Projekt II: Korrosionsverhalten und -mechanismen von Hartmetallen mit unterschiedlicher mikrostruktueller Längenskala

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Hartmetalle mit sehr kleinen Korngrößen besitzen ein wissenschaftlich wie technologisch sehr interessantes Eigenschaftsprofil. So zeigen die bisherigen Untersuchungsergebnisse, dass die sogenannten ultrafeinkörnigen Hartmetalle, neben einer erhöhten Festigkeit und Zähigkeit, auch ein verbessertes tribologisches Verhalten und ein verbessertes Tribokorrosionsverhalten besitzen. Im Rahmen dieses Antrags sollen daher dadurch systematische Variation der Korngröße eines Hartmetalls mit konstant gehaltenem Kobaltanteil von 6 % die, gegebenenfalls skalenabhängigen, Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelationen im Hinblick auf das tribologische Verhalten gewonnen werden. Insbesondere soll der Einfluss der Korngröße auf die Verschleißbeständigkeit unter abrasiver Belastung als auch unter Gleitreibungsbelastung untersucht werden. Durch die systematischen Verschleißuntersuchungen an nur einem ausgewählten Werkstoff mit unterschiedlicher Mikrostruktur und in Kombination mit einer umfangreichen mikrostrukturellen Charakterisierung der Hartmetalle vor und nach Verschleißbelastung wird eine grundlegende Datenbasis für die Beurteilung der Fragestellung der mikrostrukturellen Einflussgrößen auf das Verschleißverhalten und der tribologischen-mechanismenbasierten Schädigungsvorgänge geschaffen. Da schädigungsrelevante Vorgänge unter tribologischer Belastung meist auf mikroskopischer Skala stattfinden, sollen neben makromechanischen Prüfverfahren zur tribologischen Charakterisierung auch mikrotribologische Untersuchungen und Verfahren zur Bestimmung lokaler mechanischer Eigenschaften (Nanoscratchtest und Nanoindentierung) eingesetzt werden. Über die lokalen tribologischen und mechanischen Eigenschaften sollen dann gezielte Aussagen zu den jeweiligen Beiträgen der einzelnen Bestandteile der Mikrostruktur gewonnen werden. Durch einen Vergleich zwischen mikro- und makrotribologischen Verhalten wird dann eine materialphysikalisch basierte Formulierung eines Schädigungs-/Verschleißmodells abgeleitet werden, die das phänomenologische Werkstoffverhalten weitestgehend durch materialphysikalische Prozesse beschreiben. Es ist zu erwarten, dass eine derartige mikromechanisch basierte Formulierung der dominierenden, auf unterschiedlichen mikroskopischen Skalen wirkenden Schädigungsmechanismen die tatsächlich tribologischen Vorgänge besser widerspiegeln kann. Unter Einbeziehung der bislang gewonnenen Kenntnisse und weiterer in der Literatur vorhandener Ergebnisse soll dann eine materialphysikalisch basierte Modellvorstellung entwickelt werden, die zu einem vertieften mikrostrukturellen Verständnis über die dominierenden Schädigungsmechanismen und makrotribologischen Vorgänge fuhren wird, das dann auch zur zielgerichteten Werkstoffoptimierung verwendet werden kann. Auf der Basis der hier gewonnenen Ergebnisse und in Kombination mit den Untersuchungen aus Projektantrag II „Korrosionsverhalten und -mechanismen von Hartmetallen mit unterschiedlicher mikro strukturell er Längenskala sollen dann im 3. Antragsjahr die bestimmenden Schädigungsmechanismen unter tribokorrosiver Belastung ermittelt und basierend auf einem synergetischen Ansatz durch die Schädigungsmechanismen unter reiner tribologischer bzw. korrosiver Belastung beschrieben werden.