Grundlagen der Tribologie

Grundlagen der Tribologie

Die Ausgaben für die Überwachung und Wartung des Maschinenzustands machen einen erheblichen Kostenfaktor in einem Stahlwerk aus. Tribologie hilft, diesen Aufwand zu reduzieren. Tribologie ist ein neues Wort, das 1966 von Dr. H. Peter Jost in England geprägt wurde. „The Jost Report“, der dem britischen Parlament – ​​Ministerium für Bildung und Wissenschaft, vorgelegt wurde, weist auf „potenzielle Einsparungen von über 515 Millionen £ pro Jahr für die Industrie durch bessere Anwendung tribologischer Prinzipien und Praktiken“. Aber Tribologie ist kein neues Gebiet.

Tribologie kommt vom griechischen Wort „Tribos“ und bedeutet Reiben oder Reiben. Und vom Suffix bedeutet „ology“ das Studium von. Daher ist Tribologie das Studium des „Reibens“ oder „das Studium der Dinge, die reiben“.

Tribologie ist die Wissenschaft und Technologie interagierender Oberflächen in Relativbewegung. Es ist die Untersuchung (Abb. 1) von (i) Reibung, (ii) Verschleiß und (iii) Schmierung.

Abb. 1 Studie zur Tribologie

Tribologie ist die Wissenschaft und Technologie von interagierenden Oberflächen in Relativbewegung und ist allgemein bekannt als das Studium von Reibung, Verschleiß und Schmierung. Sie ist die Wissenschaft und Technik der Reibungsschmierung und des Verschleißes und von erheblicher Bedeutung für die Material- und Energieeinsparung. Es ist ein altes Wissen von großer Bedeutung, wenn es um alles in Bewegung geht, aber als wissenschaftliche Disziplin ist die Tribologie ziemlich neu.

Obwohl die Tribologie eine der ältesten Ingenieurdisziplinen ist, ist sie bis heute eine der am wenigsten entwickelten klassischen Wissenschaften. Der Grund dafür ist, dass die Tribologie weder wirklich eine einzelne Disziplin noch durch stationäre Prozesse gut repräsentiert ist. Es beinhaltet alle Komplexitäten von Materialien.

Die Tribologie ist multidisziplinär ausgerichtet und umfasst den Maschinenbau (insbesondere Maschinenelemente wie Gleit- und Wälzlager und Zahnräder), die Werkstoffwissenschaften mit der Erforschung der Verschleißfestigkeit, die Oberflächentechnik mit Analysen der Oberflächentopographie und Beschichtungen sowie die Chemie der Schmierstoffe und Additive. Die relativ jüngeren Disziplinen der Tribologie sind nämlich (i) Bio-Tribologie, die (unter anderem) Verschleiß, Reibung und die Schmierung des totalen Gelenkersatzes umfasst, und (ii) Nano-Tribologie, wo Reibung und Verschleiß untersucht werden Mikro- und Nanomaßstab.

In jeder Maschine gibt es viele Komponenten, die durch Reibung aneinander arbeiten (Lager, Zahnräder, Nocken, Reifen, Bremsen, Kolbenringe usw.). Manchmal ist es wünschenswert, eine geringe Reibung zu haben, um Energie zu sparen, oder eine hohe Reibung, wie im Fall von Bremsen. Tribologie findet Anwendung in allen Industriebereichen einschließlich der Stahlindustrie.

Aufgrund des technologischen Fortschritts wird die Material- und Energieeinsparung immer wichtiger. Verschleiß ist eine der Hauptursachen für Materialverschwendung, daher kann jede Verringerung des Verschleißes zu erheblichen Einsparungen führen. Reibung ist eine Hauptursache für Energiedissipation, und durch verbesserte Reibungskontrolle sind beträchtliche Einsparungen möglich. Schmierung ist das wirksamste Mittel, um Verschleiß zu kontrollieren und Reibung zu reduzieren.

Tribologie ist das Einbringen eines Stoffes zwischen die Kontaktflächen beweglicher Teile, um die Reibung zu verringern und Wärme abzuleiten. Die Auswahl des besten Schmiermittels und das Verständnis des Mechanismus, durch den es wirkt, um Oberflächen in einem Lager oder anderen Maschinenkomponenten zu trennen, ist ein wichtiger Bereich für Studien in der Tribologie.

