5.7.6.2 Verschleißschutz
Keramische Werkstoffe werden in hoch beanspruchten
Tribosystemen wegen ihrer Verschleißfestigkeit eingesetzt.
Voraussetzungen hierfür sind neben der hohen Härte
Eigenschaften, wie hohe Steifigkeit (E-Modul), hohe Druckfestigkeit
und hohe Bruchfestigkeit. Dies geht bei Keramik allerdings
zulasten der Bruchzähigkeit. Weitere positive Eigenschaften
der Keramik für den Einsatz in Tribosystemen sind ihre
niedrige Dichte, geringe Wärmedehnung, Temperaturfestigkeit
und Korrosionsfestigkeit.
Während bei Adhäsion und tribochemischer Reaktion
das Verschleißverhalten weitgehend durch die chemischen
und thermochemischen Eigenschaften der Schutzwerkstoffe bestimmt
wird, beeinflussen bei den Verschleißmechanismen Adhäsion
und Oberflächenzerrüttung die physikalischen Kennwerte
Härte und Bruchzähigkeit die Verschleißfestigkeit.
Dies wird in Bild 102 schematisch dargestellt.
Bild 102: Abhängigkeit des Verschleißwiderstands
RV von Härte und Bruchzähigkeit, ermittelt in einem
definierten Modellsystem
Die höchsten Verschleißwiderstände lassen
sich demnach erreichen, wenn die optimale Kombination von
Härte und Bruchzähigkeit im Verschleißschutzwerkstoff
erreicht wird.
Bild 103: Verschleiß-Tieflage/Hochlage-Beziehung
Liegt reiner Abrasivverschleiß vor, kann die Verschleiß-Tieflage/Hochlage-Beziehung
bei der Wahl des Grundkörpers hilfreich sein. Sie beruht
auf der bekannten Mohsschen Härteskala: ein härteres
Material ritzt ein weicheres Material.
Bild 104: Einfluss der Härte auf den
Verschleißwiderstand RV, bezogen
auf den Verschleißwiderstand von Aluminiumoxid RV
AlO
Bei keramischen Werkstoffen hat, wegen deren hoher Härte,
Abrasion als Verschleißmechanismus nur untergeordnete
Bedeutung.
Ebenso neigt Keramik wegen der hohen Gitterbindungskräfte
(ionische und kovalente Bindung) nicht zu Kaltverschweißungen,
wie sie bei Metallen auftreten. Adhäsion als Verschleißmechanismus
ist weitgehend zu vernachlässigen.
Ebenso sind tribochemische Reaktionen beim Einsatz von Keramik
relativ selten (treten immer auf, sind relativ klein). In
geschlossenen Tribosystemen sind sie – vor allem bei
Festkörper- und Mischreibung – nicht auszuschließen.
Dagegen ist Oberflächenzerrüttung sowohl in geschlossenen
wie auch in offenen Tribosystemen der Hauptverschleißmechanismus
bei den sprödkeramischen Werkstoffen.
Hervorgerufen wird diese durch hohe Beanspruchung mit hoher
Normalkraft oder hoher kinetischer Energie. Beispielsweise
folgt der Schrägstrahlverschleiß weitgehend der
Funktion WV = ½ mv2
· sin½
mit
= Auftreffwinkel. In Fördersystemen, z. B. Rohrbögen,
Rohrweichen, Rohrverengungen und Düsen, mit Winkeln
bis 30° hat sich deshalb Aluminiumoxid sehr gut bewährt,
während bei großen Winkeln Gummi optimal ist.
Bild 105: Einfluss des Auftreffwinkels auf
den Verschleißwiderstand RV, bezogen
auf den maximalen Verschleißwiderstand
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