Graphen gegen Reibung und Verschleiß

Graphen, ein polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff mit flacher, strikt zweidimensionaler Struktur, erweist sich mehr und mehr als Alleskönner, zumindest im Labor.

Im Extremfall besteht es lediglich aus einer Lage Kohlenstoffatomen und ist damit die dünnste Schicht, die auf ein Substrat aufgebracht werden kann. Gleichzeitig ist Graphen das Material mit der höchsten bekannten Zugfestigkeit.Dass sich mit Graphen Reibung reduzieren lässt, ist schon länger bekannt. Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg haben das Verhalten des Graphen näher untersucht. Als Substrat wählten sie das leicht modellierbare Platin. Nun ließen sie eine Diamantspitze auf das mit Graphen beschichtete Material treffen. Insgesamt zeigte sich, dass sich die Widerstandsfähigkeit bei einer Bedeckung des Materials mit Graphen deutlich verbessert. Im Detail waren die Ergebnisse aber überraschend. Bei niedrigem Anpressdruck stellten die Forscher ultrakleine Reibung und eine erheblich verbesserte Widerstandsfähigkeit des Materialverbundes fest. Bei mittlerem Anpressdruck war der Reibungskoeffizient immer noch geringer als auf dem nicht durch Graphen geschützten Platin. Wird der Anpressdruck allerdings zu stark, dann kapituliert das Graphen und zerreißt.  Eine vielversprechende Methode, das  Graphen auf eine Oberfläche aufzubringen ist, es in Schmierstoff zu dispergieren. Da Motoren immer effizienter laufen sollen, arbeiten die Entwickler hier mit immer dünnflüssigeren Schmierstoffen, die den Abstand zwischen den Reibungskörpern immer geringer werden lassen. Die Arbeit am IWM konnte zeigen, dass das im Schmierstoff gelöste Graphen als wirksame Schutzschicht auf den tribologischen Flächen den Verschleiß mindern kann. Der große Pluspunkt: Geht die Graphenschicht punktuell kaputt, so kann neues Graphen aus dem Schmierstoff die schadhafte Stelle wieder schließen – das heißt, man erreicht die Selbstreparatur, die bei einer herkömmlichen Graphenbeschichtung nicht erfolgt.

Erstellt am 14.12.2014

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