Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Werkstoffentwicklung für gleitbeanspruchte Anwendungen

Jährlich entstehen hohe Schäden durch Reibung und Verschleiß in gleitbeanspruchten Anwendungen. Eine Möglichkeit zur Bewegungstransformation im trocken laufenden Einsatz bieten Gleitbeläge. Um deren Leistungsfähigkeit weiter zu steigern, sind im Vergleich zu konventionell eingesetzten Sintermetallen erhöhte Metallanteile und im Vergleich zu Bronzelagern mit Graphiteinsätzen feinverteilte Festschmierstoffe vielversprechende Werkstoffkombinationen.

Daher ist es das Ziel dieses Forschungsvorhabens, neuartige Gleitbeläge mittels thermischen Spritzens (TS) zu entwickeln. Dabei gilt es den Metallanteil, sowie die Verteilung der Festschmierstoffe auf die Anwendung abzustimmen. Höhere Metallanteile tragen dabei zur Verschleißreduzierung bei, während feinverteilte Festschmierstoffe eine Reibungsreduzierung realisieren können. Im Vergleich zu konventionellen Gleitbelägen verspricht die vorgeschlagene Beschichtungsroute mittels TS eine neuartige Entwicklung bisher nicht betrachteter Werkstoffkompositionen, die sich schmelzmetallurgisch nicht realisieren lassen. Zusätzlich ergibt sich eine erhöhte Formfreiheit durch den Beschichtungsprozess. Dadurch ergeben sich neue Auslegungsmöglichkeiten von Gleitbelägen für eine kostengünstigere Produktion. Die Anwendung thermisch gespritzter Kompositwerkstoffe für Gleitbeläge wurde für trocken laufende Anwendungen kaum untersucht. Daher besteht sowohl bei der Werkstoffentwicklung, Schichtherstellung und tribologischen Untersuchung Forschungsbedarf, dessen Abdeckung Ziel dieses Forschungsprojekt ist.

Abschließend wird das Potential der Projektidee in internen und externen Lageruntersuchungen vorwettbewerblich beurteilt. Zukünftig verspricht dieses Projekt technische und wirtschaftliche Verbesserungen für diverse Anwendungen und insbesondere für große und komplexe Bauteile. Lohnbeschichtern, die überwiegend aus kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) bestehen, eröffnet dies einen neuen Markt und entsprechend wirtschaftliche Vorteile.

Ergebniszusammenfassung:

In vielen Anwendungen bei denen hydrodynamische Lager nicht einsetzbar sind oder aus ökologischen Gründen auf ein Schmiermittel verzichtet werden soll, können Trockengleitlager eine Alternative sein. Konventionelle Gleitbeläge werden zumeist in einem zweistufigen Sinter-Walz-Verfahren auf einem Bandmaterial aufgetragen. Diese Gleitbeläge müssen zumeist für komplexere Geometrien umgeformt und mit speziellen Fixierungen am Bauteil angebracht werden. Das Thermische Spritzen stellt einen alternativen Beschichtungsprozess dar, um einen Verschleißschutz und eine Reibungsreduktion bei trocken gleitender Beanspruchung zu erzielen.

Für die Entwicklung der thermisch gespritzten Beschichtungen wurden verschiedene Verfahrensvarianten des Thermischen Spritzens, metallische Matrixwerkstoffe, Festschmierstoffe und Beschichtungszusammensetzungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Integration der Festschmierstoffe die Kohäsion der Beschichtungen reduziert wird, weshalb bei einem zu geringen Festschmierstoffanteil kein Schmierstofffilm aufgebaut und der Verschleiß durch die reduzierte Kohäsion erhöht wird. Bei zu hohen Festschmierstoffanteilen wird ein trennender Schmierstofffilm aufgebaut, wodurch die Reibung signifikant reduziert wird. Jedoch ist in diesem Fall die Kohäsion der Beschichtung so stark reduziert, dass der Verschleiß ansteigt. Bei einem dem Belastungsfall angepassten Festschmierstoffanteil erfolgt eine Trennung der Reibpartner ohne die Kohäsion der Beschichtung zu sehr zu reduzieren, wodurch der Verschleiß und die Reibung gesenkt wird. In diesem Vorhaben wurden drei verschiedene anwendungsnahe Lastfälle untersucht. Für jeden Lastfall konnten thermisch gespritzte Beschichtungen entwickelt werden, die einen höheren Verschleißwiderstand bei vergleichbarem Reibungsverlauf im Vergleich zu einem konventionell eingesetzten Gleitbelag aufweisen. Bei vergleichbaren Belastungen, wie z.B. Linearführungen können solche Beschichtungen zukünftig Anwendung finden.