Die Schmierung wird durchgeführt, um die Reibung zwischen zwei interagierenden Oberflächen bei relativer Bewegung zu minimieren. Reibung entsteht, weil eine feste Oberfläche niemals mikroskopisch glatt ist. Selbst die am besten bearbeitete Oberfläche hat Spitzen und Täler, die als „Rauheit“ bezeichnet werden. Wenn zwei solcher Oberflächen in Kontakt kommen, sind es nur die Spitzen auf den Oberflächen, die einen tatsächlichen Kontakt herstellen. Diese Kontakte halten der normalen Belastung stand und verformen sich plastisch und werden kalt verschweißt. Je nach Größe der Normalbelastung treten immer mehr Erhebungen oder Spitzen in Kontakt und die „echte“ Kontaktfläche vergrößert sich im Gegensatz zur „scheinbaren Fläche“, die die geometrische Fläche der Kontaktflächen ist. Dieses Phänomen wird Adhäsion genannt.

Es wird angenommen, dass Reibung durch diese Adhäsion verursacht wird. Wenn zwei solcher Oberflächen relativ zueinander bewegt werden müssen, ist eine gewisse Kraft erforderlich, um diese Kontakte abzuscheren. Diese Kraft wird Reibungskraft genannt. Die Tribologie hilft bei der besseren konzeptionellen Visualisierung der Probleme von Reibung, Verschleiß und Schmierung, die bei relativen Bewegungen zwischen Oberflächen auftreten.

Die Tribologie ist eine komplexe Wissenschaft mit geringen Möglichkeiten zur theoretischen Berechnung von Reibung und Verschleiß. Daher ist die Tribologie stark mit praktischen Anwendungen verbunden, die aufwändige Arbeit und empirische Erfahrung wertvoll machen. Die tribologischen Eigenschaften sind für die Kontaktmaterialien von größter Bedeutung, und das System ist empfindlich gegenüber Betriebsbedingungen und Umgebung. Um das tribologische Verhalten zu verstehen, sind Kenntnisse in Physik, Chemie, Metallurgie und Mechanik notwendig, was die Wissenschaft interdisziplinär macht. Durch die Optimierung von Reibung und Verschleiß in technologischen Anwendungen, wie beispielsweise Maschinenkomponenten oder in Metallbearbeitungssystemen, können sowohl Umwelt als auch Kosten gespart werden.

Reibung

Reibung kann als der Widerstand gegen die Bewegung eines Körpers gegen einen anderen definiert werden und ist in der Metallbearbeitung von größter Bedeutung. Reibung ist keine Materialgröße, sondern eine Systemantwort in Form einer Reaktionskraft. Es hängt z. Temperatur, Feuchtigkeit, Belastung, mechanische Eigenschaften und Oberflächentopographie. Allgemein beschreibt das Reibungsgesetz, bekannt als Amonton-Coulomb-Gesetz, den Reibungskoeffizienten (M) als das Verhältnis zwischen der Reibungskraft Ft (Tangentialkraft) und der Normalkraft Fn (Last).

M =Ft/Fn

Es wird angenommen, dass dieses Gesetz bei tribologischen Kontakten mit gewöhnlichem Kontaktdruck (wie es bei den meisten Kontakten in der Umgebung der Fall ist) genau ist, und wird oft als Coulomb-Reibung bezeichnet. Während des Kontakts kann die Reibung im Allgemeinen in zwei Komponenten unterteilt werden, nämlich (i) die adhäsive Komponente (Ma) und die pflügende Komponente (Mp).

M =Ma + Mp

Die Haftkomponente hängt von den in Kontakt stehenden Materialien ab und wird durch die Haftkraft gesteuert, die an den Bereichen mit echtem Kontakt, d. h. den Unebenheiten an den Oberflächen, wirkt. Die Haftkraft entsteht aus der Kraft, die erforderlich ist, um die Bindungen zwischen den Oberflächen zu lösen, wenn die Oberflächen gegeneinander gleiten. Daher ist die Adhäsion der beiden in Kontakt stehenden Festkörper wichtig und hängt von der Chemie der Tribooberflächen in der gleitenden Grenzfläche ab.

