Partikelgröße in Festschmierstoffadditiven: Wie sich D50 auf die Leistung auswirkt

Die Spezifikation der Partikelgröße des Festschmierstoffadditivs D50 ist eine der folgenreichsten Zahlen in einer Fett- oder Ölformulierung – und eine der am häufigsten in Einkaufsdokumenten unterspezifizierten Zahlen. Eine Übersicht aus dem Jahr 2026 in *Advanced Materials* (Grützmacher et al., „The Promise of Solid Lubricants for a Sustainable Future“) identifiziert Dispersionsstabilität und Effizienz der Tribofilmbildung als wichtigste ungelöste Leistungsvariablen in Festschmierstoffsystemen, und beide werden direkt durch die Partikelgrößenverteilung gesteuert. Wenn Ihr Lieferant sein Produkt nur durch die Maschenweite oder einen losen D97 charakterisiert, formulieren Sie blind.## Was D50 bedeutet – und was nichtD50 ist der mittlere Partikeldurchmesser aus einer volumengewichteten Partikelgrößenverteilung: 50 % des gesamten Partikelvolumens in der Probe bestehen aus Partikeln mit diesem Durchmesser oder darunter. Sie wird typischerweise durch Laserbeugung (ISO 13320) gemessen und das Ergebnis hängt stark davon ab, ob die Probe in einer nassen Suspension dispergiert oder trocken gemessen wird und bei welcher Beschallungsenergie.

D50 ist eine Einzelpunktzusammenfassung einer Verteilung. Ein Pulver mit D50 = 0,5 µm, aber einem langen Schwanz bis 5 µm (hoher D90/D97) verhält sich anders als eine enge Verteilung, die auf 0,5 µm zentriert ist. Fordern Sie immer die vollständige Verteilung an – D10, D50, D90 – und geben Sie die Messmethode an (ISO 13320, Nassdispersion). Der Vergleich der D50-Werte verschiedener Protokolle ist kein gültiger Vergleich.

Bei Festschmierstoffadditiven ist die Frage nicht nur relevant: „Wie klein?“ aber „wie klein im Verhältnis zur Kontaktgeometrie?“ Ein Partikel, der im Verhältnis zur elastohydrodynamischen Filmdicke zu groß ist, führt eher zu abrasivem Verschleiß als zu Schmierung. Ein Partikel, der weit unter diesem Schwellenwert liegt, trägt zur Bildung eines Tribofilms bei. Der Kreuzungspunkt hängt von der Kontaktart, der Belastung und der Viskosität der Grundflüssigkeit ab – weshalb die D50-Optimierung anwendungsspezifisch ist.## Wie die Partikelgröße die Bildung und Reibung von Tribofilmen steuertBei lamellaren Festschmierstoffen – hBN, WS2, MoS2 – hängt der Schmiermechanismus davon ab, dass sich die Basisebenen des Kristalls parallel zur Gleitfläche ausrichten und unter Kontaktspannung leicht scheren. Kleinere Partikel richten sich leichter über eine komplexe Oberflächentopographie aus, einschließlich der Unebenheitsspitzen, die die Reibung zu Beginn der Grenzschmierung dominieren. Größere Partikel überbrücken Unebenheiten, ohne sich anzupassen, und werden eher aus der Kontaktzone herausgeschleudert, bevor sich ein zusammenhängender Tribofilm bildet.

In von Experten begutachteter Tribologieliteratur veröffentlichte Forschungsergebnisse (ScienceDirect, *Surface and Coatings Technology*) zeigen durchweg, dass die Reduzierung der Partikelgröße von Festschmierstoffen vom Niedrigmikrometerbereich auf den Submikronbereich die Reibungskoeffizienten verringert und die Verschleißnarbengeometrie unter Grenzbedingungen verbessert, wobei die Rendite abnimmt, wenn D50 deutlich unter 0,25 µm sinkt. Das praktische Optimum für die meisten Fett- und Ölanwendungen liegt zwischen 0,25 µm und 1 µm D50, wobei sowohl Filmabdeckung als auch Dispersionsstabilität beherrschbar sind, ohne dass eine exotische Stabilisierungschemie erforderlich ist.

Die Dispersionsstabilität ist der zweite Mechanismus, der D50 mit der Leistung verknüpft. Partikel über etwa 2–3 µm D50 in einem niedrigviskosen Grundöl sedimentieren ohne Stabilisatorpaket innerhalb von Tagen messbar. Submikronpartikel haben ein höheres Verhältnis von Oberfläche zu Masse und interagieren stärker mit der Grundflüssigkeit, sie haben aber auch eine höhere Oberflächenenergie und neigen zur Agglomeration, wenn die Oberflächenchemie nicht kontrolliert wird. Aus diesem Grund ist die D50-Spezifikation eines fertigen Additivs – nicht nur des Rohpulvers – die kommerziell relevante Zahl.## Praktische D50-Bereiche: Was sich auf jeder Ebene ändertD50 > 5 µm: Geeignet für grenzflächengeschmierte Anwendungen mit grober Oberflächengüte, bei denen eine Partikelinfiltration in Oberflächentäler erwünscht ist – einige Anwendungen mit offenen Getrieben und Drahtseilen. Nicht für Präzisionslager geeignet. Hohes Sedimentationsrisiko in Ölträgern.

