Was ist Tribologie?
Tribologie ist die Wissenschaft von Reibung, Verschleiß und Schmierung und ist wirklich interdisziplinär. Es untersucht die Wechselwirkung bewegter Oberflächen und alle Aspekte in Bezug auf Reibung, Verschleiß, Schmierung, Haftung, Tribochemie usw. Tribologie-Lösungen werden in der Automobilindustrie, Lager, Raum, Sport, Lebensmittel, Gesundheit und Biomedizin, erneuerbare Energien und anderen zahlreichen Bereichen eingesetzt.
Der Begriff „Tribologie“ leitet sich vom griechischen Wort „Tribos“ (τρίβοσ) ab und bedeutet „Reiben“ oder reiben und wurde 1964 erfunden, während die Erforschung der Reibung in der Vergangenheit um 50.000 v. Chr. Alte Zivilisationen in Ägypten und China verwendeten Schmierprinzipien, um schwere Steine zu transportieren, die in ihren gigantischen Gebäuden verwendet wurden. Erste systematische Studien der Tribologie wurden jedoch von Leonardo da Vinci durchgeführt – dem ersten Tribologen der Welt in den Jahren 1490-1500. Er konzentrierte sich auf alle Arten von Reibung und unterschied zwischen Gleit- und Rollreibung.
Die Bedeutung der Tribologie steigt dadurch, dass Reibungs- und Verschleißverluste Energie verbrauchen, die sonst eingespart werden könnte. Professor Jost schätzte, dass minimale Investitionen (mit einem Verhältnis von 1 zu 50 zum Ergebnis) in die Forschung und Entwicklung besserer tribologischer Verfahren 1% bis 1,4% des Bruttosozialprodukts einsparen könnten . Neben ökonomischen Effekten kann die Tribologie genutzt werden, um 
Emissionen durch Steigerung der Energieeffizienz zu reduzieren und so zum Erhalt unseres Planeten beizutragen. Die Transportindustrie ist einer der größten Energieverbraucher, aber auch Emissionsquelle, während sie durch den Einsatz modernster Tribologielösungen weitgehend optimiert werden kann. Verschleißpartikel können eine Quelle für mechanische Schäden in Lagern, Scheibenbrüchen, MEMS sein, sind aber auch gesundheitsschädlich, wenn sie von der Atmosphäre in den menschlichen Körper eindringen. Die Ergebnisse der tribologischen Forschung können daher genutzt werden, um wichtige Probleme der Gesellschaft zu lösen.
Grüne Tribologie
Der Begriff grüne Tribologie ist mittlerweile Teil des Wortschatzes. Die grüne Tribologie ist ein Zweig der Tribologie, der sich speziell auf die Aufrechterhaltung eines ökologischen Gleichgewichts potenzieller ökologischer und biologischer Auswirkungen der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Oberflächen bezieht, die zwischen Materialien auftreten können. Green Tribology stellt sicher, dass Reibung und Verschleiß zwischen Materialien auf umweltfreundliche Weise auftreten. Forscher auf dem Gebiet der grünen Tribologie untersuchen auch Windkraftanlagen, Sonnenkollektoren und Gezeitenturbinen. Sie konzentrieren sich darauf, in Zukunft umweltfreundlicher und nachhaltiger zu sein.
Die grüne Tribologie hat drei Grundprinzipien, die darauf abzielen, die Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu begrenzen. Diese drei Prinzipien sind Biomimetik (Nachahmung der Modelle, Systeme und Elemente der Natur, um komplexe menschliche Probleme zu lösen) und selbstschmierende Materialien und Oberflächen, biologisch abbaubare und umweltfreundliche Schmierstoffe sowie erneuerbare und / oder nachhaltige Energiequellen.
Green Tribology befasst sich insbesondere mit der Minimierung von Reibung, der Minimierung von Verschleiß, der Reduzierung und / oder Beseitigung von Schmierung, der Schaffung natürlicher Schmierung, der Aufrechterhaltung umweltfreundlicher technischer und chemischer Prinzipien sowie der Echtzeitüberwachung von Tribologiesystemen.
Grüne Tribologie ist ein relativ neues Konzept, spielt jedoch bereits eine wichtige Rolle dabei, dass alle industriellen Systeme umweltfreundlich funktionieren können. Darüber hinaus untersuchen die Forscher Methoden zur Integration grüner Tribologie und zur Entwicklung von Systemen, die in Bezug auf technisches Design und Energieerzeugung vollständig nachhaltig sind.