Die Pflugkomponente entsteht durch die während des Pflügens des weichsten Materials in Kontakt mit den Oberflächenunebenheiten des härteren Materials wirkende Verformungskraft und hängt mit der Oberflächentopographie zusammen. Auch in der Grenzfläche anhaftende verformungsgehärtete Verschleißpartikel wirken pflügend.

Ein zusätzlicher Teil der Pflugkomponente ist die Unebenheitsverformung, die mit der Verformung der Unebenheiten auf Mikroebene zusammenhängt.  

Verschleißmechanismen

Bei tribologischen Kontakten tritt Verschleiß aufgrund der Wechselwirkung zwischen den beiden Kontaktflächen auf und impliziert einen allmählichen Abtrag der Oberflächenmaterialien, d. h. Materialverlust. Der Verschleiß der Kontaktmaterialien ist ebenso wie die Reibung ein Systemparameter. Die wichtigen Verschleißmechanismen können abrasiver, adhäsiver, ermüdender und tribochemischer Verschleiß sein. Typischerweise gibt es in einem Kontakt eine Kombination von Verschleißmechanismen. Zwischen Reibung und Verschleiß besteht ein Zusammenhang. Häufig führt eine geringe Reibung zu geringem Verschleiß. Dies ist jedoch keine allgemeine Regel und es gibt zahlreiche Beispiele, die eine hohe Verschleißrate trotz geringer Reibung zeigen.

Adhäsiver Verschleiß 

Adhäsiver Verschleiß bedeutet Schäden, die entstehen, wenn zwei metallische Körper ohne die absichtliche Anwesenheit eines abrasiven Mittels aneinander reiben. Abrasiver Verschleiß ist gekennzeichnet durch Beschädigung einer Oberfläche durch härteres Material, das von außen zwischen zwei Reibflächen eingebracht wird. Die Schwere des abrasiven Verschleißes hängt von der Größe und Winkligkeit der abrasiven Partikel sowie dem Verhältnis zwischen der Härte des Metalls und den abrasiven Partikeln ab, mehr noch von der Verschleißneigung.

Adhäsiver Verschleiß entsteht durch den Scherkontakt zwischen den Schweregraden zweier Feststoffe in Relativbewegung. Während des Gleitens treten elastische und plastische Verformungen der Unebenheiten auf, was zu einem Kontaktbereich führt, wo die Bindungskräfte eine starke Haftung ergeben und die Oberflächen miteinander verschweißt werden. Der adhäsive Verschleiß tritt auf, wenn die tangentiale Relativbewegung eine Trennung in der Masse der Unebenheiten im weicheren Material statt in der Grenzfläche bewirkt und somit Material entfernt wird.

Die eigentliche Kontaktfläche besteht aus allen Bereichen geschweißter Unebenheiten an den Oberflächen, und während des Gleitens führt der Materialabtrag zu Verschleiß, der als Volumen- oder Gewichtsabnahme gemessen werden kann. Üblicher ist es jedoch, den Verschleiß in einer Verschleißrate oder einem Verschleißkoeffizienten darzustellen. Die Verschleißrate wird normalerweise als das Verschleißvolumen pro Gleitweg und Belastung definiert.

Abrasiver Verschleiß

Abrasiver Verschleiß sorgt für eine erhebliche plastische Verformung des Oberflächenmaterials und tritt auf, wenn eine der Kontaktflächen wesentlich härter als die andere ist. Dies wird als Zwei-Körper-Abrieb bezeichnet. Abrieb tritt im Allgemeinen auch dann auf, wenn härtere Partikel in das Tribosystem eingebracht werden. Dies ist als Drei-Körper-Abrieb bekannt, wenn das Partikel an keiner Oberfläche anhaftet, und als Zwei-Körper-Abrieb, wenn das Partikel an einer der Kontaktflächen anhaftet. Folglich kann das härtere Material der beiden in Kontakt stehenden Materialien abrasiv verschleißen. Die scharfen und harten Unebenheiten oder Partikel werden in die weichere Oberfläche gepresst, was zu einem plastischen Fluss des weicheren Materials um das härtere führt. Aufgrund der tangentialen Bewegung kratzt die härtere Oberfläche beim Pflügen an der weicheren, was zu Verschleiß und verbleibenden Kratzern oder Riefen führt. Der abrasive Verschleiß kann weiter in verschiedene Verschleißmechanismen wie Mikroschneiden, Mikroermüdung und Mikroabplatzen eingeteilt werden. Die Abrasionsverschleißrate wird genauso definiert wie der Adhäsionsverschleiß.

