Adhäsiver Verschleiß – Mechanischmen und Vorbeugung
Adhäsiver Verschleiß entsteht durch Reibung zwischen zwei Bauteiloberflächen, wodurch Partikel an der Oberfläche abgerieben werden. Das Phänomen des adhäsiven Verschleißes tritt auf, wenn zwischen den Bauteilen keine Trennung mehr besteht oder die Trennung durch hohen Berührungsdruck aufgehoben wird. Der Begriff Adhäsion ist abgeleitet vom lateinischen Wort “Adhaerere” und beschreibt das Verbinden von zwei oder mehreren ungleichen Teilchen bzw. Oberflächen. Es gibt eine Vielzahl von verschiedenen Theorien, welche die Entstehung der Adhäsion erklären. Diese lassen sich grob in mechanische und spezifische Mechanismen einteilen. Diese Theorien widersprechen sich nicht zwangsweise, sondern erklären vielmehr die unterschiedlichen Bereichen der Adhäsion.
Mechanismen der Adhäsion
Mechanisch
Der mechanische Mechanismus ist eines der ältesten Erklärungsversuche für die Adhäsion. Adhäsive Werkstoffe füllen die Poren eines anderen Werkstoffes, wodurch die Teilchen ineinandergreifen. Ein typisches Beispiel für den mechanischen Mechanismus der Adhäsion ist der Kleber und das Holz. Der Kleber füllt die hohlen Poren des Holzes und verbindet damit seine Teilchen mit der Oberfläche des Holzstückes.
Spezifisch
Es gibt vier verschiedene spezifische Adhäsionstheorien.
- Die erste Theorie ist die chemische Adhäsion. Werkstoffe bilden chemische Verbindungen an ihren Berührungspunkten. Sie können kovalente (unpolare), ionische und wasserstoffbasierte Verbindungen eingehen. Diese können sowohl stark (kovalent, ionisch) als auch schwach sein (wasserstoffbasierte Verbindungen).
- Eine weitere Theorie der Adhäsion basiert auf elektrostatischen Mechanismen. Teilchen geben Elektronen ab, um eine elektrische Verbindung an der Berührungsstelle einzugehen. Ladungsträger, wie Elektronen und Ionen, erschaffen eine Anziehungskraft, welche zur Adhäsion von Teilchen führen.
- Die Polarisationstheorie basiert auf den Van-der-Waals Kräften. Diese postulieren, dass eine Anziehung zwischen zwei Molekülen besteht, wenn sie jeweils leicht negative und positive Ladungen besitzen. In großen Mengen bilden diese Moleküle genug Kraft um die Adhäsion auszubilden.
- Die Diffusionstheorie beschreibt das Verhalten zweier affiner Werkstoffe zur Ausbildung einer Verbindung durch Diffusionsvorgänge. Erst durch Wärme kommen die Moleküle in Bewegung und diffundieren ineinander. Metalle können allerdings keine Adhäsion durch Diffusion bilden, da die metallische Bindung stärker ist.
Vorbeugung von Adhäsivem Verschleiß
Adhäsiver Verschleiß tritt auf, wenn zwei Metalloberflächen aneinander reiben, wodurch Reibung und Verschleiß verursacht werden. Wird dann noch (mehr) Druck auf die Bauteile ausgeübt, können die Werkstoffe an den Berührungspunkten deformieren und kaltverschweißen. Kavitation entsteht, wenn die Bauteile wieder getrennt werden.
Adhäsiver Verschleiß kann also überall dort auftreten, wo Metalloberflächen aufeinandertreffen, wie z.B. in Schraubverbindungen, Ventilen, Armaturen und vielem mehr. Der adhäsive Verschleiß kann bis zum Festfressen oder Werkzeugbruch führen.
Um adhäsivem Verschleiß vorzubeugen, gibt es mehrere Methoden. Zum einen kann die Oberflächenhärte erhöht werden. Unser BoroCoat® Diffusionsverfahren erreicht einen Härtegrad von bis zu 2800 HV (abhängig vom Ausgangsmaterial). BoroCoat® verhindert nicht nur adhäsiven Verschleiß, sondern erhöht auch die Lebensdauer und die Performance unter anspruchsvollen Bedingungen. Eine weitere Möglichkeit ist unser Borinox® Verfahren zur Härtung von Edelstahl.
Eine weitere Möglichkeit um adhäsiven Verschleiß vorzubeugen ist die Wahl von hochinkompatiblen Metallpaarungen. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit des Kaltschweißens.
