Tribospektroskopische Untersuchung von Reibungsmechanismen in Metallen, Polymeren und Elastomeren

• Applicant: Professor Dr. Valentin L. Popov
• Subject Area: Mechanics
• Term: from 2006 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 29590175

Zur Formulierung adäquater Modelle von Reibung und Verschleiß ist es wichtig zu wissen, wie sich das Wechselwirkungspotential zweier in Kontakt stehender Körper über deren Kontaktflächen verteilt. Die räumliche Verteilung dieses Potentials enthält ein Spektrum an charakteristischen Frequenzen, die nicht unbedingt mit der Verteilung der Oberflächenrauhigkeit korrespondieren müssen. Diese Frequenzen bilden eine charakteristische Skala, auf der die Prozesse ablaufen, die für die Bestimmung der Reibungskraft zuständig sind. Die Verteilung des mikroskopischen Wechselwirkungspotentials lässt mit einem Ultraschalltribometer abtasten: an einem Probekörper wird neben einer konstanten auch eine schnell oszillierende Kraft in Gleitrichtung oder normal dazu angelegt. Die Reibungskraft ändert sich, wenn die Oszillationsamplitude die gleiche Größenordnung hat wie eine räumliche Frequenz des Wechselwirkungspotentials. Damit lassen sich die Fourier- Komponenten des Potentials in einem breiten Spektrum bestimmen. Wird zusätzlich die Abhängigkeit der Reibungskraft von der mittleren Gleitgeschwindigkeit herangezogen, so lassen sich auch die Dämpfungseigenschaften in Kontakten charakterisieren. Anders als eine geometrische Oberflächenanalyse ermittelt die Tribospektroskopie auf diese Weise die charakteristische Skala der Reibungs- und Verschleißvorgänge in gegebenen Materialien. Erst dadurch lassen sich Schlussfolgerungen über die Reibungs- und Verschleißmechanismen ziehen. Neben den grundlegenden Erkenntnissen erlaubt die Tribospektroskopie als Nebenprodukt die Bestimmung der Einflusskurven von Ultraschall auf Reibung, welche für viele industrielle Anwendungen von enormem eigenständigem Interesse sind. Bereits Vorarbeiten haben gezeigt, dass eine tribospektroskopische Untersuchung auch die Bedingungen für das Auftreten von Ultraschallschweißen feststellen lässt.

• DFG Programme: Research Grants