Grundlegende Charakterisierung und Analyse der Schmierwirkung von quasikristallinen Pulvern als Zwischenmedium in der Spanbildungszone

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533723637

Der Einsatz von Kühlschmierstoffen ist mit einem hohen Energie- und Kostenaufwand verbunden. Dem gegenüber steht eine limitierte Wirkintensität der eingesetzten Medien, insbesondere hinsichtlich der Schmierwirkung. Wesentliche Ursachen dafür sind die hohen Kontaktnormalspannungen und Temperaturen in der Spanbildungszone. Daraus leitet sich der Bedarf ab, weitere Schmierstoffe zu erforschen und entwickeln, die einen effizienteren und damit auch energie- und ressourcensparenden Einsatz erlauben. Quasikristalle bieten hier einen vielversprechenden Ansatz, da sie über außergewöhnliche tribologische Eigenschaften verfügen, die sich im Wesentlichen in geringen Reibungswiderständen niederschlagen. Diese Eigenschaften sind aufgrund der hohen mechanischen Stabilität der Quasikristalle auch bei großen Drücken zu erwarten und konnten durch Untersuchungen anderer Wissenschaftler*innen zudem in einem sehr breiten Temperaturintervall nachgewiesen werden. Im Rahmen eigener Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass Quasikristallpulver, das mit einer konventionellen Kühlschmier-Emulsion gemischt wird, den Reibungswiderstand in der Spanbildungszone erheblich reduzieren kann. Weitergehend konnte anhand der Versuche aufgezeigt werden, dass bei einem wiederholten Kontakt des Werkzeuges mit den Quasikristallen auch in einer nachgelagerten Trockenbearbeitung die mechanischen Belastungen signifikant gesenkt wurden. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es, die identifizierten Zusammenhänge in ihren Wirkmechanismen zu ergründen und damit die Basis zur Entwicklung quasikristallbasierter Schmierstoffe für die spanende Fertigung zu legen. Zu diesem Zweck sollen zunächst in Grundlagenuntersuchungen im Orthogonalschnitt die Interaktion mit verschiedenen flüssigen Kühlschmierstoffen sowie der Einfluss verschiedener Korngrößen der Quasikristallpulver auf die Schmierwirkung untersucht werden. In einem nächsten Schritt ist geplant, die Eignung der Quasikristalle als Additiv für Öle zur Minimalmengenschmierung zu untersuchen. Neben dem sich einstellenden Schmiereffekt im Vergleich zu den Flüssigkeiten ohne Feststoffpartikel stehen auch mögliche Herausforderungen bei der Verdüsung der Medien im Fokus der Experimente. Zum Abschluss des beantragten Projektes ist vorgesehen, im Rahmen von Drehversuchen den Einfluss der Reibungsminderung durch Quasikristalle auf die Verschleißevolution der Werkzeuge zu untersuchen. Da der Verschleißfortschritt stark temperaturabhängig ist, sollen mit Hilfe eines innovativen Versuchsstandes die Temperaturen auf der Spanfläche des Werkzeuges gemessen werden. Diese dienen im Vergleich zur Trockenbearbeitung und der Kühlschmierung mit konventionellen Medien als weitere Messgröße, um die Schmierwirkung der Quasikristalle beurteilen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen