08. Januar 2021

Tribooxidation verändert die tribologischen Eigenschaften von Kupfer und seinen Oxiden

© Fraunhofer IWM
Abbildung: Schematischer Kupfer-Saphir Kontakt; lichtmikroskopische Aufnahme der Kupferplatte und Saphirkugel; Verlauf des Reibungskoeffizienten über der Zyklenzahl für hochreines Kupfer unter milder tribologischer Last.

Julia Lehmann

Chemische Reaktionen unter tribologischer Last beeinflussen die Lebensdauer vieler technischer Systeme. Bis heute sind die zugrundeliegenden fundamentalen Mechanismen nicht vollständig verstanden. Die tribologischen Eigenschaften von Kupfer und seinen Oxiden wurden unter milder tribologischer Last in einem ungeschmierten Kontakt untersucht. Die reinen Oxide stellen die späten Stadien eines Kupfer-Saphir Kontakts dar, wenn die ganze Kupferoberfläche von einem Oxid bedeckt ist. Neben hochreinem Kupfer wurden thermisch oxidierte und gesinterte Cu2O und CuO Proben tribologisch belastet und eventuell entstehende Verschleißpartikel analysiert.

Die sich bildenden Oxide erwiesen sich als vorteilhaft für eine Reduktion des Reibungskoeffizienten, was hauptsächlich mit einer Härtezunahme erklärbar war. Tribochemische Reaktionen traten auf, sobald Kupferoxide im Kontakt vorlagen, unabhängig davon, ob diese unter der Last gebildet wurden oder von Beginn an vorlagen.  Überraschenderweise war die Reduktion von Kupferoxid zu metallischem Kupfer in Röntgenphotoelektronenspektroskopie-Messungen (XPS) zu erkennen.

Ein detailliertes Verständnis der Tribooxidation erlaubt die Fertigung von speziell definierten Oberflächen mit verbesserten tribologischen Eigenschaften. Dies bietet die Möglichkeit die Lebensdauer tribologischer Kontakte, welche Tribooxidation aufweisen, zu verlängern.

 

Originalpublikation:

Lehmann, J.; Schwaiger, R.; Rinke, M.; Greiner, C., How tribo‐oxidation alters the tribological properties of copper and its oxides, Advanced Materials Interfaces 8/1 (2021) Art. 2001673, 11 S. Link

 

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