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Ein gewichtsbelasteter Rockwellindenter kratzt über die Schicht. Die Laststeigerung kann inkrementell oder kontinuierlich geschehen. Aufgenommen wird die Versagenslast udn das Werkstoffverhalten wird unter dem Lichtmikrioskop analysiert

+ einfach und schnell

- Ergebnisse sind nur innerhalb eines Werkstoffverbundes vergleichbar

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Oberflächenrauheit

Schicht-/Substrathärte

Schichtdicke

Reibung

Eigenspannung

Tribologie ist die Wisschenaft und Technik von aufeinader wirkenden Oberflächen (Grund- und Gegenkörüer) in Relativbewegung. Sie umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiß einschließlich Schmierung. Sie schließt entsprechende Grenzflächenwirkungen sowohl zwischen zwei Festkörpern als auch zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten oder Gasen ein.

Reibung: mech. Widerstand in Berühungszone, der relativ Bewegung hemmt --> Energieverlust

Verschleiß: Materialverlust von Oberfläche eines festen Körpers durch mech. Ursachen --> Stoffverlust

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Nur Miktrokontakte zwischen zwei realen Oberflächen

Tribokontaktfläche ist Summe aller Mikrokontakte, in denen tribologische Beanspruchung wirkt

\(A_0 = a*b >> A_r\)mit \(A_r=\displaystyle \sum_{i=1}^{n} A_{r}^{i}\)

n: Anzahl Mikrokontakte

Ar: reale Kontaktfläche

A0: nomielle Kontaktfläche

a,b, Kantenlängen

Reibung und Verschleiß sind Eigenschaften des Gesamtsystems, daher nicht bestimmbar aus Eigenschaften der Einzelelemte (Grund,Gegenkörper, Zwischenstoff & Umgebungsmedium)

System verändert sich kontinuierlich (chem. Wechselwirkung)

Kleine Änderungen können Reibung und Verschleiß deutlich beeinflussen

Reibung ist ein mechanischer Widerstand in der gemeinsame Berührungszone, der eine Relativbewegung zwischen zwei aufeinader gleitenden, rollenden oder wälzenden Körpern hemmt oder verhindert. Dadurch wird Energie z.B. in Wärme umgewandelt

Berührnede Stoffbereiche verschiedener Körper --> äußere

Innerhalb des gleichen Körpers --> innere

Reibungskrfat ist zu Normalkraft prop.

Reibungskraft ist von der scheinbaren Kontaktfläche unabhängig

Reibungskraft ist von der Gleitgeschwindigkeit undabhängig

Gleitreibung

Roll-/Wälzreibung

Bohrreibung

Stoßreibung

Gasreibung

Flüssigkeitsreibung

Grenzschichtreibung

Mischreibung

\(\lambda_R = {h_0 \over \sqrt{R_{a,A}^2 +R_{a,B}^2}}\)

\(\lambda_R =\) spezifische Schierfilmdicke

ho = minimale Schmierfilmdicke

Ra,A Ra,B = mittlere Rauheit der Körper A und B

Annahme: \(\sqrt { R_{a,A}^2+R_{a,B}^2}\) = 10µm

\(\lambda_R\)--> 0 h-->0 : kein schmierfilm zwischen den Körpern: Festkörperreibung

\(\lambda_R\)< 1 kaum Schmierfilm --> Grenzschichtreibung

1<\(\lambda_R\)<3 Mischreibung

\(\lambda_R\)>3 Flüssigreibung

Änderungen des Reibungskoeffizienten in Abhänigkeit der Realativgeschwindigkeit --> je höher v, desto dicker der Schmierfilm zwischen den Körpern

Ohne Relativbewegung haften die Körper an der Berühungspunkten aneinander: Haftreibung --> entsrechnerder Wert µ

v nimmt zu --> Kontakt bricht teilwise ab, noch kein durchgehender Schmierfilm: Grenzschichtreibung mit relativ hohem µ

v nimmt weiter zu --> dünner Schmierfilm, µ sinkt deuthlich, Rauheitsspitzen reiben noch: Mischreibung

danach: durchgehnder Schmierfilm: Flüssigkeitsreibung --> µ steigt durch hydrondyamische Reibumg im Film.