Ermüdungsverschleiß

Ermüdungsverschleiß ist bei periodisch belasteten Matrizen und Werkzeugen, wie z. B. Walzen, wesentlich. Bei belasteten Werkzeugen steht die Oberfläche unter Druck und unter der Oberfläche werden Scherspannungen erzeugt. Eine wiederholte Belastung verursacht die Erzeugung von Mikrorissen, normalerweise unter der Oberfläche, an einem Schwachpunkt, wie z. B. einem Einschluss oder einem Partikel der zweiten Phase. Beim anschließenden Be- und Entladen breitet sich der Mikroriss aus und Hohlräume verschmelzen. Wenn der Riss eine kritische Größe erreicht, ändert er seine Richtung, um an die Oberfläche zu treten, und ein flaches, blattähnliches Teilchen wird abgelöst. Dies wird auch als Delaminierungsverschleiß oder bei relativ großen Partikeln als Abplatzen bezeichnet. Wenn normale Belastung mit Gleiten kombiniert wird, verschiebt sich der Ort der maximalen Schubspannung zur Oberfläche und Ermüdungsrisse können dann von Oberflächenfehlern herrühren.

Wie alle Verschleißvorgänge wird auch der Ermüdungsverschleiß von einer Vielzahl von Variablen beeinflusst. Um den Ermüdungsverschleiß zu verringern, müssen äußere und innere Spannungserhöhungen vermieden und eine starke Grenzfläche zwischen Matrix und Partikeln der zweiten Phase sichergestellt werden. Eine weitere Komplikation ergibt sich beim Warmumformen, wo eine plötzliche Erwärmung zu einer Oberflächenausdehnung und der Erzeugung von Spannungen zwischen der Oberfläche und dem Grundmaterial führt. Nach dem Kontakt induziert die Abkühlung der Oberfläche wieder Spannungen. In Kombination mit Belastungsspannungen tritt thermische Ermüdung auf, die zu einem mosaikartigen Netzwerk von Rissen führt, die als Crazing oder Brandrisse bezeichnet werden. Ermüdung kann auch zu einem plötzlichen katastrophalen Versagen des Werkzeugs führen, z. B. zum vollständigen Versagen von Walzen.

Tribochemischer Verschleiß

Beim tribochemischen Verschleiß wird der Verschleißprozess durch chemische Reaktionen im Kontakt dominiert und das Material somit verbraucht. Dabei sind die Umgebungsbedingungen in Kombination mit mechanischen Kontaktmechanismen von großer Bedeutung. Die chemische Wirkung, wie Diffusion oder Lösung, ist kein eigenständiger Verschleißmechanismus, sondern steht immer in Kombination und Wechselwirkung mit anderen Verschleißmechanismen. Vielleicht ist es richtiger, von verschiedenen mechanischen Verschleißmechanismen zu sprechen und die chemischen Effekte als zusätzlichen Einflussparameter zu betrachten, der die Materialeigenschaften der Kontaktoberfläche verändert.

Tribofilmbildung

Die hohen lokalen Temperaturen und Drücke, die im Oberflächenkontakt erhalten werden, wenn zwei Körper gegeneinander gleiten, führen zu einer lokalen Scherverformung und einem Bruch der Oberflächen. Die lokal hohen Temperaturen können chemische Reaktionen beschleunigen oder die Oberflächen lokal aufschmelzen und es kommt zu Verschleiß. Diese Bedingungen müssen jedoch nicht notwendigerweise nur für die Oberflächen destruktiv sein, sondern können es ermöglichen, einen Tribofilm mit neuen tribologischen Eigenschaften zu bilden. Üblicherweise werden Tribofilme in zwei Gruppen eingeteilt, nämlich Tribofilme vom Transformationstyp und Tribofilme vom Abscheidungstyp. Beide verändern die Oberflächentopographie, die Chemie und die mechanischen Eigenschaften. Bei der Bildung des Tribofilms vom Umwandlungstyp wird die Umwandlung der ursprünglichen Oberfläche durch plastische Verformung, Phasenumwandlung, Diffusion usw. ohne Materialübertragung erreicht. Im Gegensatz dazu wird der Tribofilm vom Abscheidungstyp nur durch Materialübertragung erhalten, d. h. durch Moleküle von der Gegenfläche, der Umgebung oder durch Abrieb. Dementsprechend können die Oberflächentopographie, die chemische Reaktivität und die Haftung die Bildung eines Tribofilms beeinflussen.

