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Organisationseinheit der BAM
A new method for sampling wear particles directly from the lubricant reservoir has been developed and applied successfully for analyzing wear particles by high-resolution scanning electron microscopy in transmission mode having coupled energy-dispersive X-ray spectroscopy. The lubricated tribological testing was carried out with fully formulated as well as with non-formulated synthetic base oil. It was possible to analyze individual particles with dimensions as small as about 5–30 nm which are likely the 'primary' wear particles. A majority of the particles, however, are agglomerated and, thus, lead to the formation of larger agglomerates of up to a few micrometers. Chemical analysis led to the conclusion that most of the observed particles generated in formulated oil, especially the larger ones, are composed of the additives of the lubricant oil. In non-formulated base oil, the primary particles are of similar dimensions but contain only iron, chromium and oxygen, but most likely stem from the mating materials. This finding points to the fact that the main wear mechanism under lubricated conditions with fully formulated oil is more like a continuous shearing process rather than a catastrophic failure with the generation of larger primary particles. When the oil is non-formulated, however, several wear mechanisms act simultaneously and the wear rate is increased significantly. Generated larger primary particles are milled down to the nanoscale. When the oil is fully formulated, wear mainly takes places at the additive layer or tribofilm; thus, the steel surface is protected.
The accurate EDS microanalysis of light elements such as boron and carbon by spectrum imaging will be demonstrated using a sintered hard ceramic material composed of the three major phases titanium boride (TiB2), titanium carbide (TiC), silicon carbide (SiC) and minor phases, sub-μm in size.
The combination of these three materials leads to improved mechanical and tribological properties. Silicon carbide is a material used for mechanical seals. It has the disadvantage of reduced failsafe running functions, causing increased wear when running dry. The added titanium components (TiC and TiB2) improve the failsafe running functions. This technology has already been transferred to industrial applications.
Untersucht wurden Verschleißpartikel als elektronen-transparente Proben auf dünnen Trägerfolien mit einem hochauflösendem Rasterelektronenmikroskop und energiedispersiver Röntgenspektrometrie im Transmissionsmodus. Die hohe laterale Auflösung dieser modernen Methoden ermöglicht eine morphologische Charakterisierung der Verschleißpartikel bis in den nm-Bereich. Die hochauflösende Elementanalyse erlaubt eine Interpretation der Zusammensetzung und damit Rückschlüsse auf die Verschleißpartikelbildung.
Die tribologischen Untersuchungen sind an einem Modell-Verschleißtribometer nach DIN 51834-2 geschmiert, aber ohne Ölkreislauf, durchgeführt worden. Die Präparation der Verschleißpartikel über eine Entnahme und Übertragung einer geringen Schmierstoffmenge mit einer Mikropipette auf eine TEM-Trägerfolie ist mit einem geringen Aufwand möglich. Der präparative Aufwand ist relativ gering. Das benötigte Schmierstoffvolumen beträgt wenige Mikroliter (0,001ml).
Die Untersuchung zeigt die geringe geometrische Größe der Verschleißpartikel und bestätigt indirekt die These der Reaktionsschichtbildung mit einer geringen Schichtdicke, die ständig verschleißt und sich stetig neu bildet. Die beschriebenen Verschleißprozesse sind in der Modell-Verschleiß-Prüfung mit sehr hohen Pressungen am Versuchsbeginn nachweisbar.
Untersucht wurden Verschleißpartikel als elektronentransparente Proben auf dünnen Trägerfolien mit einem hochauflösendem Rasterelektronenmikroskop und energiedispersiver Röntgenspektrometrie im Transmissionsmodus.
Die hohe laterale Auflösung dieser modernen Methoden ermöglicht eine morphologische Charakterisierung der Verschleißpartikel bis in den nm-Bereich. Die hochauflösende Elementanalyse erlaubt eine Interpretation der Zusammensetzung und damit Rückschlüsse auf die Verschleißpartikelbildung. Die tribologischen Untersuchungen sind an einem Modell-Verschleißtribometer nach DIN 51834-2 geschmiert, aber ohne Ölkreislauf, durchgeführt worden. Die Präparation der Verschleißpartikel über eine Entnahme und Übertragung einer geringen Schmierstoffmenge mit einer Mikropipette auf eine TEM-Trägerfolie ist mit einem geringen Aufwand möglich. Der präparative Aufwand ist relativ gering. Das benötigte Schmierstoffvolumen beträgt wenige Mikroliter (0,001 ml).
Die Untersuchung zeigt die geringe geometrische Größe der Verschleißpartikel und bestätigt indirekt die These der Reaktionsschichtbildung mit einer geringen Schichtdicke, die ständig verschleißt und sich stetig neu bildet. Die beschriebenen Verschleißprozesse sind in der Modell-Verschleiß-Prüfung mit sehr hohen Pressungen am Versuchsbeginn nachweisbar.