In this article, solid lubricants are investigated to examine their tribological performance in a dry lubricated steel–bronze contact. The examined solid lubricants are made of polyamide (PA) and irradiated polytetrafluoroethylene (PTFE), which are chemically bonded by reactive melt extrusion. For the tribological investigations, a block-twin-disc test rig, on the one hand, and a three-disc test rig, on the other hand, were used under ambient conditions, where the solid lubricant for lubricating the steel–bronze contact was released from a block or a disc. Results from the tribological investigations are presented here, showing the friction and wear behavior in a steel–bronze contact depending on the slide-to-roll ratio in the contact between the steel disc and the compound body. Furthermore, surface analytical investigations on the steel and bronze discs were carried out. These studies showed that the chemical bonding of 20 wt% of irradiated PTFE in PA12 improves the wear and friction behavior in steel–bronze contact significantly, due to the buildup of a transfer film of PTFE on the steel surface.

To mitigate the environmental hazards aroused by fossil-based lubricants, the development of eco-friendly internal lubricants is imperative. Siloxane-based internal lubricants, widely applied as plasticizers in polymeric compounds, are a promising option. However, their impacts on the tribological properties of polymeric tribocomponents are still unclarified. Therefore, in the current study, a siloxane-based internal lubricant with the product name ‘EverGlide MB 1550 (EG)’ was dispersed into a polybutylene terephthalate (PBT)-based tribological composite to investigate whether the tribological properties of the composite can be optimized. A block-on-ring (BOR) test configuration was used for this purpose. It was found that the addition of EG to the composite significantly improved the tribological behavior; the improvement was particularly significant under lower load conditions (pv-product ≤ 2 MPa∙m/s). Compared to the reference PBT composite, the addition of EG reduced the friction coefficient (COF) by about 30% and the specific wear rate by about 14%. An accompanying surface analytical investigation using photoelectron spectroscopy to elucidate the effective mechanisms at the molecular level showed the availability of tribologically effective and free EG after its addition to the composite in the relevant tribocontact.

Zusammenfassung: Im Rahmen dieses Beitrags werden Ergebnisse einer Untersuchung an feststoffgeschmierten Wälzlagern vorgestellt. Betrachtet werden dabei Lager, welche einen speziellen, modifizierten Käfig verwenden. Die Käfigtaschen des Käfigs dienen dabei, zusätzlich zu ihrer ursprünglichen Funktion, der Führung der Wälzkörper, als Schmierstoffdepot. Es werden zunächst Prüfaufbau und die Versuchsbedingungen erläutert und in diesem Zusammenhang wird gezeigt, dass der in diesem Beitrag verwendete Aufbau, verglichen mit dem Aufbau vorangegangener Arbeiten, eine deutlich reduzierte Streuung aufweist. Als eine nicht zu vernachlässigende Fehlerquelle bei der gravimetrischen Bestimmung des Käfigtaschenverschleißes wurde das hygroskopische Verhalten des Polymercompounds identifiziert. Einer Verfälschung dieser Messergebnisse durch die unkontrollierte Feuchtigkeitsaufnahme aus der Umgebung, muss durch einen zeitlich vorgelagerten Trocknungsprozess unter definierten Bedingungen vorgebeugt werden. Zudem wird gezeigt, dass die Käfigtaschen sowohl durch den Innenring des Lagers, als auch durch die Wälzkörper verschlissen werden. Hierbei wird eine Messmethode zur Ermittlung der, durch den Innenring verschlissenen, Materialmenge vorgestellt. Durch Oberflächenanalysen der Messingstruktur des Käfigs wird eine Reduzierung des Zinks nachgewiesen, sowie eine Änderung der Oberflächenstruktur festgestellt. Als Ursache wird ein Sublimieren des Zinks aufgrund der Versuchsbedingungen vermutet. Weiterhin wird gezeigt, dass die Prüftemperatur von 300 °C zu einem Schrumpfen der Lagerringe führt. Eine Vorwegnahme dieser Maßverringerung ist durch Temperierung bei 300 °C für 48 h möglich.