Verluste zwischen Kontaktflächen glätten
Bereits sehr kleine rauhe Vorsprünge (Unebenheiten) können auf große Scherkräfte und Drücke stoßen. Auf diese weise kann es zu Adhäsion, plastischem Fließen und sogar zum Bruch kommen. Die erhöhte Reibung führt zu einem höheren Energieverbrauch. Abgesehen von der Senkung des Wirkungsgrads des mechanischen Systems trägt das zu verstärkten Kohlendioxidemissionen (CO2) bei. Mehr Wissen über den Beitrag des plastischen Fließens und Brechens zur Reibung kann dazu beitragen, Oberflächen und Beschichtungen im Sinne einer minimalen Reibung, eines geringeren Energieverbrauchs und gesenkter CO2-Emissionen zu optimieren. Hier sind detaillierte Kenntnisse in Größenordnungen von Nanometern (im Atombereich) bis Millimetern (mit dem bloßen Auge sichtbar) über die Veränderung der Oberflächenstruktur während der plastischen Verformung erforderlich. EU-finanzierte Wissenschaftler können erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung des Kopplungsmodells vorweisen, das erforderlich ist, um diesen Größenmaßstab im Kontext des Projekts TOPOGRAPHY EVOLUTION zu überbrücken. Das Kontinuum-Modell basiert auf der Lösung von Randwertproblemen oder Systemen aus Differentialgleichungen mit zusätzlichen Nebenbedingungen in Hinsicht auf physikalische Randbedingungen (unter Verwendung der Green-Funktion). Man integrierte das ganze in modernste Molekulardynamikalgorithmen gemäß dem zweiten Verfahren, um eine nahtlose Kopplung eines atomistischen Systems an eine elastische Grenze zu schaffen. Die Berechnungen auf atomarer Ebene sagen vorher, wie die Haftung die Kontaktfläche verändert und prognostizieren überdies, unter welchen Bedingungen Oberflächen "klebrig" werden. Sie dürften bei der Entwicklung besserer Klebstoffe ebenso wie bei der Konzipierung von Systemen mit minimaler Adhäsion von Nutzen sein. Gleichermaßen verdeutlichte das Modell, wie atomare Geometrie und Plastizität die Druckverteilung und die Kontaktfläche in einem atomaren Festkörper modifizieren. Zum Abschluss untersuchten die Forscher amorphen Kohlenstoff, ein Beschichtungsmaterial mit fantastischer Verschleißbeständigkeit, um Einblicke in plastische Verformungen an Übergängen zwischen Oberflächenunebenheiten zu bekommen. Sie demonstrierten räumlich lokalisierte Scherverformungsereignisse, die Schäden an der Grenzfläche lokalisieren und weitreichende Teilflächenverformungen und Beschädigungen am Beschichtungsmaterial verhindern. Das durch TOPOGRAPHIE EVOLUTION hergestellte neue hybride atomistische Kontinuum-Modell verbessert das Verständnis hinsichtlich der Adhärenz und Plastizität in mechanischen Systemen mit Grenzflächen. Dies wird zur Optimierung von Oberflächenstrukturen und Beschichtungen für reduzierte Reibung, Energieverbrauch und CO2-Emissionen beitragen.
Schlüsselbegriffe
mechanische Systeme, Reibung, atomistisch, Kontinuum, Unebenheiten, Rauheiten, Topographieentwicklung
