Verschleiß
Verschleiß, die Abtragung von Material von einer festen Oberfläche infolge mechanischer Einwirkung durch einen anderen Festkörper. Verschleiß tritt vor allem als fortschreitender Materialverlust auf, der durch die mechanische Wechselwirkung zweier gleitender Oberflächen unter Belastung entsteht. Verschleiß ist ein so universelles Phänomen, dass selten zwei feste Körper übereinander gleiten oder sich sogar berühren, ohne dass es zu einem messbaren Materialtransfer oder Materialverlust kommt. So werden Münzen durch den ständigen Kontakt mit Stoffen und menschlichen Fingern abgenutzt, Bleistifte werden durch das Gleiten über Papier abgenutzt, und Schienen werden durch das ständige Rollen von Eisenbahnrädern über sie abgenutzt. Nur lebende Dinge (wie Knochengelenke) sind in gewisser Weise immun gegen die dauerhaften Schäden, die durch Abnutzung verursacht werden, da sie die Eigenschaft des Nachwachsens und der Heilung haben.
Es gibt vier grundlegende Arten von Verschleiß: adhäsiver Verschleiß, abrasiver Verschleiß, korrosiver Verschleiß und Oberflächenermüdung.
Die häufigste Art, der adhäsive Verschleiß, entsteht durch die starken Adhäsionskräfte, die an der Grenzfläche zweier fester Materialien entstehen. Wenn feste Oberflächen aneinander gepresst werden, kommt es zu einem engen Kontakt über eine Reihe kleiner Flecken oder Verbindungsstellen. Während des Gleitens werden diese Verbindungen immer wieder hergestellt und unterbrochen, und wenn eine Verbindung nicht entlang der ursprünglichen Grenzfläche aufbricht, bildet sich ein Verschleißpartikel. Diese Partikel brechen schließlich ab. Adhäsiver Verschleiß ist aus zwei Gründen unerwünscht: Erstens führt der Materialverlust schließlich zu einer Verschlechterung der Leistung des Mechanismus, und zweitens kann die Bildung großer Verschleißpartikel in eng aneinanderliegenden Gleitelementen dazu führen, dass der Mechanismus in einem frühen Stadium seiner Lebensdauer festsitzt. Der adhäsive Verschleiß ist bei ungeschmierten Metalloberflächen um ein Vielfaches größer als bei wirksam geschmierten Metalloberflächen.
Abrasiver Verschleiß tritt auf, wenn eine harte, raue Oberfläche über eine weichere gleitet und auf letzterer Rillen erzeugt. Er kann auch durch lose, abrasive Partikel verursacht werden, die zwischen zwei weichen Gleitflächen rollen, oder durch Partikel, die in einer der gegenüberliegenden Flächen eingebettet sind. Abrasive Fragmente, die von einem Flüssigkeits- oder Gasstrom getragen werden, können eine Oberfläche abnutzen, wenn sie mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche treffen. Da abrasiver Verschleiß auftritt, wenn das abschleifende Material rau und härter ist als die zu schleifende Oberfläche, kann er entweder dadurch verhindert werden, dass der harte, raue Bestandteil beseitigt oder die zu schützende Oberfläche noch härter gemacht wird.
Korrosiver Verschleiß tritt immer dann auf, wenn ein Gas oder eine Flüssigkeit eine Oberfläche chemisch angreift, die durch den Gleitvorgang freigelegt wurde. Wenn eine Oberfläche korrodiert, neigen die Korrosionsprodukte (z. B. Patina) normalerweise dazu, auf der Oberfläche zu bleiben, was die weitere Korrosion verlangsamt. Wenn jedoch ein ständiges Gleiten stattfindet, werden durch die Gleitwirkung die Oberflächenablagerungen entfernt, die sonst vor weiterer Korrosion schützen würden, die somit schneller voranschreitet. Eine Oberfläche, die korrosiven Verschleiß erfahren hat, hat im Allgemeinen ein mattes, relativ glattes Aussehen.
Ermüdungsverschleiß entsteht durch wiederholte hohe Beanspruchung bei einer Rollbewegung, z. B. bei Metallrädern auf Schienen oder einem Kugellager in einer Maschine. Die Beanspruchung führt dazu, dass sich unter der Oberfläche Risse bilden, entweder in der sich bewegenden oder in der feststehenden Komponente. Wenn diese Risse wachsen, lösen sich große Partikel von der Oberfläche und es entsteht Lochfraß. Oberflächenverschleiß durch Ermüdung ist die häufigste Form des Verschleißes bei Wälzkörpern wie Lagern oder Zahnrädern. Bei Gleitflächen schreitet der adhäsive Verschleiß in der Regel so schnell voran, dass keine Zeit für den Oberflächenermüdungsverschleiß bleibt.
Auch wenn der Verschleißprozess im Allgemeinen als schädlich angesehen wird, was in den meisten praktischen Situationen auch der Fall ist, hat er auch einige praktische Vorteile. Zum Beispiel hängen viele Methoden zur Herstellung einer Oberfläche auf einem hergestellten Gegenstand vom abrasiven Verschleiß ab, darunter Feilen, Schleifen, Läppen und Polieren. Viele Schreibgeräte, vor allem Bleistift, Buntstifte und Kreide, sind in ihrer Wirkung auf adhäsiven Verschleiß angewiesen. Eine weitere Verwendung findet sich in der Abnutzung der Schneidezähne von Nagetieren. Diese Zähne haben eine harte Schmelzschicht entlang der gebogenen Außenfläche, aber nur weiches Dentin auf der Innenfläche. Daher sorgt der abrasive und adhäsive Verschleiß, der auf der weicheren Seite schneller auftritt, für die Aufrechterhaltung einer scharfen Schneidekante an den Zähnen.