TY  - THES
A3  - Jiang, Xin
AB  - Die insbesondere durch Partikeleinfall, z.B. durch Sand in der Wüste, verursachte Erosion von Oberflächen führt immer wieder zu Ausfällen von Bauteilen an technischen Geräten bis hin zu dem Ausfall kompletter technischer Anlagen. Dieses Wissen ist ein wichtiger Grund, mittels wissenschaftlicher Methoden und dem Einsatz experimenteller Untersuchungen ein besseres Verständnis über die Mechanismen zu erlangen, die zu diesen Ausfällen führen. Deshalb besteht ein wesentliches Ziel darin, Erkenntnisse zu gewinnen, wie solche Ausfälle zukünftig vermieden werden können.
Mit dieser Arbeit werden hierfür Grundlagen dargelegt, indem die wesentlichen Wechselwirkungen von Partikeln mit einer Oberfläche beschrieben und charakterisiert werden. Zu diesem Zweck wird zunächst die Oberfläche verschiedener Werkstoffe nach dem Einfall eines Partikelkollektivs untersucht, um die einzelnen Verschleißmechanismen identifizieren zu können. Die experimentellen Untersuchungen der unterschiedlichen Oberflächen (Edelstahl, Kupfer, DLC-Schicht) werden mit unterschiedlichen Einfallsbedingungen durchgeführt, wobei die Geschwindigkeit, der Winkel und die Einfallsdauer variiert werden. Anschließend werden Methoden vorgestellt, mit denen Mechanismen anhand der Wechselwirkung von einzelnen Partikeln mit den Oberflächen untersucht werden können. 
In vielen aktuell vorliegenden Arbeiten wurde die Änderung der Adhäsion eines Partikels durch die Oberflächenrauheit untersucht, wobei aber der Einfluss des Partikelverschleißes außer Acht gelassen wurde. Dieses wird in der vorliegenden Arbeit nachgeholt und die Änderung der Partikeloberfläche durch Abrieb wird in die Untersuchungen miteinbezogen. Die hierauf basierenden Auswertungen belegen, dass nur die gesamthafte Betrachtung der abgeriebenen Oberfläche in Kombination mit dem verschlissenen Partikel zu einer nachvollziehbaren Änderung führen. Im Wesentlichen begründet sich dieser Sachverhalt daraus, dass einzelne Kontaktsituationen sich auf diesen Skalen von Position zu Position sehr stark ändern können, so dass der Einfluss des Partikelabriebes zu vernachlässigen ist. 
Für die Beschreibung des Verschleißmechanismus Abrasion wird der Reibungskoeffizient durch einen Kratztest mit dem Nanoindenter auf Oberflächen bestimmt, die zum einen durch den Einfall von Sandpartikeln Erosion erfahren haben und zum anderen auf unverschlissenen Oberflächen. Dabei erfolgen die Kratztests sowohl mit einem kommerziell erworbenen Indenter, als auch mit einem selbstgebauten Indenter, auf den ein beliebiger Partikel aufgeklebt werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Reibungskoeffzient durch den Einfall der Partikel ändert und dass der selbstgebaute Indenter für diese Art der Messungen geeignet ist. 
Als weiterer Verschleißmechanismus wurde die auf Ermüdung basierende Oberflächenzerrüttung beobachtet, die in der Vergangenheit bisher nur mit großem Aufwand untersucht werden konnte. In dieser Arbeit wird hierfür die „reference method“ des Nanoindenters genutzt, die es erlaubt den Indenter bei einer Frequenz von 220 Hz schwingen zu lassen und dadurch die Oberfläche zu ermüden. Da die mit dieser Methode erzielten Untersuchungsergebnisse sehr gut mit denen der klassischen Ermüdungsforschung übereinstimmen eröffnet die „reference method“ ebenfalls eine weitere Möglichkeit die Ermüdung von Werkstoffoberflächen zu untersuchen.
Durch diese Arbeit werden Grundlagen und Messmethoden für experimentelle Untersuchungen entwickelt, die die Einzelmechanismen des erosiven Verschleißes beschreiben. Auf dieser Basis werden Möglichkeiten eröffnet Wirkungszusammenhänge zwischen einfallenden Partikeln und einer Oberfläche grundlegend zu verstehen, um Entscheidungen für die Auswahl von Werkstoffen in erosiven Anwendungen besser treffen zu können.
AU  - Diehl, Katharina
DA  - 2020
DO  - 10.25819/ubsi/5241
KW  - Erosion
KW  - Partikel
KW  - Tribologie
LA  - ger
PY  - 2020
TI  - Betrachtung der individuellen tribologischen Phänomene im Rahmen der Partikelerosion
TT  - Consideration of individual tribological phenomena as part of partical erosion
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-17088
Y2  - 2024-11-21T22:46:59
ER  -