten Analysemethoden bestimmen. Daraus können Schmierstoffhersteller wertvolle Information zur effektiven Formulierung von Schmierstoffen gewinnen.

Projektpartner

  • Dr. Tilwich GmbH Werner Stehr, Horb
  • Fuchs Europe GmbH, Mannheim
  • Getrag GmbH & Cie.KG, Untergruppenbach
  • Institut für Organische Chemie, Universität Tübingen
  • Kompetenzzentrum Tribologie, Hochschule Mannheim
  • OSK Kiefer GmbH, Ettlingen
  • Robert Bosch GmbH, Stuttgart / Gerlingen
  • Voith Turbo GmbH & Co.KG, Heidenheim

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