| Titel | Metallphosphate unter Druck: Mikroskopischer Ursprung elastischer Eigenschaften von Schutzfilmen |
| Autor | D. Shakhvorostov, M. Müser |
| Infos zum Autor | - |
| Inhalt | Zusammenfassung Elastische Eigenschaften von Schutzfilmen auf Oberflächen haben in einem tribologischen Kontakt einen großen Einfluss auf die mechanische Belastung des zu Grunde liegenden Materials. Wünschenswert ist ein Film, der unter zunehmendem Druck schnell versteift. In diesem Beitrag wird diskutiert, welche Faktoren die elastischen Eigenschaften von Zink- und Kalziumphosphaten beeinflussen. Unsere Hochdruckexperimente zeigen, dass Metallphosphate mit niedrig koordinierten Kationen und stark hydrierter wie auch hydratierter Struktur bei Normaldruck sehr weich sind, sich aber mit zunehmendem äußeren Druck rasant versteifen. Hochkoordinierte Metallphosphate mit einem kleinen Anteil an Hydroxyl und Wasserstoffterminierungen sind hingegen steif und zeigen in den elastischen Eigenschaften eine weniger ausgeprägte Druckabhängigkeit. Die untersuchten Materialien reichen von einfachen Modellsubstanzen für die Zerfallsprodukte von ZDDP bis hin zu Tribofilmen, die aus kommerziellen Schmierstoffen durch Reiben gebildet und unter normaler Luftfeuchtigkeit gealtert wurden. Für die einfachen Modellsubstanzen ist ein Vergleich mit quantenchemischen Rechnungen möglich, die es uns ermöglichen, die Mechanismen zu identifizieren, die für die besonderen elastischen Eigenschaften der Metallphosphate verantwortlich sind. Abstract Elastic properties of the protective tribological films affect the severity of stress in the substrate when compressed in contact with counterbody. According to our studies it is useful to have initially soft protective films which stiffen rapidly under compressive load. Our studies show that a variety of metal phosphates (MP) tend to be soft at ambient pressure, if the coordination on the metal cation is low and the degree of hydration or hydrogenation is high, while they are stiff otherwise. In addition, the softer MPs were found to stiffen dramatically more quickly with increasing pressure than the stiffer MPs. Here we review these findings and augment them by new results on the mechanical properties of tribofilms aged in air of relative humidity which were produced from commercial, ZDDPcontaining lubricant packages via heating and rubbing. We find that the films can soften quite substantially after having been exposed to humidity, as to be expected from the recent studies of MPs. Moreover, when the presumably hydrated films are exposed to high loads, the force-distance withdrawal curve becomes identical to that of unaged films. A potential explanation of this observation is that water is removed from the tribofilm at sufficiently large pressure. |
| Datum | 2010 |
