Materialabnutzung

Materialabnutzung bezeichnet den fortschreitenden Verlust von Material an Kontaktflächen infolge tribologischer Prozesse und chemischer Reaktionen während des Betriebs technischer Bauteile. Sie tritt in einer Vielzahl von Anwendungen auf, zum Beispiel in Lagern, Zahnrädern, Kolbenmaschinen, Dichtungen oder mechanischen Verbindungen. Ziel der Analyse ist es, Ursachen zu verstehen, den Verschleiß vorherzusagen und passende Gegenmaßnahmen zu entwickeln.

Zu den Hauptverschleißmechanismen gehören adhesiver Verschleiß, abrasiver Verschleiß, frettingsbedingter Verschleiß, fatigiver Verschleiß, erosiver Verschleiß und korrosiver bzw. chemisch unterstützter Verschleiß. Unterschiedliche Mechanismen können gleichzeitig auftreten oder sich gegenseitig verstärken. Beim adhesiven Verschleiß findet Materialtransfers wegen Adhäsionskräfte statt; beim abrasiven Verschleiß lösen harte Partikel oder Rauigkeiten Material durch Schneid- oder Kratzwirkung ab. Frettingsverschleiß entsteht durch kleinere Relativbewegungen bei Kontakt, während fatigiver Verschleiß durch zyklische Belastungen Risse und letztlich Materialabplatzungen verursacht. Korrosive Prozesse beschleunigen die Materialabnutzung durch chemische Reaktionen am Kontaktbereich.

Wichtige Einflussfaktoren sind Kontaktpressung, Gleit- oder Schlaggeschwindigkeit, Temperatur, Schmierzustand, Umgebungseinflüsse (Chemikalien, Feuchtigkeit), Werkstoffpaarung, Oberflächenhärte und Oberflächenfinish. Die Folgen umfassen erhöhten Spielraum, Energieverlust, Wärmeentwicklung und potenziellen Ausfall.

Messung und Bewertung erfolgen über Verschleißraten (Volumen- oder Massenverlust), Profilvermessungen, Oberflächenanalysen sowie Tribologie-Tests wie Pin-on-Disk oder Ball-on-Flat. Prävention umfasst Materialauswahl mit hoher Verschleißfestigkeit, Oberflächenbehandlungen (Härten, Beschichtungen), geeignete Schmierung, Optimierung der Bauform und Betriebsbedingungen sowie regelmäßige Wartung und Reinigung, um Kontaminanten zu minimieren.