Schmierung

Schmierstoffe werden in erster Linie eingesetzt, um sowohl Reibung (und damit oft Vibrationen) als auch Verschleiß zu verringern. Sie sind Mittel, die zwischen zwei Oberflächen in Relativbewegung eingebracht werden, um die Reibung zu minimieren. Auswahl und Anwendung von Schmiermitteln werden durch die Funktionen bestimmt, die sie erfüllen sollen. Die Hauptfunktionen von Schmiermitteln sind wie folgt.

• Um die Reibung zu kontrollieren
• Um den Verschleiß zu kontrollieren
• Um die Temperatur zu kontrollieren
• Um Korrosion zu kontrollieren
• Um Verunreinigungen zu entfernen
• Zum Versiegeln (Fett)

Die Verringerung der Reibung kann durch zwei verschiedene Mechanismen erfolgen. Wenn der Schmierstoff die festen Oberflächen vollständig trennt, erfolgt die Relativbewegung als Scherung innerhalb des Schmierstoffs und die Reibung ist folglich auf den Scherwiderstand des Schmierstoffs zurückzuführen. Wenn das Schmiermittel die Oberflächen nicht vollständig trennen kann, können die Reibungskräfte verringert werden, wenn ein Gleiten zwischen dünnen reibungsarmen Filmen auftritt, die an den Oberflächen adsorbiert sind. Eine geringere Reibung erzeugt auch weniger Wärme, was zu einer niedrigeren Temperatur führt.

Eine Verschleißminderung wird auch durch die – teilweise oder vollständige – Trennung der beiden festen Oberflächen erreicht. Der Verschleiß wird auch dadurch reduziert, dass der Schmierstoff die Temperatur senkt, mögliche Verschleißpartikel abtransportiert und Verunreinigungen aus der Umgebung verhindert.

Schmierstoffrückstände können in verschiedenen Produktionsprozessen problematisch sein. Beispielsweise können vom Werkzeug auf ein Stahlblech übertragene Rückstände das Lackieren von Autokarosserien erschweren. Teilweise müssen zur Reinigung der Oberflächen umweltschädliche Reinigungsmittel verwendet werden. Auch das Schmiermittel selbst kann aus Gesundheits- und Umweltaspekten ungeeignet sein.

Schmiermittel können entweder flüssig oder fest sein, müssen aber nicht unbedingt ein Öl oder Fett sein. Als Schmiermittel können beispielsweise auch Metalle, Oxide, Sulfide, Graphit etc. fungieren. Im Folgenden sind die allgemein bekannten Typen aufgeführt.

• Flüssigschmierstoffe – Flüssigmineralien können reines Mineralöl, Mineralöl plus Additiv oder synthetische Schmierstoffe sein
• Quasi-Festschmierstoffe (Fett)
• Festschmierstoffe

Abhängig von einer typischen Anwendungsanforderung wird ein bestimmter Schmiermitteltyp ausgewählt.

Flüssigschmierstoffe

Flüssigkeiten werden im Allgemeinen als Schmiermittel bevorzugt, da sie durch hydraulische Wirkung zwischen sich bewegende Teile gezogen werden können. Neben der Trennung der Teile dienen sie auch als Wärmeträger. Bei der Auswahl eines flüssigen Schmiermittels für eine bestimmte Anwendung wird normalerweise hauptsächlich die Auswirkung der Temperaturänderung auf die Viskosität des Schmiermittels berücksichtigt, die minimal sein muss. Flüssigschmierstoffe sind im Allgemeinen gegenüber Metalloberflächen und anderen Komponenten inert.

Moderne Raffinationstechnologie hat es ermöglicht, aus einer Vielzahl von Rohölen Schmierstoffe in guter Qualität herzustellen. Eine Ölraffinerie stellt nur die Grundschmierölvorräte mit unterschiedlichen Viskositäten her. Sie sind nicht zum direkten Verzehr geeignet. Daher werden Öle gemischt, um die richtige Viskosität zu erreichen, und Additive werden hinzugefügt, um andere Qualitäten zu verbessern.

