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Keywords:

  • Einlauf;
  • Nanokristallin;
  • Reibung;
  • Verschleiß;
  • RNT
  • running-in;
  • nanocrystalline;
  • friction;
  • wear;
  • radionuclide technique

Abstract

Mit einem Stift-Scheibe Tribometer, bei dem eine Graugussscheibe gegen einen verchromten Stahlstift rotiert, wurde kontinuierlich und mit hoher Auflösung Reibung und Verschleiß gemessen. Durch Variation von Normalkraft und Gleitgeschwindigkeit wurden Proben generiert, die sich deutlich in der Höhe der dissipierten Energie unterschieden. Diese Proben wurden vor und nach der tribologischen Belastung strukturell durch eine Feinfokus-Ionenstrahlanlage (Focused Ion Beam - FIB) untersucht. Es stellte sich heraus, dass im oberflächennahen Bereich durch tribologische Wechselwirkung der Korndurchmesser drastisch abnimmt. Parallel dazu kommt es zum Eintrag von Fremdatomen aus dem Schmierstoff und Umgebung, was durch Augerelektronenspektroskopie nachgewiesen wurde. Mittels Röntgenbeugungsverfahren wurde der mechanische Spannungszustand analysiert, und durch Nanoindentation konnten die mechanischen Eigenschaften im oberflächennahen Bereich bestimmt werden. Tribologisch optimal eingelaufenes Material zeigte im oberflächennahen Bereich nanokristalline Struktur, die erheblich verringerten Reibungswiderstand besaß.

Structure, Hardness and Stress State Analysis on Metal-Metal Tribocontacts with Oil Lubrication

A common pin-on-disk tribometer was used to generate the samples. In all experiments a chromium-plated steel pin was run against a gray cast iron disk with lubrication. Wear was measured with the radionuclide technique allowing online tests to monitor the wear rate with a resolution of a few nanometers per hour. Due to variation of normal force and sliding velocity the samples were generated, to obtain different degrees of tribological interaction. Both the surface of the involved materials as well as their volumes experience modifications with respect to morphology, crystalline arrangement and chemical bonds. The depth of tribological interaction at given conditions has an extension of a micrometer or less. To probe these thin modified zones Focussed Ion Beam, Auger-Spectroscopy, synchrotron-based X-ray diffraction and nanoindentation were applied. The best tribological characteristics, low wear rate and low friction coefficient showed a sample with a nanocrystalline structure in near surface region.