Rasterelektronenmikroskop mit Niedervakuumbetriebsmode (LV), energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) und Kristallstrukturanalyse (EBSD)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Nachfolgend sind exemplarisch vier typische Projekte im Bereich der Tribologie dargestellt, bei denen das REM zur Aufklärung der wirkenden Verschleißmechanismen eingesetzt wurde bzw. wird: Im Rahmen des ZIM-Projektes „Kunststoffbeschichtung“ wurden neuartige Anti-Friction-Coatings entwickelt, um das Gleitverhalten von thermoplastischen Kunststoffen zu verbessern. Die REM-Analyse diente vor allem zur Begutachtung der Verschleißflächen nach den tribologischen Untersuchungen, um eine Aussage über die vorherrschenden Reib- und Verschleißmechanismen im Tribokontakt treffen zu können. Bei tribologischer Beanspruchung bilden diese Beschichtungen idealerweise einen reibungs- und verschleißreduzierenden Transferfilm auf dem angreifenden Gegenkörper. Zur Charakterisierung dieses Transferfilms wurde neben der normalen REM-Analyse im VP-Mode zudem die EDX-Analyse eingesetzt. Die EDX-Analyse ermöglicht eine qualitative und quantitative Elementanalyse im Mikromaßstab. Zur Realisierung von Kleinserien von Elastomer-Formteilen wurden im ZIM-Projekt „Elastomerteile“ neue Aluminium-Werkzeugsysteme entwickelt. Zur Beurteilung der Standzeit des Werkszeuges wurden Dauerversuche durchgeführt. Die REM-Analyse wurde eingesetzt, um die entstehenden Verschleißflächen genauer analysieren zu können. Zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit des Werkzeuges sowie zur Reduzierung der Entformungskräfte beim Abziehen der Formteile wurden unterschiedliche Schichtsysteme eingesetzt. Die REM-Analyse ermöglichte eine Beschreibung von Topografie, Mikrostruktur bzw. chemische Zusammensetzung der Beschichtung. Weiterhin wurden die beim Betrieb des Werkzeuges entstanden Verschleißflächen an den beschichteten Teilen untersucht. Ein Forschungsschwerpunkt im Kompetenzzentrum Tribologie stellen Gleitlager unter Grenz- und Mischreibungsbedingungen dar. In diesem Bereich werden heute häufig Verbundwerkstoffe (Compounds) oder kunststoffgefüllte Sinterstrukturen eingesetzt. Diese garantieren auch bei Mangelschmierung niedrige Reibwerte und eine lange Lebensdauer. Das neue REM ist sehr gut geeignet die Laufschichten zu analysieren. Man erkennt nach tribologischen Versuchen freigelegte Bronzepartikel der Matrix und das dazwischenliegende Kunststoff-Füllmaterial. Der Variable-Pressure-Mode hilft hier, scharfe Bilder zu erhalten, da sich die Bauteiloberfläche im Hochvakuum infolge der elektrisch isolierenden Wirkung des Polymers auflädt. Dazu war es möglich, mittels EDX-Analyse Informationen zu den Materialien und sogar zu den Schmierstoffadditiven zu bekommen (Reaktionsschichtbildung). Im Rahmen des internationalen Verbundprojektes „XTribology“ beschäftigt sich das Kompetenzzentrum Tribologie mit Untersuchungen von Gleitverschleiß bei metallischen Werkstoffen unter moderaten und damit realitätsnahen Bedingungen. Somit können Verschleißprobleme in mikroskopischen Größenordnungen besser charakterisiert werden. Die Pressungen in den Tribometerversuchen werden hierzu zu üblichen Normtests stark verringert, um ein realistisches Beanspruchungskollektiv zu simulieren. Für die Auswertung der Oberflächenschichten wird unter anderem das REM genutzt, da sich die Veränderungen im mikroskopischen Bereich abspielen und hierfür die hohen Auflösungen des REMs von Vorteil sind. Des Weiteren werden die Probekörper nicht nur zu einem Endpunkt betrachtet, sondern über eine längere Zeitspanne. Hierfür werden die gleichen Versuche nach bestimmten Zeitintervallen unterbrochen und die Probekörper im REM untersucht und dokumentiert. Somit kann man Veränderungen in den oberflächlichen Schichten aufzeichnen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- False Brinelling - Standstill Marks on Roller Bearings. International Conference of Failures of Rolling Bearings“ 2010, Bratislava, 2010, Tagungsband S. 86-90, Bratislava, ISBN 978-80-89275-24-3
M. Grebe, P. Feinle, P. Blaškovitš
- False Brinelling - Standstill marks on roller bearings. Strojarstvo - European Engineering Magazine 4/2010; Slovakia; ISSN 1335 - 2938; April 2010
M.Grebe
- Improving the Frictional Behaviour of Thermoplastics with Slide-active Coatings. International Conference of „Failures of Rolling Bearings“ 2010, Bratislava, 2010, Tagungsband S. 102-105, Bratislava, ISBN 978-80-89275-24-3
M. Enger, P. Feinle, P. Blaškovitš
- Optimierung des Gleitverhaltens von Polymer/polymer- und Polymer/Stahl-Paarungen durch neuartige gleitaktive Lacksysteme für Polymere. Tribologie-Fachtagung 2010: "Reibung, Schmierung und Verschleiß" in Göttingen, Tagungsband II, ISBN Nr. 978-3-00-032180-1, Band II 64/1-13 GfT, Moers, 2010
M. Enger; P. Feinle
- Charakterisierung von gebundenen Festschmierstoffsystemen für Kunststoffoberflächen. 52. Tribologie Fachtagung „Reibung, Schmierung und Verschleiß“ der GfT in Göttingen; 26. - 28. 9.2011; Tagungsband ISBN 978-3-00-035439-7
E. Schneider; M. Enger, P. Feinle
- False Brinelling - Standstill Marks on Roller Bearings. ECOTRIB 2011 - 3rd European Conference on Tribology, Vienna, Austria; Proceedings", F. Franek, W.J. Bartz, A. Pauschitz, J. Vizintin, E. Ciulli, R. Crockett (ed.); The Austrian Tribology Society, Volume 2 (2011), ISBN: 978-3-901657-38-2
M. Grebe, P. Feinle, P. Blaškovitš
- Improving the tribological behavior of amorphous thermoplastics with bonded solid lubricant coatings. ECOTRIB 2011 - 3rd European Conference on Tribology, Vienna, Austria; Proceedings, F. Franek, W.J. Bartz, A. Pauschitz, J. Vizintin, E. Ciulli, R. Crockett (ed.); The Austrian Tribology Society, Volume 2 (2011), S. 199-207; ISBN: 978-3-901657-38-2
M. Enger, P. Feinle, P. Blaškovitš
- Coatings for high performance gearboxes. International conference about “Production and Failures of gear wheels and gear boxes” in Trnava (SK), 26- - 27. April 2012; Proceedings, Article 6; p. 1-7, ISBN: 978-80-89275-30-4
M. Enger, P. Feinle, P. Blaškovitš, F. Weißling, J. Rigo
