Materialverschleiß

Materialverschleiß bezeichnet die allmähliche Veränderung oder Abnutzung von Werkstoffen durch mechanische Reibung, chemische Reaktionen oder tribologische Beanspruchung in Bauteilsystemen. Er beeinflusst Leistung, Zuverlässigkeit, Energieverbrauch und Wartungsaufwand von Maschinen und Anlagen.

Zu den Hauptverschleißmechanismen gehören Abrieb durch harte Partikel oder harte Gegenkörper, adhäsiver Verschleiß durch Materialübertragung an den Gegenkörper, Erosionsverschleiß durch abrasive Strahlung, Ermüdungsverschleiß durch zyklische Lastwechsel sowie korrosiver oder tribochemischer Verschleiß durch Reaktionen in Gegenwart von Reagenzien. Oft wirken mehrere Mechanismen gleichzeitig.

Verschleißtypen treten vor allem im Gleit- und im Rollkontakt auf. Gleitverschleiß entsteht bei Schmierung, Rollverschleiß bei Lagern oder Zahnrädern. Weitere Formen umfassen Abnutzung durch Partikel, Erosions- und Wärmeschäden sowie Oberflächenverschleiß durch Mikro- und Makroschäden der Oberflächen.

Messung und Modelle: Verschleiß wird häufig über eine Verschleißrate beschrieben, z. B. das verschleißbedingte Volumen- oder Längenverlust pro Beanspruchung. Das Archardsche Verschleißgesetz liefert eine grundsätzliche Beziehung V = (K · L · P) / H, wobei V das Verschleißvolumen, L die Gleislänge, P die Belastung, H die Härte des weicheren Materials und K ein Verschleißkoeffizient ist. Praktische Werte gewinnen durch verschleißtests wie Pin-on-Disk oder Ball-on-Disk.

Einflussfaktoren umfassen Materialpaarung, Härte, Oberflächenrauheit, Schmierung, Betriebstemperatur, Last, Geschwindigkeit und Umgebung (Feuchtigkeit, Korrosionsmittel). Folgeschäden reichen von erhöhtem Reibungswiderstand und Wärme bis zum vorzeitigen Ausfall von Bauteilen.

Prävention und Reduktion von Verschleiß erfolgen durch passende Materialwahl, Oberflächenbehandlung, Beschichtungen (z. B. PVD/CVD, keramische Schichten), verbesserte Schmierung, saubere Betriebsumgebung und eine konstruktive Gestaltung zur Verringerung der Kontaktbelastung. Regelmäßiges Monitoring unterstützt zustandsbasierte Wartung.