Synthetische flüssige Schmiermittel können als ölige und neutrale Flüssigkeiten charakterisiert werden. Sie werden nicht aus Erdöl-Rohölen gewonnen. Aber sie haben fast ähnliche Eigenschaften wie Erdölschmierstoffe. Diese finden Anwendung in Situationen, in denen Erdöle nicht verwendet werden können. Einige spezifische chemische Klassen synthetischer Schmiermittel sind Diester, Organophosphatester, Silikonpolymere usw.

Nachfolgend werden wichtige Eigenschaften des Schmiermittels beschrieben.

Das spezifische Gewicht ist das Verhältnis des Gewichts eines gegebenen Volumens einer Substanz bei 15 Grad C zu dem von Wasser.

Die Viskosität ist ein Maß für den Fließwiderstand des Öls. Je höher die Viskosität des Öls ist, desto größer ist sein Fließwiderstand. Beispielsweise ist Wasser weniger viskos und fließt daher frei im Vergleich zu Melasse, die eine hohe Viskosität hat und träge fließt. Ein idealer Ölfilm auf einem Lager hängt von der Auswahl des Öls mit der richtigen Viskosität ab, um die Trennung zweier Metalloberflächen aufrechtzuerhalten.

Die Geschwindigkeit des Zapfens und die Viskosität sind eng miteinander verbunden, um einen guten Ölfilm im Lager aufrechtzuerhalten. Je langsamer die Zapfendrehzahl, desto höherviskoses oder dickflüssigeres Öl ist erforderlich. Wenn die Zapfengeschwindigkeiten erhöht werden, ist ein Verdünner von Öl mit niedrigerer Viskosität erforderlich.

Lagerbelastungen sind ebenfalls zu berücksichtigen, da das Öl eine ausreichende Viskosität haben muss, um einen guten Ölfilm zum Tragen der Belastung aufrechtzuerhalten. Technisch gesehen ist sie definiert als die Kraft, die erforderlich ist, um eine ebene Fläche von einem Quadratzentimeter Fläche über eine andere ebene Fläche mit einer Geschwindigkeit von einem Zentimeter pro Sekunde zu bewegen, wenn die beiden Flächen durch eine ein Zentimeter dicke Flüssigkeitsschicht getrennt sind. Die Einheit dieser Kraft ist „Poise“ und wird als absolute Viskosität bezeichnet.

Die kinematische Viskosität ist das Verhältnis der absoluten Viskosität zum spezifischen Gewicht des Öls bei der Temperatur, bei der die Viskosität gemessen wird. Seine Einheit ist „Stokes“. Aus praktischen Gründen wird die Viskosität von Mineralölen als Zeit in Sekunden ausgedrückt, die eine gegebene Ölmenge benötigt, um durch ein Standardkapillarrohr zu fließen. Sie wird als universelle Saybolt-Sekunde bei 40 °C oder 100 °C ausgedrückt.

Der Viskositätsindex (VI) ist ein Ausdruck der Wirkung von Temperaturänderungen auf die Viskosität von Ölen. Diese Änderung kann numerisch ausgewertet und das Ergebnis als VI.

ausgedrückt werden

Der Stockpunkt von Öl ist eine wichtige Eigenschaft. Das ist eine Temperatur, bei der Öl noch flüssig ist. Es spiegelt die Fähigkeit des Öls wider, bei niedrigen Temperaturen zu arbeiten.

Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der das Öl genügend Dämpfe abgibt, die entzündet werden können. Es spiegelt die Fähigkeit des Öls wider, bei höheren Temperaturen ohne Brandgefahr zu arbeiten.

Die Reinigungs- und Herstellungsprozesse wirken sich auf die guten Eigenschaften von Schmierölen aus. Aber sie können immer noch nicht direkt verwendet werden. Schmieröle sind unter den anspruchsvollen Arbeitsbedingungen anfällig für Verschmutzung und Zersetzung. Daher werden den Ölen bestimmte chemische Verbindungen und andere Mittel zugesetzt, die als Additive bezeichnet werden. Die meisten modernen Schmiermitteladditive können klassifiziert werden als (i) solche, die den Schmierstoff im Betrieb schützen sollen, indem sie eine Verschlechterung aufrechterhalten, (ii) solche, die den Schmierstoff vor schädlichen Kraftstoffverbrennungsprodukten schützen, und (iii) solche, die bestehende physikalische Eigenschaften verbessern oder neue verleihen Eigenschaften.

