Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Untersuchung elektrochemischer und -tribologischer Wechselwirkungen

In allen tribologischen Kontakten finden chemische Vorgänge statt. Da chemische Wechselwirkungen in der Regel durch Bindungselektronen und Elektronenübergänge gekennzeichnet sind, ist es möglich, diese durch elektrische Spannungen zu beeinflussen. Mit elektrochemischen Methoden können chemische Reaktionen in tribologischen Kontakten untersucht und beeinflusst werden.

 

Nutzen der elektrochemischen Methoden

Schmierstoffentwicklung, Triboelektrochemischer Verschleißschutz

Elektrisch leitfähige Schmierstoffe, Steuerung von Reibung, Wasserbasierte Schmierung, Gleitlageroptimierung

Wasserstoffversprödung (Wälzlager, Schmierstoffentwicklung)

Optimierung von Wälzlagern, E-Mobilität

Publikationen

 

Aktuelle Entwicklungsthemen

  • Schmierstoffentwicklung für Wälzlager
  • Elektrisch leitfähige Schmierstoffe
  • Ionische Flüssigkeiten als Schmierstoffadditiv
  • Messung von Durchschlagsspannung in Wälzlagern
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Schmierstoffentwicklung, Triboelektrochemischer Verschleißschutz / Elektrisch leitfähige Schmierstoffe, Steuerung von Reibung, Wasserbasierte Schmierung, Gleitlageroptimierung

 

Bestimmung von elektrochemischen Kenngrößen (u.a. Korrosionspotenzial, Korrosionsstromdichte, Passivierung, elektrische Leitfähigkeit, Zersetzung). Durchführung elektrotribologischer Modellreibversuche mit unterschiedlichen Belastungskollektiven (u.a. oszillierend Kugel-Scheibe, rotierend Kugel-3-Stifte) zur Bestimmung des Einflusses elektrochemischer Potenziale auf Reibung, Haftreibung, Verschleiß und Korrosionsverhalten. Das Ziel aktueller Arbeiten besteht darin Reibung und Verschleiß durch elektrochemische Potenziale gezielt zu steuern (Cluster CPM, Programmierbare Reibung) und elektrisch leitfähige Schmierstoffe zu entwickeln (u.a. für die E-Mobilität).

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Wasserstoffversprödung (Wälzlager, Schmierstoffentwicklung)

 

Durch den Einsatz elektrochemischer Methoden wird die tribologisch induzierte  Wasserstoffpermeation während eines Modellreibversuchs (oszillierend Kugel-Scheibe) in Abhängigkeit des Belastungskollektivs, der Schmierstoffzusammensetzung (Basisöl, Additive) und dem Material in-situ gemessen werden. Aktuelle Forschungsarbeiten beschäftigen sich mir der Entwicklung neuer Schmierstoffe zur Reduktion von wasserstoffverursachten Schädigungen (z.B. White Etching Cracks, WEC) bei Wälzlagern (u.a. für Windkraftanlagen).

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Optimierung von Wälzlagern, E-Mobilität

 

Anwendungsnahe elektrotribologische Prüfungen zur Untersuchung des Einflusses elektrochemischer Potenziale auf Reibung und Verschleiß werden an Axialwälzlagern durchgeführt. Durch die Vorgabe bestimmter Spannungsmuster wird die Durchschlagspannung bei Schmierstoffen untersucht. In aktuellen Arbeiten wird diese in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung, der Viskosität und der Additivierung der Schmierstoffe gemessen. Weitere Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Einfluss von elektrischen Potenzialen auf Reibung und Verschleiß bei elektrisch leitfähigen Schmierstoffen.

 

 

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Publikationen

 

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  • Amann, T.; Gatti, F.; Li, K.; Demirel, Y.; Kailer, A.; Feng, H.; Yuan, C., Investigation of ionic liquids with and without graphene as lubricant additive for metal/metal and metal/PEEK contacts over a wide temperature range, Lubrication Science 33/2 (2021) 100-11 Link
  • Amann, T.; Chen, W.; Baur, M.; Kailer, A.; Rühe, J., Entwicklung von galvanisch gekoppelten Gleitlagern zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß - Development of galvanically coupled plain bearings to reduce friction and wear, Forschung im Ingenieurwesen - Engineering Research 84/4 (2020) 315-32 Link
  • Gatti, F.; Amann, T.; Kailer, A.; Baltes, N.; Rühe; J.; Gumbsch, P., Towards programmable friction: control of lubrication with ionic liquid mixtures by automated electrical regulation, Scientific Reports 10/1 (2020) Art. 17634, 10 Seiten Link
  • Oberle, N.; Amann, T.; Kürten, D.; Raga, R.; Kailer, A., In-situ-determination of tribologically induced hydrogen permeation using electrochemical methods, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology 234/7 (2020) 1027-1034 Link
  • Gatti, F.; Amann, T.; Kailer, A.; Abicht, J.; Rabenecker, P.; Baltes, N.; Rühe, J., Makroskopische Reibwertsteuerung durch elektrochemische Potentiale mit ionischen Flüssigkeiten, Tribologie und Schmierungstechnik 66/4-5 (2019) 59-65 Link
  • Kürten, D.; Khader, I.; Kailer, A., Wasserstofffreisetzung im Wälzkontakt, Tribologie und Schmierungstechnik 66/4-5 (2019) 44-50 Link 
  • Amann, T., Gatti, F., Oberle, N.; Kailer, A.; Rühe, J., Galvanically induced potentials to enable minimal tribochemical wear of stainless steel lubricated with sodium chloride and ionic liquid aqueous solution, Friction 6/2 (2018) 230-242 Link  
  • Amann, T.; Waidele, M.; Kailer, A., Analysis of mechanical and chemical mechanisms on cavitation erosion-corrosion of steels in salt water using electrochemical methods, Tribology International 124 (2018) 238-246 Link  
  • Amann,T.; Dold, C.; Kailer, A., Potential controlled tribological behavior of water-based ionic liquids, Key Engineering Materials 674 (2016) 250-256 Link  
  • Dold, C.; Amann, T.; Kailer, A., Influence of electric potentials on friction of sliding contacts lubricated by an ionic liquid, Physical Chemistry Chemical Physics PCCP 17/16 (2015) 10339-10342 Link