D50 1–5 µm: Der historische Bereich für die meisten kommerziellen MoS2-Fette. Geeignet für langsame, hochbelastete Kontakte mit Fettverdicker, um die Partikel in Schwebe zu halten. Am oberen Ende dieses Bereichs kommt es häufig zu sichtbaren Partikelanhäufungen unter der Mikroskopie. D50 0,25–1 µm (Submikronbereich): Dies ist der leistungsoptimierte Bereich für Lagerfette, Lebensmittelfette und Hochgeschwindigkeitsanwendungen. Die Filmabdeckung ist wesentlich gleichmäßiger, die Reibungsreduzierung ist über alle Last- und Geschwindigkeitskombinationen gleichmäßiger und die Partikel bleiben sowohl in Öl- als auch in Fettträgern länger in der Schwebe. Solidex B025 hBN von Powderful Solutions arbeitet an der unteren Grenze dieses Bereichs mit D50 bei 0,25 µm und liefert die thermische Stabilität von hBN (stabil über 900 °C) bei einer Partikelgröße, die bei anspruchsvollen Kontakten kohärente Tribofilme in der Basisebene bildet. Bei einer Behandlungsrate von 0,25–0,5 % in einer Calciumsulfonat-Komplex-Basis sorgt Solidex B025 für eine messbare Reibungsreduzierung ohne das Zersetzungsrisiko, das PTFE-basierte Alternativen über 260 °C bergen. D50 < 0,1 µm: Tritt in den Bereich ein, in dem die Oberflächenenergie und die Agglomerationskräfte hoch genug sind, dass die Dispersionsstabilität ein aktives Management erfordert. Für die meisten industriellen Schmierstoffanwendungen ist es im Allgemeinen nicht erforderlich und erhöht die Komplexität der Formulierung ohne entsprechende Leistungssteigerung.## WS2-Partikelgröße und die EPXtra W110-SpezifikationWS2 wird wegen seines niedrigeren Reibungskoeffizienten, seiner höheren thermischen Stabilität und seiner besseren Oxidationsbeständigkeit gegenüber MoS2 für Anwendungen mit hoher Oxidation und hohen Temperaturen bevorzugt. EPXtra W110 von Powderful Solutions ist ein WS2-Motoröladditiv – im Gegensatz zu Torvix W720, das nur Fett enthält und einen Schweißpunkt von 800 kgf bei 2,5 % pro ASTM D2596 liefert, im Vergleich zu der 10 %igen Standardbeladung MoS2, die für das gleiche Ergebnis erforderlich ist.

Für Motorölanwendungen ist WS2 D50 im Bereich von 0,5–2 µm das praktische Fenster: groß genug, um einer vollständigen Erfassung durch Vollstromfilter (normalerweise mit einer Nennleistung von 10–40 µm) zu widerstehen, klein genug, um Grenzkontaktflächen in Ringzylinder- und Nockenfolgerzonen zu erreichen. ASTM D4172 Vierkugelverschleiß und ASTM D2266 sind die Standardmaßstäbe zur Quantifizierung der Verschleißreduzierung bei einer bestimmten Partikelgröße und Behandlungsrate.## Angabe der Partikelgröße bei der FormulierungsentwicklungDie direkte Folge der D50-Mehrdeutigkeit ist eine Inkonsistenz zwischen den einzelnen Chargen. Ein Lieferantenwechsel, der D50 von 0,4 µm auf 1,2 µm verschiebt – grob gesagt „vom Submikronbereich auf den niedrigen Mikrometerbereich“ – kann unter Randbedingungen den Reibungskoeffizienten um 15–30 % verschieben, den Durchmesser der Verschleißnarbe auf ASTM D4172 verändern und die Haltbarkeitsstabilität verschlechtern.

Behandeln Sie D50 für eine strenge Formulierungsarbeit als kontrollierte Spezifikation und nicht als Nominalwert:

• Fordern Sie von Ihrem Lieferanten Daten zur Partikelgrößenverteilung (D10, D50, D90) auf Chargenebene an, nicht nur einen Maximalwert im Produktdatenblatt
• Geben Sie bei Ihrer Eingangskontrolle Messmethode und Dispersionsmedium an
• Legen Sie eine Basislinie für die Formulierungsleistung bei Ihrem Ziel-D50 fest und definieren Sie akzeptable Abweichungsbereiche
• Requalifizieren Sie die tribologische Leistung immer dann, wenn eine Änderung der Partikelgrößencharge Ihre angegebene Toleranz überschreitet

Powderful Solutions veröffentlicht vollständige Daten zur Partikelgrößenverteilung für die Serien Solidex B025 und EPXtra W110. Informationen zu Desilube-Produktdaten, die für NSF HX1-Anwendungen in Lebensmittelqualität relevant sind, finden Sie unter Desilube Inc..## AbschlussD50 ist keine Marketingspezifikation, sondern eine tribologische Designvariable. Der D50-Wert der Partikelgröße des Festschmierstoffadditivs bestimmt die Effizienz der Tribofilmbildung, die Konsistenz der Reibungsreduzierung, die Dispersionsstabilität und die Eignung für bestimmte Kontaktgeometrien. Der Submikronbereich (0,25–1 µm) ist das optimierte Fenster für die meisten Präzisions- und Hochlastanwendungen. Solidex B025 bei 0,25 µm D50 und EPXtra W110 sind auf dieses Fenster ausgelegt und verfügen über vollständige Verteilungsdaten für die Eingangskontrolle und Formulierungsqualifizierung.

Wenn in Ihrer aktuellen Festschmierstoffspezifikation kein kontrollierter D50 mit einer definierten Verteilungs- und Messmethode vorhanden ist, ist die Konstanz der Feldleistung zum Teil Glückssache. Kontaktieren Sie Powderful Solutions, um Spezifikationen zu besprechen und Chargen-zertifizierte Datenblätter zu erhalten.