Prüfverfahren zur Ermittlung des Verschleißverhaltens

Verschleißprüfverfahren sind unerlässlich, um das Verhalten von Werkstoffen und Beschichtungen unter mechanischer Beanspruchung, Reibung und Umwelteinflüssen zu bewerten. Diese Verfahren helfen Ingenieuren dabei, die Lebensdauer von Werkstoffen vorherzusagen, die Oberflächenleistung zu optimieren und Ausfälle in der Praxis zu verhindern.

Bei Rtec-Instruments werden Verschleißtests durch hochmoderne Messtechnik unterstützt, die Tribologie, 3D-Profilometrie und In-situ-Analyse kombiniert und so eine präzise und reproduzierbare Messung der Oberflächenabnutzung ermöglicht.

Was versteht man unter Verschleißprüfung?

Bei Verschleißtests werden reale Betriebsbedingungen simuliert, um zu beurteilen, wie Werkstoffe auf folgende Faktoren reagieren:

• Reibung und Kontakt
• Wiederholte Bewegungen
• Partikelaufprall
• Oberflächenermüdung

Es liefert wichtige Daten zu folgenden Themen:

• Verschleißrate
• Sachschaden
• Ausfallmechanismen
• Entwicklung der Oberfläche im Zeitverlauf

Die wichtigsten Arten von Verschleißprüfverfahren

Gleitverschleißprüfung (Tribologie)

Bei der Prüfung des Gleitverschleißes wird das Materialverhalten unter ständigem Kontakt und relativer Bewegung untersucht.

Wichtigste Merkmale:

• Misst Reibung und Verschleiß gleichzeitig
• Simuliert reale Kontaktbedingungen (Kugel-auf-Scheibe, Stift-auf-Scheibe)
• Ermöglicht die Analyse von Schmierwirkungen

Anwendungsbereiche:

• Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen
• Kfz-Komponenten
• Mechanische Systeme

Rtec-Instruments kombiniert Gleitverschleißprüfungen mit Echtzeitmessungen und 3D-Oberflächenanalysen.

Kratzprüfung

Bei der Kratzprüfung werden die Haftfestigkeit der Beschichtung und ihre mechanische Integrität bewertet, indem mittels einer Prüfnadel eine kontrollierte Kraft aufgebracht wird.

Wichtigste Ergebnisse:

• Kritische Lasten (Lc1, Lc2, Lc3)
• Haftfestigkeit
• Versagensarten (Rissbildung, Delaminierung)

Anwendungsbereiche:

• Dünnschichten und Beschichtungen
• Oberflächentechnik
• Qualitätskontrolle

Verschleißprüfung durch Rollen und Gleiten

Diese Methode simuliert eine kombinierte Roll- und Gleitbewegung, wie sie für Zahnräder und Lager typisch ist.

Wichtige Parameter:

• Gleitverhältnis
• Kontaktbelastung
• Schmierbedingungen

Anwendungsbereiche:

• Getriebesysteme
• Lager
• Getriebe für Kraftfahrzeuge

Prüfung der Erosion durch Luftstrahl

Mit der Luftstrahl-Erosionsprüfung wird die Beständigkeit von Werkstoffen gegenüber Partikelaufprall bewertet.

Wichtige Variablen:

• Teilchengeschwindigkeit
• Aufprallwinkel
• Partikelgröße und Material

Anwendungsbereiche:

• Luft- und Raumfahrtkomponenten
• Turbinen und Rohrleitungen
• Schutzbeschichtungen

3D-Profilometrie zur Verschleißanalyse

Zur Quantifizierung der Verschleißergebnisse nach den Prüfungen wird die 3D-Profilometrie eingesetzt.

Funktionen:

• Verschleißvolumen und -tiefe messen
• Analyse der Oberflächenrauheit und -struktur
• Verschleißspuren in 3D visualisieren

Rtec-Instruments umfasst:

• Weißlichtinterferometrie (WLI) für glatte Oberflächen
• Nipkow-Konfokalmikroskop für raue und komplexe Oberflächen

Verschleißmechanismen

Das Verständnis der Verschleißmechanismen ist für die Auswahl des geeigneten Prüfverfahrens von entscheidender Bedeutung:

• Adhäsiver Verschleiß – Materialübertragung zwischen Oberflächen
• Abrasiver Verschleiß – Abrieb durch harte Partikel
• Ermüdungsverschleiß – Rissbildung durch wiederholte Beanspruchung
• Erosiver Verschleiß – Materialabtrag durch Partikelaufprall

Warum Verschleißtests wichtig sind

Verschleiß ist eine der Hauptursachen für:

• Ausfall einer Komponente
• Energieverlust
• Wartungskosten

Eine effektive Verschleißprüfung ermöglicht:

• Verbesserte Materialauswahl
• Optimierung von Beschichtungen
• Erhöhte Produktzuverlässigkeit
• Geringere Betriebskosten

Der Ansatz von Rtec-Instruments bei Verschleißtests

Rtec-Instruments bietet eine umfassende Lösung für Verschleißprüfungen:

• Multifunktionale Plattformen, die Tribologie und Messtechnik vereinen
• Messmöglichkeiten vor Ort und in Echtzeit
• Hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit
• Hochentwickelte Software zur Datenanalyse und -visualisierung

Dieser integrierte Ansatz ermöglicht es den Anwendern, innerhalb eines einzigen Systems vom Test zur vollständigen Oberflächencharakterisierung überzugehen.

Anwendungen

Verschleißtests sind branchenübergreifend von entscheidender Bedeutung:

• Automobilindustrie und Verkehrswesen
• Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung
• Energie und Stromerzeugung
• Beschichtungen und Oberflächentechnik
• Halbleiter und Präzisionsfertigung
• Biomedizinische Geräte

Literaturverzeichnis

1. Hutchings, I. M., & Shipway, P. (2017). Tribologie: Reibung und Verschleiß von technischen Werkstoffen. Elsevier
2. ASTM G99 – Standardprüfverfahren für die Verschleißprüfung nach dem „Pin-on-Disk“-Verfahren
3. ASTM G76 – Prüfung der Erosion durch feste Partikel mittels Gasstrahlen
4. ASTM C1624 – Prüfung der Kratzhaftung von Beschichtungen
5. ISO 25178 – Normen für Oberflächenstrukturen
6. Bhushan, B. (2013). Einführung in die Tribologie. Wiley