Die Verwendung von chemischen Additiven in Schmiermitteln ist sehr weit verbreitet. Sie werden in den leichtesten Instrumenten- und Spindelölen bis hin zu den dickflüssigsten Getriebeschmiermitteln, Kfz-Schmiermitteln, Schneidölen und Hydraulikflüssigkeiten verwendet. Es gibt über 50 Eigenschaften von Grundschmierölen, die durch die Additive verbessert werden können. Allgemein gesagt müssen die Additive die Eigenschaften haben, nämlich (i) Löslichkeit in Basisöl, (ii) Unlöslichkeit in und fehlende Reaktion mit wässriger Lösung, (iii) sollten dem Öl keine dunkle Farbe verleihen, (iv) geringe Flüchtigkeit haben, (v)  muss beim Mischen, Lagern und Verwenden stabil sein und (vi) darf keinen unangenehmen Geruch abgeben.

Verschiedene Arten von Zusatzstoffen, die zusammen mit ihren Zwecken verwendet werden, sind unten angegeben.

• Antioxidans zur Erhöhung der Öl- und Maschinenlebensdauer und zur Verhinderung von Oxidation
• Korrosionshemmer zum Schutz vor chemischem Angriff auf legierte Lager und Metalloberflächen.
• Reinigungsmittel für die Sauberkeit von geschmierten Oberflächen.
• Rostschutzmittel zur Beseitigung von Rost in Gegenwart von Wasser und Feuchtigkeit
• Gießverbesserer zur Verbesserung der Fließfähigkeit bei niedrigen Temperaturen
• Viskositätsindexverbesserer zur Verringerung der Änderungsgeschwindigkeit der Viskosität bei Temperaturänderung
• Antischaummittel zur Verhinderung stabiler Schaumbildung
• Extremdruckmittel zur Verbesserung der Filmfestigkeit und Belastbarkeit

Es gibt über 300 verschiedene Schmieröle für Industrie und Automobil. Diese werden normalerweise klassifiziert als (i) Spindelöle, (ii) Getriebeöle, (iii) allgemeine Lageröle, (iv) Elektromotoröle, (v) Dampfzylinderöle, (vi) Turbinenöle, (vii) Luftkompressoröle , (viii) Kühlkompressoröle, (ix) Hydrauliköle, (x) Schneidöle und (xi) Automobilöle. Jede Art dieser Öle hat bestimmte Eigenschaften, die sie für die jeweilige Anwendung gut geeignet machen.

Quasi-Festschmierstoffe (Fette)

Schmierfett ist ein halbfester Schmierstoff. Meist handelt es sich dabei um ein Mineralöl, dem eine spezielle Seife zugesetzt wird, um eine Kunststoffmischung herzustellen. Die Seife wird Verdickungsmittel genannt. Bestimmte Additive werden auch wie im Fall von Ölen hinzugefügt, um besondere Eigenschaften zu verleihen. Die Vorteile der Verwendung von Fetten sind unten aufgeführt.

• Weniger häufige Anwendung notwendig. Dies führt zu Einsparungen bei den Kosten für Schmiermittel und Wartung.
• Wirkt als Abdichtung gegen das Eindringen von Schmutz und Staub.
• Tropfen und Spritzen wird nahezu eliminiert.
• Für fettgeschmierte Lager sind weniger teure Dichtungen erforderlich.
• Fett sorgt für eine gewisse Schmierung, auch wenn ein Lager über einen längeren Zeitraum vernachlässigt wird.
• Aufgrund der Hafteigenschaft von Fett wird die Wahrscheinlichkeit von Rost in den Lagern erheblich reduziert, selbst wenn die Maschine im Leerlauf ist.

Hauptbestandteile von Fett sind Seifen und Mineralöle. Seifen können aus tierischen oder pflanzlichen Fetten oder Fettsäuren gewonnen werden. Außerdem sind bestimmte Zusatzstoffe vorhanden. Manchmal werden auch Füllstoffe hinzugefügt, um ihnen besondere Eigenschaften zu verleihen.

