Entwicklung einer Prüfmethode für thermisch hoch belastete, abgasbeaufschlagte Gleitpaarungen

Die hohen thermischen und korrosiven Belastungen von tribologischen Systemen in modernen Verbrennungsmotoren und Gas- und Wasserstoffturbinen führen zu einen hohen Entwicklungsaufwand der Gleitlagerwerkstoffe. Am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik wird eine neue effiziente Prüfmethodik entwickelt, um diese hochtemperaturbeaufschlagten ungeschmierten Tribosysteme zu qualifizieren. Dazu wurde ein bestehender Modellprüfstand hinsichtlich der Kontaktgeometrie, der Temperaturverteilung und der Datenaufzeichnung weiterentwickelt. Durch die hochauflösende Reibkraftmessung ergibt sich die Möglichkeit, bekannte Reibwertberechnungsmethoden, wie die energetische Mittelung, anzuwenden. Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass der energetisch gemittelte Reibwert und der geometrieunabhängige Reibwert das tribologische Verhalten im Trockenlauf zutreffend beschreiben. Weiterhin wurden vier Si3N4-Gleitlagerwerkstoffe mit diesem Modellprüfstand bei Probentemperaturen bis zu 640 °C tribologisch charakterisiert. Durch einen Zusatz von MoSi2 konnte der Reibwert von 0,71 auf 0,21 bei 300 °C verringert werden. Bei dieser Temperatur wurde ein Verschleißrückgang von 95 % des mit MoSi2 zugesetzten Materials im Vergleich zum ursprünglichen Werkstoff erreicht. Außerdem wurde ein anwendungsnaher Welle-Buchse-Prüfstand entwickelt, der als Bindeglied zwischen dem Modellprüfstand und der Anwendung stehen soll. In einem nächsten Schritt werden die vorgestellten Si3N4-Gleitlagerwerkstoffe auch mit dieser Prüfmethodik untersucht um anschließend die beiden Methoden bewerten und validieren zu können.