Material & Tribologie

Der optimale Umgang mit vorhandenen Werkstoffen und das volle Ausschöpfen ihrer Potentiale ist essentiell für die Entwicklung nachhaltiger und ressourcenschonender Produkte. Dabei stellen Reibung und Verschleiß große Feinde des nachhaltigen Produkts dar, etwa 20 % des weltweiten Energiebedarfs gehen derzeit in Reibung „verloren“.

Das übergeordnete Ziel der Forschungsgruppe besteht darin, die mechanische Eigenschaften und das tribologische Verhalten von Werkstoffen skalenübergreifend zu beschreiben und gezielt in Anwendungen einzusetzen, um Leichtbau- und Recyclingpotentiale optimal zu nutzen sowie Reibung und Verschleiß zu minimieren.

Um diese übergeordneten Ziele zu erreichen, werden experimentelle, simulative und datengetriebene Methoden kombiniert.

Leichtbaupotentiale und Nachhaltigkeit

Das effektive Verhalten von additiv gefertigten Bauteile wird mithilfe der Methode der repräsentativen Volumenelemente untersucht, um so die Charakteristika der Additiven Fertigung sowie die Berücksichtigung von Gitterstrukturen effektiv beschreiben und als digitale Materialien zur Verfügung stellen zu können.

In der prozessgerechten Strukturoptimierung werden Grenzen von Fertigungsverfahren als Restriktionen integriert und während der Topologieoptimierung berücksichtigt. Komplexeres Prozesswissen kann auf Basis von datengetriebenen Metamodellen – wie zum Beispiel künstlichen neuronalen Netzen – in den Optimierungsprozess integriert werden.

Dünnschichten und tribologisches Verhalten

Durch die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) werden tribologisch wirksame Schichten auf Probekörpern für Modelltests und auf Bauteilen für Komponententests abgeschieden. Im Fokus stehen amorphe Kohlenstoffschichten sowie Festschmierstoffschichten. Das Ziel der Beschichtungen besteht in der Reibungs- und Verschleißreduzierung und damit einer Gebrauchsdauererhöhung der Bauteile.

Eine eingehende skalenübergreifende Schichtcharakterisierung (Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und tribologisches Verhalten) dient hierbei der Gewinnung von Erkenntnissen der Elementarmechanismen, die zu Reibungs- und Verschleißvorgängen führen. Dabei stellt die Übertragbarkeit der Ergebnisse der tribologischen Modelluntersuchungen im Gleit- und Wälzkontakt auf die Bauteilbeschichtung und das tribologische Verhalten in Bauteilversuchen die Herausforderung in diesem Forschungsgebiet dar.