Fluid-free lubricant layers for the heavily loaded and unsynchronized operation of dry-running screw machines

无流体润滑层,适用于干运行螺杆机的重载和不同步操作

基本信息

项目摘要

The aim of the research project is to understand friction and wear mechanisms of tailored MoSx(:X) solid lubricants under real contact conditions of dry-running, unsynchronized screw machines at the macro- and microscopic scale and to develop strategies for enhancing the lifetime of the solid lubricant. A self-designed screw-machine test bench reproduces the conditions of real contacts by setting an adjustable surface pressure, temperature, load duration and atmosphere and provides a range of distinct sets of parameters for the situation of the rolling contact. Additionally, the conditioning of HiPIMS sputtered MoSx(:X) thin films adjusts the contact situation. Within this context, the influence of the complex geometry of the screw machine regarding shadowing effects on film-growth mechanisms is evaluated. A variation in the thin film thickness with respect to the roughness of the screw machine, a modification of the thin film with Ag, W or C (X = Ag, W, C) as well as an application of films made from the pure modification element onto the secondary rotor shall control the conditions within the rolling contact.Depending on these contact parameters the question will be elaborated which chemical, physical and structural surface properties determine the functionality of the MoSx(:X) solid lubricants and allow for predicting the material removal and failure at the microscopic scale. The functionality is described by the effect and interaction of elementary processes which include oxidation, material removal, rearrangement of surface strain, phase transformations and material mixing. The elementary processes are characterized by in-situ and operando methods established at the test bench, which consist of light and laser microscopy as well as Raman scattering with an option of laser ablation, and ex-situ techniques. The latter provide spectrally and spatially high-resolved insights into structural and chemical-physical features of the coated and uncoated screw-machine surfaces. The measurement techniques at the test bench dynamically study the tribological elementary processes at the main and secondary rotor of a screw-machine pair.The understanding about the structural and chemical-physical surface properties allows for tailoring the parameters of the contact situation in order to control the elementary processes aiming at enhancing the lifetime of the solid lubricant and reducing the energy input at minimized friction. The correlation of the experimental investigations with a mechanical simulation, which focuses on the material removal and frictional tension in dependence on the duration of load, will explain how and in which operational states of the screw machines a protective tribological layer is formed. Knowledge shall finally be transferred to solid-lubricated alternative components.
该研究项目的目的是了解定制的MoSx(:X)固体润滑剂的摩擦和磨损机制下真实的接触条件下的干运行,不同步的螺杆机在宏观和微观尺度,并制定战略,提高固体润滑剂的寿命。自行设计的螺旋机试验台通过设置可调节的表面压力、温度、负载持续时间和气氛再现了真实的接触条件,并提供了一系列不同的参数组的情况下的滚动接触。此外,HiPIMS溅射MoSx(:X)薄膜的调节调节接触情况。在这方面,螺杆机的复杂几何形状的影响,关于阴影效应对薄膜生长机制进行评估。薄膜厚度随螺杆机粗糙度的变化,用Ag、W或C对薄膜进行改性(X = Ag,W,C)以及在次级转子上施加由纯改性元素制成的膜,将控制滚动接触内的条件。物理和结构表面性质决定了MoSx(:X)固体润滑剂的功能性,并允许在微观尺度上预测材料去除和失效。该功能性通过基本过程的影响和相互作用来描述,所述基本过程包括氧化、材料去除、表面应变的重排、相变和材料混合。的基本过程的特点是在原位和operando方法建立在试验台上,其中包括光和激光显微镜以及拉曼散射激光烧蚀的选项,和异位技术。后者提供了光谱和空间高分辨率的见解涂层和未涂层的螺杆机表面的结构和化学物理特征。试验台上的测量技术动态地研究了螺杆-机器副的主转子和副转子处的摩擦学基本过程,对结构和化学-物理表面特性的理解允许定制接触情况的参数,以便控制基本过程,旨在提高固体润滑剂的寿命并在最小摩擦下减少能量输入。实验研究与机械模拟的相关性,其重点是材料去除和摩擦张力依赖于负载的持续时间,将解释如何以及在螺杆机的操作状态下形成保护性摩擦层。知识应最终转移到固体润滑的替代部件。

项目成果

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