Wiederherstellung der Reibflächen von Bauteilen

Mechanismus Schritt für Schritt

Dreidimensionaler Schnitt durch zwei Metallbauteile und die Reibzone dazwischen.

1. Normalbetrieb

   Die Oberflächen gleiten auf dem Schmierfilm. Der Revitalizant liegt im Öl in Form von 100–500 nm großen Konglomeraten aus harten Nanopartikeln in einer Bindephase vor; solange der Schmierfilm die Oberflächen trennt, werden die Konglomerate vom Öl lediglich transportiert.

   1. „Granatapfel“-Konglomerat

      Ein Partikel des Revitalizanten mit 100–500 nm: harte Nanopartikel als „Körner“ von 2–20 nm, getrennt durch eine weichere Bindephase. Das Partikel wird vom Öl mitgetragen.

2. Schmierfilmabriss

   Die Belastung liegt über dem Normalwert: Der Schmierfilm reißt, die Oberflächen kommen in Kontakt. Das Konglomerat ist zwischen den Rauheitsspitzen eingeklemmt, Druck und Temperatur zerstören die Bindephase, die Nanopartikel drücken punktuell auf das Metall.

   2. Kontaktstelle: Druck und Temperatur

      Der Schmierfilm ist durchbrochen, das Partikel ist zwischen den Rauheitsspitzen eingeklemmt. Hoher Druck und hohe Temperatur an der Kontaktstelle zerstören die Bindephase.

   3. Zerkleinerung bis zu den „Körnern“

      Das Konglomerat zerfällt in immer kleinere Konglomerate, bis hin zu einzelnen Nanopartikeln. Die Größe passt sich der Rauheit an: Das ursprüngliche Partikel D ist größer als die Unebenheiten h, nach der Zerkleinerung gilt d ≈ h.

   4. „Körner“ als Druckkonzentratoren

      Das Partikel ist in der Größe mit den Oberflächendefekten (Körnigkeit und Mikrorauheit) vergleichbar, und seine „Körner“ drücken punktuell auf das Metall: Der Druck steigt umgekehrt proportional zum Quadrat der Größe. In Nanovolumina des Metalls entstehen besondere Drücke und Temperaturen.

3. Bildung der Beschichtung

   Die modifizierte Randschicht wächst: An den Kontaktstellen steigen Temperatur und Druck, Kohlenstoff diffundiert in das Metall, es kommt zu Karbidbildung und Verfestigung; Verschleißpartikel werden eingefangen und an die Oberfläche angesintert.

   5. Nanostrukturierung der Schicht

      Das Metall verformt sich in Nanovolumina plastisch: Die Körner werden stark zerkleinert, die Dichte ihrer Grenzen nimmt zu, und die Oberflächenschicht geht in einen aktiven nanostrukturierten Zustand über.

   6. Kohlenstoffdiffusion

      Über die vielen neuen Korngrenzen dringt der Kohlenstoff in die Tiefe der Oberfläche (vertikal) und in das Innere der Körner (horizontal) ein.

   7. Niedertemperatur-Karbidbildung

      Aus der Lösung von Kohlenstoff in Eisen bilden sich leicht Karbide. Die metallkeramische Beschichtung wächst: Zur Oberfläche hin steigt der Kohlenstoffgehalt, der Eisengehalt sinkt.

   8. Verfestigung und Glättung

      Die Partikel wirken als nichtabrasiver „Nanoschrot“: Die Unebenheiten werden plastisch geglättet, in der Schicht entstehen über ihre gesamte Tiefe Druckspannungen gleichen Vorzeichens.

   9. Einbindung der Verschleißprodukte in die Beschichtung

      Die Partikel des Revitalizanten zerkleinern die Verschleißpartikel wie eine „Nanomühle“ bis auf Nanogröße. An den Kontaktstellen werden sie angeschmolzen und in die Beschichtung eingebunden, und der Metallgehalt im Öl sinkt.

4. Stabilisierung

   Ergebnis: Die Oberfläche ist wiederhergestellt, die Rauheit ist im Gleichgewicht, die Partikel sind ihr größenmäßig vergleichbar, und das Gleiten wird durch Rollen abgelöst.

   10. Abschluss: Rollen statt Gleiten

       Die Rauheit erreicht ihren Gleichgewichtswert, die Partikel nehmen eine dazu passende Größe an. Sie rollen zwischen den geglätteten Oberflächen: Die Gleitreibung geht in Rollreibung über.