MoS2: Grundlagen für eine verbesserte Gebrauchsdauerberechnung feststoffgeschmierter Wälzlager im Vakuum durch Multiskalen-Untersuchungen
In vielen technischen Anwendungen sind konventionelle Schmierstoffe wie Öle und Fette aufgrund von Betriebsbedingungen wie Vakuum oder hohen Anforderungen an Sauberkeit und Kontaminationsfreiheit ungeeignet. In solchen Fällen stellen Festschmierstoffe, insbesondere Molybdändisulfid (MoS₂), eine Alternative dar, deren tribologisches Verhalten jedoch bislang nur unzureichend verstanden ist.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines mikrostruktur- und mechanismenbasierten Modells zur Vorhersage der Gebrauchsdauer von MoS₂‑geschmierten Wälzlagern. Hierzu arbeiten der Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD der Universität Bayreuth, die Universität Kassel (Fachgebiet Mechanisches Verhalten von Werkstoffen) sowie das Computer-Chemie-Centrum der FAU Erlangen‑Nürnberg zusammen. Durch die Kombination von PVD-Beschichtungsverfahren, experimenteller Charakterisierungsmethoden und simulationsgestützter Ansätze werden Reibungs- und Verschleißmechanismen von der Makro- bis zur Nanoskala untersucht.
Im Fokus stehen insbesondere tribologisch induzierte Mikrostrukturveränderungen wie die Umorientierung der Schichttextur, Materialabtrag und -übertrag sowie die Bildung von Transferschichten. Darüber hinaus wird der Einfluss intrinsischer Materialeigenschaften sowie externer Belastungs- und Kontaktbedingungen auf das Verschleißverhalten und das nutzbare Schmierstoffvolumen analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Erweiterung eines bestehenden Gebrauchsdauermodells für feststoffgeschmierte Wälzlager, das im weiteren Projektverlauf experimentell validiert wird.
Das Projekt ist in das DFG‑Schwerpunktprogramm SPP 2074 eingebunden und trägt zum vertieften Verständnis der Zusammenhänge zwischen Mikrostrukturentwicklung und tribologischem Verhalten von Festschmierstoffschichten bei.
Methodik zur skalenübergreifenden Analyse struktureller Veränderungen von MoS₂-Schichten unter tribologischer Beanspruchung im Wälzkontakt, a) MoS₂-beschichtete Scheibe mit Verschleißspur nach dem tribologischen Test im Zwei-Scheiben-Tribometer, b) rasterelektronenmikroskopische (REM) Aufnahme der Verschleißspur, in der eine Lamelle durch Ionenstrahlschneiden geschnitten wurde, c) Vorbereitung und Entnahme der geschnittenen Lamelle für die Untersuchung im Transmissionselektronenmikroskop (TEM), d) hochauflösende TEM-Aufnahme der basal orientierten Mikrostruktur von MoS₂, e) Modellstruktur von MoS₂ für ab-initio Molekulardynamik-Simulationen.
Ansprechpartner: Christian Orgeldinger