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Massenspektrometrische Untersuchungen der aus Additiven in nasslaufenden Lamellenkupplungen gebildeten tribologischen Grenzschichten

Die hauptsächlich aus Additiven an den Reibkörperoberflächen nasslaufender Lamellenkupplungen gebildeten tribologischen Grenzschichten besitzen einen erheblichen Einfluss auf das Reibungsverhalten des tribologischen Systems. Kombinierte Untersuchungen aus Prüfstandsversuchen und ToF-SIMS-Analysen können wertvolle Erkenntnisse zu den Bildungsmechanismen und den Auswirkungen solcher tribologischen Grenzschichten liefern. Die vorliegende Arbeit befasst sich eingehend mit den massenspektrometrischen Untersuchungen der während Prüfstandsversuchen an Stahllamellenoberflächen gebildeten tribologischen Grenzschichten, unter Verwendung eines organischen Reibbelags und 14 verschiedener Modellfluide. Die Ergebnisse verbessern das Verständnis des tribologischen Grenzschichtaufbaus, sie gewähren Einblicke in Additiv-Additiv-Wechselwirkungen während der tribologischen Belastung und ermöglichen außerdem Rückschlüsse zu Auswirkungen von Grenzschichtbestandteilen auf die Reibungscharakteristik.

Titel: Massenspektrometrische Untersuchungen der aus Additiven in nasslaufenden Lamellenkupplungen gebildeten tribologischen Grenzschichten
Verfasser: Mayer, Christoph Andreas GND
Gutachter: Arlinghaus, Heinrich Franz GND
Organisation: FB 11: Physik
Dokumenttyp: Dissertation/Habilitation
Medientyp: Text
Erscheinungsdatum: 2015
Publikation in MIAMI: 02.07.2015
Datum der letzten Änderung: 02.07.2015
Schlagwörter: ToF-SIMS; Oberflächenanalytik; nasslaufende Lamellenkupplung; Tribologie; tribologische Grenzschicht
Fachgebiete: Physik
Sprache: Deutsch
Format: PDF-Dokument
URN: urn:nbn:de:hbz:6-59219498900
Permalink: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:6-59219498900
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Inhalt:
1 Einleitung.................................................................................................1
2 Grundlagen..............................................................................................5
Maschinenbauliche und tribologische 2.1 Grundlagen....................................5
2.1.1 Nasslaufende Lamellenkupplungen.............................................5
2.1.2 Der Reibungskoeffizient ..............................................................9
2.1.3 Ausbildung tribologischer Grenzschichten................................11
2.1.4 Grundöl und Additive ................................................................13
2.1.4.1 Grundöl.......................................................................... 13
2.1.4.2 Antiwear ........................................................................ 14
2.1.4.3 Corrosion Inhibitor ........................................................ 16
2.1.4.4 Friction Modifier ........................................................... 17
2.1.4.5 Detergent ....................................................................... 19
2.1.4.6 Dispersant ...................................................................... 19
2.2 Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) ....................20
2.2.1 Wechselwirkungen zwischen Ionen und Festkörpern im Bereich
der Sekundärionenmassenspektrometrie ...................................21
2.2.1.1 Beschussinduzierte Zerstäubung von
Festkörperoberflächen ........................ 21
2.2.1.2 Ionisation zerstäubter Sekundärteilchen........................ 23
2.2.2 Flugzeitprinzip...........................................................................24
2.2.3 Analysemodi der ToF-SIMS......................................................26
2.2.3.1 Integrale Oberflächenspektren....................................... 26
2.2.3.2 Lateralverteilungsanalysen ............................................ 26
2.2.3.3 Tiefenprofilanalysen...................................................... 27
2.2.3.4 3D-Tiefenprofilanalysen................................................ 27
2.2.4 Hauptkomponentenanalyse (PCA) ............................................28
3 Experimenteller Aufbau und Probensysteme....................................................31
3.1 Aufbau der Analyseapparaturen ............................................................31
3.1.1 Aufbau des Lamellenkupplungsprüfstandes LK2 .....................31
3.1.2 Aufbau der ToF-SIMS-Analyseapparatur .................................33
3.2 Kupplungskomponenten und Prüfstandsversuche ...................................35
3.2.1 Modellfluide ..............................................................................35
3.2.2 Kupplungslamellen ....................................................................36
3.2.3 Ablauf der Prüfstandsversuche ..................................................37
3.3 Probenpräparation für die Oberflächenanalytik.......................................39
3.3.1 charakteristischer Sekundärionensignale...................39
3.3.2 Präparation beanspruchter Kupplungslamellen .........................40
4 Ergebnisse und Diskussion.......................................................................41
4.1 Anlagerungsverhalten einzelner Additive an Stahllamellen....................42
4.1.1 Antiwear ....................................................................................42
4.1.1.1 Charakteristische Signale des Antiwears....................... 43
4.1.1.2 Laterale Verteilung des Antiwears an tribologisch
belasteten Stahllamellenoberflächen ............................. 45
4.1.1.3 3D-Tiefenprofilanalyse der tribologisch an Stahllamellen
gebildeten Antiwear-Grenzschichten............................. 48
4.1.2 Corrosion Inhibitor ....................................................................51
4.1.2.1 Charakteristische Signale des Corrosion Inhibitors....... 52
4.1.2.2 Laterale Verteilung des Corrosion Inhibitors an
tribologisch belasteten Stahloberflächen ....................... 53
4.1.2.3 Ergänzende Lateralverteilungsanalysen zur Anlagerung
des Corrosion Inhibitors an Stahloberflächen aus der
Materialpaarung mit sintermetallischem Reibbelag...... 58
4.1.3 Friction Modifier .......................................................................62
4.1.3.1 Charakteristische Signale des Friction Modifiers.......... 62
4.1.3.2 Laterale Verteilung des Friction Modifiers an
tribologisch belasteten Oberflächen .............................. 64
4.1.4 Detergent....................................................................................65
4.1.4.1 Charakteristische Signale des Detergents...................... 65
4.1.4.2 Laterale Verteilung des Detergents an tribologisch
belasteten Oberflächen .................................................. 67
4.2 Wechselwirkungen zwischen Additiven..................................................71
4.2.1 Auswirkungen verschiedener Additive auf die Bildung von
Phosphatglasschichten ...............................................................71
4.2.1.1 Einflüsse des Corrosion Inhibitors ................................ 72
4.2.1.2 Einflüsse des Friction Modifiers.................................... 77
4.2.1.3 Einflüsse des Detergents................................................ 81
4.2.1.4 Einflüsse des Dispersants .............................................. 85
4.2.1.5 Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Additiven
hinsichtlich ihres Einflusses auf die Bildung von Phosphatglas ....... 89
4.2.2 Untersuchung von Additiv-Additiv-Wechselwirkungen mit
Hilfe der Hauptkomponentenanalyse ........................................92
4.3 Grenzschichteinflüsse auf die Reibcharakteristik..................................100
4.3.1 Auswirkungen von Phosphatglasschichten auf die
Reibschwingneigung................................................................100
4.3.2 Auswirkungen des Friction Modifiers auf die
Reibschwingneigung................................................................110
5 Zusammenfassung und Ausblick.............................................................115
6 Summary and Outlook ..........................................................................121
Abbildungsverzeichnis .............................................................................125
Tabellenverzeichnis .................................................................................133
Abkürzungsverzeichnis .............................................................................135
Literaturverzeichnis ................................................................................137