Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Im Reibkontakt überlagern sich mechanische und thermische Effekte, die zu einer Aktivierung der Oberfläche führen. Insbesondere wenn Schmierstoffe im Schmierspalt vorliegen, kommt es zu tribochemischen Reaktionen. Schichtbildende Additive wie z.B. Verschleißschutzadditive, bauen unter tribologischer Belastung einen dritten Körper auf, der aus Additivverbindungen und Grundmaterial besteht. Dieser dritte Körper verhindert dann nach dem Einlauf den Verschleiß des Grundmaterials. Andere Additive wie z.B. Korrosionsinhibitoren chemisorbieren an Oberflächen und bauen so im Idealfall eine undurchlässige Barriereschicht zwischen dem Umgebungsmedium und dem Grundmaterial auf.
Die Tribochemie beschäftigt sich zum einen mit den grundlegenderen Mechanismen der Adsorption von Schmierstoffadditiven und Basisölen an Oberflächen und zu anderen mit den anschließenden im Schmierspalt ablaufenden Reaktionen. Hierbei spielen die physikochemischen Eigenschaften der Additive eine entscheidende Rolle. Neben der Auswahl geeigneter Einzelkomponenten ist die Kombination der Additive mit Basisölen und mit anderen Additiven von großer Wichtigkeit, um Synergiepotenziale zu nutzen und antagonistische Effekte zu vermeiden.
Das Fraunhofer IWM greift zur Untersuchung solcher Effekte auf eine umfassende Analytik zurück:
- Photoelektronenspektroskopie XPS: Aufklärung über die chemische Zusammensetzung von tribochemisch gebildeten Schichten mit Tiefeninformation (Tiefenprofile)
- Gasphasenabscheidung: Die Kombination einer Effusionszelle mit der XPS ermöglicht die interferenzfreie und fundamentale Untersuchung von Adsorptionsprozessen. In Erweiterung ist dem UHV-System ein Mikrotribometer angeschlossen, um Einflüsse von Reibung auf dünne Schichten zu untersuchen.
- Quartzkristallmikrowaage QCM: Quantitative Analyse von adsorbierten Mengen und deren Adsorptionskinetik
Unsere Forschung zielt darauf ab Schmierstoff, Oberfläche und Einlauf aufeinander abzustimmen und somit die gewünschten tribochemischen Reaktionen zu initiieren und damit Leistung und Lebensdauer zu steigern.