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Forscher der Technischen Universität Wien (TU Wien) haben eine Methode entwickelt, um den Verschleiss von verschiedenen Materialen auf mikroskopischer Ebene mithilfe eines Supercomputers zu simulieren. Dadurch ist es möglich, die komplizierten atomaren Vorgänge bei der Reibung zwischen realen Werkstoffen nachvollziehbar zu rekreieren. Vor allem für den Industriebereich ist diese Innovation wichtig.
"Unsere Computersimulationen ergaben genau die Vielfalt an Prozessen, an Kornveränderungen und Verschleiss-Effekten, wie man sie aus Experimenten grundsätzlich bereits kennt. Wir können damit Bilder produzieren, die genau den Aufnahmen aus dem Elektronenmikroskop entsprechen. Allerdings hat unsere Methode einen entscheidenden Vorteil: Wir können den Prozess danach am Computer im Detail analysieren", erläutert Forschungsleiter Stefan Eder.
In einem Experiment konnte der hochleistungsfähige Supercomputer VSC4 der TU Wien genau zeigen, wie sich Oberflächen aus Kupfer und Nickel bei Reibung verhalten. Diese Materialien bestehen aus kleinen Körnchen, mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von Mikrometern oder noch kleiner. Bei Reibung mit anderen Materialien dieser Art geraten die Körnchen aneinander. Sie können dabei gedreht, verformt, zerteilt oder verschoben werden. Durch erhöhte Temperatur oder mechanische Einwirkung können sie auch wachsen.
"Wir wissen, welches Atom zu welchem Zeitpunkt seinen Platz gewechselt hat und was mit welchem Körnchen in welcher Phase des Prozesses genau passiert ist", so Eder. Vor allem für die Industrie ist diese Möglichkeit von grosser Bedeutung. Die mikroskopischen Prozesse wirken sich nämlich auf grosser Skala aus. Sie bestimmen die Lebensdauer einer Maschine, den reibungsbedingten Energieverlust in einem Motor sowie die Funktion einer Bremse, für die Reibkraft erwünscht ist.