Kombination von Laserstrukturen und Kohlenstoffschichten

Tribologische Vorgänge spielen in vielen technologischen Bereichen eine zentrale Rolle. Dabei ist insbesondere die Steuerung der tribologischen Eigenschaften in vielen Bauteilen von entscheidender Bedeutung. Ganz traditionell werden Maschinenelemente mit Öl oder Fett geschmiert, um die beiden Reibpartner teilweise oder gar vollständig in ihrem Kontaktbereich zu trennen, und so deren Lebensdauer wesentlich zu erhöhen. Jedoch gibt es viele Anwendungen insbesondere bei höheren Temperaturen oder auch im Vakuum, bei denen klassische Schmierungskonzepte versagen. Abseits der Verwendung von Schmierstoffen bieten vor allem Laser ein großes Potenzial für maßgeschneiderte tribologisch beanspruchte Oberflächen. Die laserbasierte Erzeugung von ferngeordneten wohl definierten topographischen Mustern in der Oberfläche der betroffenen Reibpartner kann z. B. unter trockenen d. h. ungeschmierten Reibbedingungen zur Speicherung von Verschleißpartikeln in den derart generierten Taschen sorgen und dadurch den Verschleiß der Materialoberfläche minimieren. Problematisch daran ist allerdings, dass sich solche strukturierten Oberflächen verhältnismäßig schnell abnutzen und damit der positive Effekt verloren geht. Eine Alternative böte der Einsatz von Festschmierstoffen, die auch bei erhöhten Temperaturen und unter Vakuum funktionieren würden. Hierbei ist jedoch kritisch anzumerken, dass der Festschmierstoff nicht einfach wie ein Öl oder Fett in den Kontaktbereich nachgeführt werden kann und somit auch der Festschmierstoff im Laufe der Zeit verloren geht. Genau an dieser Stelle setzt die Idee des Forschungsvorhabens an, in dem ein synergetischer Ansatz verfolgt wird, beide Methoden zu kombinieren und somit die inhärenten Schwächen der Einzelmethoden zu überwinden. Durch eine Kombination von laserstrukturierten Oberflächen mit neuartigen Festschmierstoffen auf der Basis von Kohlenstoffnanopartikeln, die in ihren Eigenschaften den etablierten und kommerziell verfügbaren Festschmierstoffen wie beispielsweise Graphit oder Molybdändisulfid überlegen sind, wird die Abnutzung der Laserstrukturen einerseits reduziert und andererseits auch der Festschmierstoff in den Schmierstofftaschen gespeichert. Dabei wird hochaufgelöste chemische und strukturelle Analytik eingesetzt, um die Materialoberflächen präzise zu untersuchen und die Wechselwirkungsmechanismen zwischen Oberfläche und Festschmierstoff näher zu beleuchten.

Tribologische Vorgänge spielen in vielen technologischen Bereichen eine zentrale Rolle. Dabei ist insbesondere die Steuerung der tribologischen Eigenschaften in vielen Bauteilen von entscheidender Bedeutung. Ganz traditionell werden Maschinenelemente mit Öl oder Fett geschmiert, um die beiden Reibpartner teilweise oder gar vollständig in ihrem Kontaktbereich zu trennen, und so deren Lebensdauer wesentlich zu erhöhen. Jedoch gibt es viele Anwendungen insbesondere bei höheren Temperaturen oder auch im Vakuum, bei denen klassische Schmierungskonzepte versagen. Abseits der Verwendung von Schmierstoffen bieten vor allem Laser ein großes Potenzial für maßgeschneiderte tribologisch beanspruchte Oberflächen. Die laserbasierte Erzeugung von ferngeordneten wohl definierten topographischen Mustern in der Oberfläche der betroffenen Reibpartner kann z. B. unter trockenen d. h. ungeschmierten Reibbedingungen zur Speicherung von Verschleißpartikeln in den derart generierten "Taschen" sorgen und dadurch den Verschleiß der Materialoberfläche minimieren. Problematisch daran ist allerdings, dass sich solche strukturierten Oberflächen verhältnismäßig schnell abnutzen und damit der positive Effekt verloren geht. Eine Alternative böte der Einsatz von Festschmierstoffen, die auch bei erhöhten Temperaturen und unter Vakuum funktionieren würden. Hierbei ist jedoch kritisch anzumerken, dass der Festschmierstoff nicht einfach wie ein Öl oder Fett in den Kontaktbereich nachgeführt werden kann und somit auch der Festschmierstoff im Laufe der Zeit verloren geht. Genau an dieser Stelle setzt die Idee des Forschungsvorhabens an, in dem ein synergetischer Ansatz verfolgt wird, beide Methoden zu kombinieren und somit die inhärenten Schwächen der Einzelmethoden zu überwinden. Durch eine Kombination von laserstrukturierten Oberflächen mit neuartigen Festschmierstoffen auf der Basis von Kohlenstoffnanopartikeln wird die Abnutzung der Laserstrukturen einerseits reduziert und andererseits auch der Festschmierstoff in den Schmierstofftaschen gespeichert. Dabei wird hochaufgelöste chemische und strukturelle Analytik eingesetzt, um die Materialoberflächen präzise zu untersuchen und die Wechselwirkungsmechanismen zwischen Oberfläche und Festschmierstoff näher zu beleuchten.