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Makroskopische Reibwertsteuerung durch elektrochemische Potentiale mit ionischen Flüssigkeiten

 
: Gatti, F.; Amann, T.; Kailer, A.; Abicht, J.; Rabenecker, P.; Baltes, N.; Rühe, J.

:

Tribologie und Schmierungstechnik 66 (2019), Nr.4-5, S.51-57
ISSN: 0724-3472
ISSN: 0036-6218
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IWM ()
Fraunhofer IWU ()
Fraunhofer ICT ()
Mischungen ionischer Flüssigkeiten; elektrisches Potential; Oberflächenpolarisation

Abstract
Eine der größten Herausforderungen in der Tribologie ist die gezielte Kontrolle der Reibung zwischen zwei Reibpartnern. Durch den systematischen Einsatz von Schmierstoffen mit unterschiedlicher Viskosität oder veränderter Additivzusammensetzung kann die Abstimmung auf einen bestimmten Reibkontakt optimiert werden, solange die Anwendungsparameter konstant sind. Ändern sich die Parameter im Verlauf des Lebenszyklus, kann nur durch den Austausch des Schmierstoffs auf die ständig wechselnden Parameter reagiert werden. Unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten (ILs) als oberflächenaktives Schmiermittel in Kombination mit einer extern angelegten Spannung zwischen den Reibpartnern kann die Reibung insitu kontrolliert und gesteuert werden. Durch das Anlegen einer externen Spannung wird eine Oberflächenpolarisation der Reibpartner induziert, die je nach Polarisation eine Anlagerung der Anionen oder Kationen im Reibspalt verursacht. Dies beeinflusst die Reibung so stark, dass eine makroskopisch veränderbare Reibung erzielt wird. In dieser Arbeit wurde mit Hilfe von tribologischen Untersuchungen (Kugel-3-Stifte-Geometrie) die Beeinflussung von Reibung und Verschleiß mittels externer elektrischer Potentiale nachgewiesen. Dabei wurden leitfähige, toxikologisch unbedenkliche IL-Mischungen auf Basis von langkettigem Phosphonium eingesetzt, die eine Mischbarkeit mit Öl garantieren. Die Steuerbarkeit des Reibniveaus konnte sowohl während des Experiments nach einer Einlaufphase als auch über die gesamte Dauer eines kombinierten Versuchs, die Messung der Haftreibung, der Gleitreibung und von Stribeck-Kurven beinhaltet, nachgewiesen werden. Zusätzlich wurde durch Oberflächenanalytik (Röntgenphotoelektronenspektroskopie, XPS) der Einfluss der Potentiale auf die Beschaffenheit der tribologisch belasteten Metalloberfläche untersucht und diskutiert. Im Zuge der Weiterentwicklung könnte eine direkte Kopplung des Reibungskoeffizienten an das elektrochemische Potential genutzt werden, um das tribologische System an veränderte Umgebungsbedingungen oder Lastkollektive anzupassen.

 

One of the greatest challenges in tribology is the target -e d control of friction between two friction partners. Byt he targeted use of lubricants with different viscositieso r modified additive compositions, the adjustment to ac ertain friction contact can be optimized as long as the application parameters are constant. If the parameters change in the course of the life cycle, the only way to react to the constantly changing parameters is to replace the lubricant. By using ionic liquids (ILs) as surface active lubricants in combination with an externally applied voltage between the friction partners, the friction can be controlled and regulated in-situ. By applying an external voltage, a surface polarization of the friction partners is induced which, depending on the polarization, causes an accumulation of anions or cations in the friction gap. This influences the friction so strongly that a macroscopically variable friction is achieved. In this work, tribological investigations (ball on 3 pin geometry) were used to demonstrate the influence of external electrical potentials on friction and wear. Conductive, toxicologically harmless IL mixtures based on long-chain phosphonium were used, which guarantee miscibility with oil. The controllability of the friction level could be demonstrated both during the experiment after a running-in phase and over the entire duration of a combined experiment which included measurement of static friction, sliding friction and stribeck curves. In addition, surface analysis (X-ray photoelect-r on spectroscopy, XPS) was used to investigate andd iscuss the influence of the potentials on the propertieso f the tribologically loaded metal surface. In the course of further development, a direct coupling of the coefficient of friction to the electrochemical potential could be used to adapt the tribological system to changing environmental conditions or load collectives.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-559186.html