Fortschreitender Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers durch mech. Ursachen, d.h. Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpersp

Duch zyklische mech. Belastung --> Mikrorisse bilden sich und wachsen parallel zur Oberfläche, bis ganze Partikel abblättern

Erscheinungsform: Risse, Grübchen, Partikelbildung duch Rissforschritt und Herausbrechen von Plättchen

Härterer Gegenkörper dringt in die Oberfläche des Grundkörpers ein --> Mikropflügen, spanen, ermüden oder brechen abhängig von der Belastungsart und Eigenschaftendes Grund oder Gegenkörpers

Erscheinungsform: Riefen, Kratzer, Mulden, Wellen, Partikelbildung duch Abrieb

Grundkörper reagiert mit dem Zwischenstoff oder Umgebungsmedium --> durchgehende, schützende Reaktionsschiht bildet sich, die duch Bewegung wieder zerstört wird, danach wieder Reaktio

Erscheinungsform: Reaktionsprodukte wie Partikel oder Schichten 

Bindung zwischen Oberflächenatomen von Grund und Gegenkörper ist stärker, als Bindung inerhalb des Grundkörpers --> Grundkörpermaterial haftet stärker an Gegenkörper --> Materialübertrag

Erscheinungsformen: Materialübertrag, Fressen, Löcher, Kuppen, Schuppen

Kontakt an Rauheitsspitzen

Plastische Verformung durh Beweegung bzw. Kraft von oben

Aufbrechen von Reaktionsschichten

Mikroverschweißung bei Kontakt blanker Metalloberflächen bei hohen Drücken --> starke Verbindung zwischen Körpern

Überwindung der inneren Bindungskräfte des schwächer gebundenen Werkstoffs

Herausreißen aus Grundkörper --> dauerhauftes Anhaften an Gegenkörper --> Materialübertrag

Metallische Seifen und Phosephate: z.B. Calciumsteearat

Polymere: z.B. PTFE

Oxidische und fluoridische Verbindungen: z.B. ZnO

Weiche Metalle: z.B. Pb

Verbindung mit Schichtgitterstruktur: z.B. Graphit

Verbindungen weisen starke Anziehungskräfte innerhalb der Ebenen und schwache zwischen Ebenen auf --> leichtes Abgleiten

Durch den hohen Abstraktionsgrad:

+ bessere Kontrolle des Tribosystems

- teils schelchte Übertragbarkeit auf Realsystem

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\(\epsilon= {Tribokontaktfläche \over Gesamtlauffläche};\epsilon_1 = {A_0 \over A_{l1}};\epsilon_2 = {A_0 \over A_{l2}}\)

Ao: Kontaktfläche zwischen Scheibe und Stab

Al1: Gesamtllauffläche Stab

Al2: Gesamtllauffläche Scheibe

z.B. Pin-on-Disk-Tribometer:

Pin: e1 =1 Tribokontaktfläche Gesamtlauffläche

Disk: e2 <<1 nur Pinoberfläche ist Tribokontaktfläche; Gesamtlauffläche auf Disk viel Länger

e=1:

Permanenter Kontakt

Keine zyklische Beanspruchung

Permantente Aufnahme von Reibungswärme

Eingeschränkte trobochemische Reaktion mit Umgebungsmedium

Geschlossenes Trobosystem, wenn für alle Systemelemte e=1 gilt

e<1

Intermittierender Kontakt

Zyklische Beanspruchung

Intermittierende Aufnahme von Reibungswärme

Tribochemische Reaktion mit Umgebungsmedium bei Al-A0

Offenes Tribosystem, wenn min. Ein Systemelement e<1

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