Verschleiß von nanokristallinen Metallschichten
Die nanokristalline Struktur geht verloren
Dass diese vereinfachte Darstellung nicht trägt, zeigten Pedro A. Romero und seine Kollegen nun in ihrer Simulation. Reibt man zwei nanokristalline Eisenoberflächen aneinander, so geht an dieser Stelle die nanokristalline Struktur verloren. Es entstehen größere Kristalle, die sich aber in einer Weise selbst organisieren, dass sie besonders leicht verformt werden können. Dieser so genannte „Dritte Körper“, der sich zwischen den beiden Reibpartnern bildet, ist in diesem Fall mikrokristallin, also viel weicher als das nanokristalline Grundmaterial. Die Reibung ist deshalb zwar etwas geringer, der Verschleiß geht aber gegenüber mikrokristallinen Reibungspartnern nicht zurück. Diese Erkenntnis gilt für viele Metalle, die in nanokristalliner Form verwendet werden.
Die Wechselwirkung von Reibung und Verschleiß im Dritten Körper verstehen
Generell entsteht immer ein Dritter Körper, wenn zwei Körper aneinander reiben. Dessen Struktur beeinflusst Reibung und Verschleiß wesentlich. Den Dritten Körper und die Mechanismen beim Reibungsvorgang wirklich zu verstehen, war das eigentliche Ziel dieses Forschungsprojektes. Es zeigte sich, dass der Effekt des „weichen“ Dritten Körpers umso ausgeprägter auftrat, je reiner das nanokristalline Material der Reibungskörper war. Daraus ergibt sich natürlich die Frage, wie man das Material der Reibungskörper verändern muss, um den Reibungsprozess weiter optimieren zu können. Die Werkstoffwissenschaftler vom IWM sind der Antwort bereits auf der Spur. Es gibt Hinweise, dass Metalllegierungen der Schlüssel zur Lösung des Problems sein könnten. Nun gilt es die optimale Zusammensetzung zu berechnen.
Auf Basis dieser Simulationsrechnungen können Pedro Romero und seine Kollegen nun das empfindliche Gleichgewicht zwischen Reibung und Verschleiß in nanokristallinen Verschleißschutzschichten nachbilden und Schichtentwicklern Hinweise zur erforderlichen Beschaffenheit der Schicht in Abhängigkeit der gewünschten Tragfähigkeit und Lebensdauer geben.
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