Reibung und Verschleiß von Metall, Keramik, Kunststoff und Dichtungen

WMV Netherlands


Reibung und verschleißmindernde Systeme

Gut abgestimmte Kombinationen aus Grundmaterial und Beschichtung können zu einer entscheidenden Verbesserung im Reibungsverhalten, bei der Tribo-Oxidation, bei der Fressneigung und der Verschleißkontrolle führen.



Reibung und Verschleiß von Metallen, Keramiken, Teilkeramiken,
Verbundmaterialien, Kunststoffen und Dichtungen




Mögliche Verbesserungen durch den Einsatz von
optimierten (inkompatiblen*) tribologischen Systemen:


* in festem Zustand nicht mischbar




Herkömmliche Reibungskoeffizienten:

  Gleichpaarung inkompatibel geschmiert
Metall auf Metall 0.82 0.36 0.07
(Nicht)metall auf Nichtmetall 0.53 0.12 0.08



Das ideale Material oder die ideale Materialkombination zur Realisierung von geringstem Verschleiß bei minimaler Reibung existiert nicht. Immerhin konnte jedoch im Rahmen unserer Forschungsarbeiten im Labor eine erstaunliche Anzahl an möglichen Optimierungen zur Verbesserung der Reib- und Verschleißeigenschaften erarbeitet werden. In vielen Anwendungen reduzieren Lunac 2+-Beschichtungen sowohl Reibung als auch Verschleiß. Besonders in wassergeschmierten Dichtungssystemen (z.B. Achsen) kommen die Vorteile aufgrund der Inkompatibilität zum Tragen. Neben den Lunac-Beschichtungen haben wir auch viele andere Materialkombinationen getestet. Aufgrund der nahezu endlosen Möglichkeiten an Materialkombinationen wurde auch eine
beachtliche Anzahl an Optimierungen mit anderen Materialien gefunden. Das eröffnet uns ergänzend die Möglichkeit, als Berater mit innovativen Ideen zu fungieren. Die folgenden Diagramme zeigen einen Teil der Reibungs- und Verschleißdaten von Dichtungen und Lagern, die in unserem Tribo-Tester ermittelt wurden. Die WMV Tribo-Tests geben Aufschluss über den Einfluss der Variation der Reibpartner sowie verschiedenster anderer Parameter (Reibgeschwindigkeit, Art der Bewegung, Temperatur, Druck, Feuchte und Schmierung). Letztendlich haben die Ergebnisse gezeigt, dass Dichtungs- und Lagerungssysteme in neuen Anwendungen immer umfangreichen Tests unterzogen werden sollten, weil sich oft unerwartete Eigenschaften beim Einsatz zeigen.

 




Trockene und “wassergeschmierte” Reibungssysteme


'Wassergeschmierte' und trockene Reibungssysteme folgen grundlegend unterschiedlichen tribologischen Gesetzmäßigkeiten. Die Abbildung zeigt zwei PA 12-Stifte, die auf unserem Tribo-Tester geprüft wurden (identische Prüfbedingungen, jedoch ein anderes Medium). Der linke Stift zeigt den Effekt der herkömmlichen Tribo-Oxidation im System trockenes PA 12 / rostfreier Stahl (1.4404). Der rechte Stift zeigt den adhäsiven Verschleiß des „wassergeschmierten“ Systems aus PA 12 / rostfreier Stahl (1.4404). Die Verschleißrate des „wassergeschmierten“ Systems (rechts) stellt sich 7-fach größer als die des trockenen Systems dar. Somit ist Tribo-Oxidation nicht unbedingt ein ungewolltes Phänomen. Im „wassergeschmierten“ System müsste der rostfreie Stahl ersetzt oder mit einer abriebfesten Beschichtung versehen werden. Weiterhin könnte das PA 12 durch einen Kunststoff mit geringerer kovalenten Bindungsneigung ersetzt werden (wie z.B. UHMWPE innerhalb akzeptabler Belastungen).








'Wassergeschmierte' Reibungssysteme:

Entsprechend der GLP-Norm auf dem WMV Stift-Ring Tribo-Tester geprüft. Stiftmaterialien: Polyurethan, viton®, ecopur®, x-ecopur®, HT-HNBR, Fluoroloy 45, P6000, GUR 4120 PE, Duralion PE Ringmaterialien: Flammgespritztes Cr2O3, Lunac 2+, 1.8550 nitrierter Stahl, 18-8 rostfreier Stahl Datum: September 2007


Diagramm 1: Klicken um zu vergrößern (erneutes Klicken zum Verkleinern)




















Diese Abbildung zeigt die Auswirkungen von (beschichteten) Rotorwellen auf 3 identische Dichtungen (HT-HNBR ist eine hochtemperaturbeständige HNBR-Mischung). Die Auswirkungen der geringen thermischen Leitfähigkeit der voll keramischen (Chrom-Oxid) Beschichtung sind deutlich sichtbar. Bei einer genaueren Untersuchung (Dehnung der Dichtungen) wurden Mikrorisse in der schwarzen Kontaktzone gefunden. Die hohe thermische Leitfähigkeit von Lunac 2+ verringert die Temperatur in der Berührfläche, weshalb keine Leckage begünstigenden Mikrorisse in der Elastomerdichtung entstehen. entstehen. Auf diese Weise können durch den Einsatz von Lunac 2+ Dichtungen geschont werden.













Trockene Reibung :

Entsprechend der GLP-Norm auf dem WMV Stift-Ring Tribo-Tester geprüft. Geprüfte Materialien: Polyurethan, viton®, ecopur®, x-ecopur®, POM, PEEK, Ertalyte Tx®, PTFE, C-PTFE, Fluoroloy gold®, Fluoroloy 45®, HT-HNBR, GUR 4120 PE, epoxy-fenol. Ringmaterialien: Flammgespritztes Cr2O3, Lunac 2+, 1.8550 nitrierter Stahl, 18-8 rostfreier Stahl
Datum: November 2007

Diagramm 2: Klicken um zu vergrößern (erneutes Klicken zum Verkleinern)


















Dieses Beispiel zeigt ein unerwartetes negatives tribologisches Verhalten von Cr2O3 auf HT-HNBR bei trockenen Bedingungen. Der Verschleiß am Elastomer ist gering, aber der Verschleiß am wesentlich härteren Cr2O3 ist schwerwiegend und es sind grüne Ablagerungen auf dem HT-HNBR zu sehen. In diesem Fall sind harte metallische Oberflächen zu bevorzugen.





PEEK wird bevorzugt in Metall-Kunststoff Lagerungen eingesetzt. Es ist kaum bekannt, dass ungeachtet des geringen Reibungskoeffizienten und der geringen initialen Verschleißrate ernsthafte Probleme mit Fressen auftreten können. In unseren Prüfungen trat das Fressen innerhalb der ersten zwei Versuchsstunden auf! Somit ist PEEK in der Lage, die Oberfläche von 18-8 rostfreiem Stahl zu zerstören! Harte, (teil-) keramische Beschichtungen können hier Abhilfe schaffen.






Das WMV-Labor testet kontinuierlich neue Materialpaarungen und erweitert so seinen Wissenshorizont. Wir freuen uns über jede Anfrage, um gemeinsam beobachtete Phänomene zu diskutieren und Wissen/Ideen auszutauschen.