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Januar 2011
Martin Bretschneider
Charakterisierung von Mikrostrukturen mit strukturorientierten Rauheitskenngrößen und Identifikation funktionsrelevanter Kenngrößen durch Reibwert-Korrelation
In einer DFG-Forschergruppe wird untersucht inwiefern das Modifizieren der Oberfläche von Metallen die tribologischen Eigenschaften verändern kann. Hierzu werden durch zwei verschiedene Produktionsverfahren Mikrostrukturen eingebracht: Mit einem Spanprozess werden deterministische Strukturen und mit dem atmosphärischen Plasmaspritzen werden stochastische Strukturen erzeugt.
Für eine schnelle Erfassung dieser Strukturen werden optische Rauheitsmessgeräte verwendet. Hiermit kann eine große Anzahl von Mikrostrukturen gemessen werden. Diese Messdaten werden mit verschiedenen Messdatenvorverarbeitungsschritten wie die Bestimmung der Referenzebene und Segmentierung der einzelnen Mikrostrukturen durch das Schwellwertverfahren oder die Wasserscheidentransformation aufbereitet.
Zur Beschreibung der Mikrostrukturen werden verschiedene Kenngrößen wie Volumen, Fläche, Tiefe, mittlere Rauheit innerhalb und außerhalb der Strukturen, Porositäten und weitere berechnet. Anhand dieser Kenngrößen können bereits Aussagen über die Produktionsprozesse gemacht werden.
Diese Kenngrößen werden mit tribologischen Experimenten verglichen. Durch diese Korrelation werden funktionsrelevante Kenngrößen identifiziert: Bei deterministischen Strukturen hat die Tiefe einen Einfluss, denn bei hohen Relativgeschwindigkeiten verringern tiefe Strukturen den Reibwert, bei geringen Geschwindigkeiten vergrößern sie diesen. Stochastische Strukturen mit einer größeren Fläche zeigen einen kleineren Reibwert, manche stochastische Strukturen zeigen bei kleineren Tiefen einen geringeren Reibwert und eine geringere mittlere Rauheit zwischen den stochastischen Strukturen verringert den Reibwert ebenfalls.
Für eine schnelle Erfassung dieser Strukturen werden optische Rauheitsmessgeräte verwendet. Hiermit kann eine große Anzahl von Mikrostrukturen gemessen werden. Diese Messdaten werden mit verschiedenen Messdatenvorverarbeitungsschritten wie die Bestimmung der Referenzebene und Segmentierung der einzelnen Mikrostrukturen durch das Schwellwertverfahren oder die Wasserscheidentransformation aufbereitet.
Zur Beschreibung der Mikrostrukturen werden verschiedene Kenngrößen wie Volumen, Fläche, Tiefe, mittlere Rauheit innerhalb und außerhalb der Strukturen, Porositäten und weitere berechnet. Anhand dieser Kenngrößen können bereits Aussagen über die Produktionsprozesse gemacht werden.
Diese Kenngrößen werden mit tribologischen Experimenten verglichen. Durch diese Korrelation werden funktionsrelevante Kenngrößen identifiziert: Bei deterministischen Strukturen hat die Tiefe einen Einfluss, denn bei hohen Relativgeschwindigkeiten verringern tiefe Strukturen den Reibwert, bei geringen Geschwindigkeiten vergrößern sie diesen. Stochastische Strukturen mit einer größeren Fläche zeigen einen kleineren Reibwert, manche stochastische Strukturen zeigen bei kleineren Tiefen einen geringeren Reibwert und eine geringere mittlere Rauheit zwischen den stochastischen Strukturen verringert den Reibwert ebenfalls.
Schlagwörter: 3D-Rauheitsmesstechnik; Mikrostrukturierung; tribologisch relevante Kenngrößen
Institut für Mess- und Regelungstechnik der Leibniz Universität Hannover
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. E. Reithmeier, Hannover
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