Wälzlagerschmierung mit Kupferkolloiden

27.8.2017

© Fraunhofer IWM

Ein neuartiges Schmierstoffadditiv basierend auf Kupferkolloiden wurde hinsichtlich seiner tribologischen Wirkung untersucht. Die tribologischen Untersuchungen erfolgten mit Tribometern (Minitraction Machine, Tribomesszelle, Stift-Scheibe Tribometer – teilweise mit Unterstützung durch Radionuklidtechnik) sowie mit Wälzlagertestern (Eigenbau und FE 8). Neben der Tribometrie wurden die Oberflächen mit Photoelektronenspektroskopie bzgl. chemischer Zusammensetzung, Rasterkraftmikroskopie zur Sichtbarmachung der Nanostruktur des Additivs sowie Focused Ion Beam Mikroskopie zur Aufklärung der Gefügemikrostruktur untersucht.

Aus diesen komplexen Untersuchungen ergab sich ein umfassendes Bild von Aufbau und Wirkungsweise des Additivs. Grundsätzlich kann von einem Dreiphasenprozess der tribologischen Wirkung ausgegangen werden. In Phase 1 kommt es zu einem Adsorptionsprozess, der die Oberflächen mit einem Reibungsmodifizierer überzieht und so instantan den Reibungskoeffizienten verringert. In Phase 2 gelangen Kupfernanopartikel an die Oberfläche und es laufen Redox Reaktionen ab, in deren Folge sich Kupfermonolagen bilden. Es kommt also zur Bildung eines Festschmierstoffes. Als letzter Schritt folgt dann in Phase 3 plastisches Fließen und mechano-chemische Vermischung und Reaktion, die zur Bildung des dritten Körpers, d.h. eines in den Reibkörper eingebauten haltbaren und sich permanent selbst erhaltenden Festschmierstoffs, führen. Sowohl die Tribometerversuche als auch die FE8 Tests zeigten eine signifikante Verringerung der Reibung bei gleichzeitig erhöhter Lebensdauer.