Schmierung
Zur Kontrolle von Reibung und Verschleiß werden Schmierstoffe eingesetzt. Schmierstoffe trennen Reibflächen vom direkten Kontakt, indem sie einen Schmierfilm bilden. Der Film schützt die Oberflächen vor Verschleiß und das Schmiermittel wird gewählt, um die Reibung zu kontrollieren (meistens zu reduzieren). Schmiermittel kann in flüssiger, gasförmiger, fester Form oder sogar einer Kombination davon vorliegen, wie im Falle von Emulsionen und Fetten .
Schmierstoffe sind häufig flüssige Öle und erzeugen eine sehr dünne Schmierstoffschicht, um die Reibflächen zu trennen. Diese Schicht wird leichter geteilt als die Feststoffe und daher werden die Reibung und in vielen Fällen der Verschleiß reduziert. Die klassische (elasto-) hydrodynamische Schmierungstheorie kann effektiv genutzt werden, um die Dicke des Films, aber auch die durch den Schmierstoff erzeugte Reibung vorherzusagen und mechanische Komponenten zu konstruieren. Für die meisten allgemeinen Technikmaterialien und -bedingungen ist die Reibung der Schicht kleiner als die Reibung zwischen den Körpern. Neben der Trennung der Oberflächen reduzieren flüssige Schmierstoffe auch den Temperaturanstieg, reinigen die Oberflächen, beseitigen Verschleißrückstände und regenerieren Schutzfilme. Es ist jedoch anzumerken, dass die klassische Schmiertheorie der Reibungsreduzierung ihre grundlegende Grenze erreicht hat (die Reibung von 0,01-0,04) und nicht dazu beitragen kann, die Reibung weiter zu reduzieren. Daher müssen andere Theorien entwickelt werden.
Superschmierfähigkeit
Der Hauptnachteil des klassischen Schmieransatzes zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß ist die Abhängigkeit von der Entwicklung eines ausreichend dicken Schmierfilms, um die Oberflächen vom direkten Kontakt zu trennen. Leider wird die Dicke des Films weitgehend durch die Viskosität des Schmiermittels bestimmt. Um zwei mikroskopisch raue Oberflächen vom Kontakt zu trennen, wird ein Schmierfilm benötigt, der dicker als das Niveau der Rauheit ist, so dass die Viskosität hoch genug sein muss. Höhere Viskosität bedeutet, dass der Schmierstoff eine höhere Reibungskraft auf den Oberflächen von Feststoffen entwickelt und zu höheren Energieverlusten führt. Wie oben erwähnt, bringt dies die grundlegende Grenze für die Anwendung des hydrodynamischen Schmierungsansatzes mit sich.
Superschmierstoff ist ein neu erfundener Begriff in der Tribologie, der allgemein als der Zustand definiert wird, bei dem der Reibungskoeffizient niedrig ist. Die Definition von „niedrig“ ist nicht ganz klar, aber es kann von weniger als 0,01-0,001 ausgegangen werden. Aufgrund der Allgemeinheit der Definition können die Mechanismen der Superschmierung unterschiedlicher Natur sein. Auf der Nanoskala kann die strukturelle Überschmierung auftreten, wenn die Kristallgitter der kontaktierenden Körper inäquat sind. Die Bildung von Nanolagern kann auch zum Superschmierzustand führen, indem die Reibung von Gleiten zu Rollen verändert wird. Ultra-niedrige Reibung wurde in Glycerin / Wasser-Gemisch geschmierten Stahlpaaren aufgrund der Erzeugung einer leicht teilbaren wasserstoffgebundenen Schicht berichtet. Van der Waals-Abstoßungskräfte wurden gezeigt, um fähig zu sein, zu superlubricity Zustand zwischen einer Goldflughandbuchspitze und einem Teflonsubstrat zu führen. Die Realisierung der genannten Superschmierstoffzustände erfordert typischerweise sehr spezielle Bedingungen, wie Vakuum, oder Materialien, wie Graphen, diamantähnlicher Kohlenstoff, etc. Daher ist die Übersetzung des Superschmierstoffzustands in die Makroskala und die normale Umgebung eine Herausforderung.