NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-129-fundamentele-aspecten-van-wrijving/

Geprint op :
10 december 2018
23:13:51

Wrijving lijkt eenvoudig, maar vergt begrip van natuurkundige verschijnselen die tegelijkertijd op verschillende lengte- en tijdschalen spelen. Hoewel een alomvattende wrijvingswet nog buiten bereik ligt, heeft onderzoek aan de TU Delft en de Rijksuniversiteit Groningen wel meer begrip van wrijving op micrometerschaal opgeleverd.

Wrijving is een belangrijke bron van energieverlies. Er is dan ook een sterk economisch belang in het reduceren ervan. Wrijving is ook een belangrijke spelbreker in miniatuurdevices als MEMS, aangezien de verhouding tussen oppervlakte en inhoud toeneemt als afmetingen kleiner worden.

Wrijving op micrometerschaal bij metalen
Metaaloppervlakken zijn onvermijdelijk ruw; ze zijn bedekt met oneffenheden, asperities genoemd, op verschillende lengteschalen. Asperities op tegenover elkaar liggende oppervlakken kunnen bij contact platgedrukt worden of in elkaar grijpen. Frank Bowden en David Tabor, pioniers in de tribologie, beschreven in 1954 al dat wrijving wordt bepaald door de competitie tussen (plastische) vervorming en glijden bij contact. Tribologie houdt tot nu toe bij bestudering van plastische vervorming geen rekening met het feit dat plasticiteit mogelijk wordt gemaakt door individuele dislocaties: beneden fracties van een millimeter is plasticiteit daarom schaalafhankelijk.

Simulatie van plastische vervorming door individuele dislocaties
De onderzoekers proberen daarom de vraag te beantwoorden wat de invloed is van schaalafhankelijke plasticiteit op wrijving op de micrometerschaal. Daartoe onderzochten ze verschillende elementaire gebeurtenissen van twee wisselwerkende asperities met behulp van dislocatie-dynamicasimulaties. Daarin wordt plasticiteit beschreven door het ontstaan en glijden van afzonderlijke dislocaties.

De dominante lengteschalen
In elkaar grijpende asperities kunnen niets anders doen dan plastisch vervormen. Anders dan verwacht wordt de wrijvingskracht niet beheerst door de afmeting van de asperity maar door de afstand tussen de dislocatiebronnen. Dit komt omdat die dislocaties niet beperkt zijn tot de asperity zelf maar veel dieper in het onderliggende kristal glijden. Om vergelijkbare redenen is het de grootte van het contactgebied dat de afmeting van de plastische zone bepaalt wanneer asperities op elkaar gedrukt zijn. Als die dislocaties niet snel genoeg kunnen ontstaan, gaat het contact glijden doordat de contactspanning te groot wordt.
---------
* Beeld gebaseerd op Song et al., J. Appl. Mech. 82 (7), 071006 (2015) en Dikken et al., Phil. Mag 95 (34), 3845 (2015).