Schmierfette werden nach der bei ihrer Herstellung verwendeten Seifenverbindung klassifiziert. Die Eigenschaften von Schmierfetten werden maßgeblich von der Art der Seifenverbindung beeinflusst, die zur Herstellung des Schmierfetts verwendet wird. Die folgenden gängigen Typen von Fett sind (i) Fett auf Kalziumbasis, (ii) Fett auf Natriumbasis, (iii) Fett auf Lithiumbasis und (iv) Fett auf Bariumbasis.

Eine Kalziumbasis im Fett verleiht dem Fett ein glattes Aussehen der Batterie. Dieses Fett ist sehr beständig gegen Wasser. Speisefette wie Palmöl oder Baumwollsamenöl Kalkhydrat werden zur Herstellung von Seife verwendet. Dieses Fett erfordert die Zugabe von Wasser als Stabilisator. Dieser hält einer Temperatur über 80 Grad C nicht stand. Er zersetzt Öl und Seife und wird getrennt. Die abgeschiedenen Seifenpartikel werden hart und abrasiv und verursachen Riefen an den Lagern. Fette auf Natriumbasis hingegen können verwendet werden, wenn höhere Temperaturen bis zu 120 °C auftreten. Das Fett auf Natriumbasis hat eine faserige Struktur. Dadurch hält das Fett hohen Belastungen von Kugel- und Rollenlagern stand. Fett auf Natriumbasis ist jedoch weniger wasserbeständig. Fett auf Bariumbasis ist gut bis 175 °C und darüber. Dieses Fett hat eine gute Wasserbeständigkeit. Fett auf Lithiumbasis ist auch für Hochtemperaturanwendungen geeignet und hat hervorragende wasserbeständige Eigenschaften. Auch für niedrige Temperaturen ist dieses Fett geeignet.

Um sehr hohen Temperaturen und Belastungsbedingungen standzuhalten, werden bestimmte Spezialfette verwendet, da Fette auf Seifenbasis solchen Bedingungen nicht standhalten können. Diese werden als seifenfreie Fette bezeichnet. Modifizierter Bentonit-Ton und Kieselgele werden mit synthetischen Flüssigkeiten verwendet. Einige Fette auf Seifenbasis werden mit synthetischen Flüssigkeiten anstelle von Mineralölen verwendet. Wie bei Ölen werden auch Fetten Additive zugesetzt, um ihnen besondere Eigenschaften zu verleihen. Häufig verwendete Additive sind Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren, EP-Mittel, Rostinhibitoren und Klebrigkeitsadditive.

Die beiden wichtigsten Eigenschaften von Fett sind Konsistenz und Tropfpunkt. Die Konsistenz wird in Zahlen in Zehntelmillimeter ausgedrückt. Zur Bestimmung dieser Eigenschaft wird das Standardtestverfahren ASTM D217-52T verwendet. Nennt sich Penetrationstest. Das National Lubricating Grease Institute (NLGI) USA hat Schmierfette basierend auf ihren Penetrationswerten, die aus dem obigen Test ermittelt wurden, in verschiedene Klassen eingeteilt. Der Tropfpunkt ist definiert als die Temperatur, bei der Fett unter vorgeschriebenen Testbedingungen von einem quasi-festen in einen flüssigen Zustand übergeht. Der ASTM D566-42-Test wird verwendet, um den Tropfpunkt zu bestimmen. Dies wird als qualitativer Indikator für die Hitzebeständigkeit verwendet.

Festschmierstoffe

Festschmierstoffe sind dünne Filme aus einem Feststoff, die zwischen zwei Reibflächen angeordnet sind, um Reibung und Verschleiß zu verringern. Der Bedarf an Festschmierstoffen ist mit dem technologischen Fortschritt schnell gewachsen. Festschmierstoffe haben die Eigenschaften geringe Scherfestigkeit, geringe Härte, hohe Haftung am Trägermaterial, Kontinuität, Selbstheilungsfähigkeit (der Film soll sich bei Bruch sofort wieder bilden), Freiheit von abrasiven Verunreinigungen, thermische Stabilität und chemische Trägheit. Als Festschmierstoffe werden verschiedene anorganische Verbindungen wie Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Bornitrid und organische Verbindungen wie Aluminium, Zink, Natrium, Lithiumstearat und Wachse verwendet. Festschmierstoffe haben dort breite Anwendung gefunden, wo herkömmliche Mineralöle unter extremen Arbeitsbedingungen nicht funktioniert haben.