MATERA SiNACERDI - Nanokompozitni materiali in legirana litina za povečanje obrabne odpornosti pri težkih pogojih obratovanja

Trajanje projekta

2011 - 2014

Kategorija projekta

mednarodni

Kontakt

prof. dr. Mitjan Kalin

Partnerji

  • ZORNIK d.o.o.(Slovenija)
  • IceTec, FTJ (Islandija)
  • SUT (Poljska)
  • CTP-GL (Luxemburg)

Razvoj novih nanokompozitih in lokalno legiranih zavornih ploščic za keramične diskaste zavore. V projektu bomo razvili nanokompozitno keramiko z Al-osnovo ter trdimi nanodelci na osnovi silicija (Si3N4) in optimizirali tehnologijo lokalnega legiranja termično obdelane nodularne litine.

Zavorni sistemi na transportnih sredstvih, kot so motocikli, osebni in tovorni avtomobili, vlaki in letala morajo zagotavljati varnost in zanesljivost obratovanja slehernega transportnega sistema. Zato mora zavorni sistem v vseh pogojih delovati enako zanesljivo, z nespremenljivimi tornimi lastnostmi in z najmanjšo stopnjo obrabe zavornega diska in ploščice. Ob tem pa naj bi imel zavorni sistem kar se da majhno težo in nizko ceno. S tega stališča kažejo izredno prednost keramični zavorni sistemi z zavornimi diski iz C-SiC kompozita na površini in C/C kompozitne osnove. Ob tem pa ostaja povsem nerešen problem materiala zavorne ploščice. Problem predstavlja odvod toplote iz tornega kontakta med zaviranjem in nastanek termo šokov zaradi visokih temperatur v kontaktu ter posledične odpovedi klasičnih zavornih ploščic. Enak problem zasledimo tudi pri mehanskih drsnih tesnil, vodilih in drugih elementih, ki obratujejo pri težkih pogojih in zahtevajo dobro prilagodljivost kontaktnih površin tekom celotne dobe trajanja.

V projektu SiNACERDI smo si zastavili za cilj raziskave, ki nam bodo dale odgovor kako izdelati visoko obrabni material, ki bo imel pri najtežjih obratovalnih pogojih stabilen in konstanten torni koeficient ter minimalno obrabo. Cilj bomo poskušali doseči z raziskavami nanokeramičnih in nanokompozitnih materialov z Al-osnovo in trdimi nanodelci na osnovi silicija (Si3N4) ter z raziskavo vpliva mikro legiranja na tribološke lastnosti nodularne litine. Hipoteza je, da bomo, s pomočjo nanotehnologije in mikro legiranja, lahko razvili materiale s tako strukturo, ki bo omogočala majhno obrabo, dobro prilagodljivost kontakta ter stabilen in konstanten koeficient trenja pri najtežjih obratovalnih pogojih. Predlog projekta zajema mehansko aktivacijo keramičnega prahu, ki povzroči deformacijo kristalne strukture posameznih keramičnih delcev in istočasno “shrani” del energije v obliki različnih defektov na nanometrski skali. Shranjena energija med procesom zgoščevanja zniža temperaturo sintranja, določene zmesi oz. kompoziti s kovalentnimi vezmi (Si-O, Si-N, Si-C) pa bi nato zadržali amorfno strukturo tudi pri višjih temperaturah. Nodularna litina vsebuje grafitne nodule, ki med tribološkim procesom površino mažejo in s tem zmanjšajo torni koeficient v kontaktu. Problem pri tem je slabša obrabna odpornost nodularne litine, neenakomerna razporejenost nodulov pa lahko privede tudi do neenakomernega kontakta in nestabilnega koeficienta trenja. Z mikrolegiranjem nodularne litine bi odpravili omenjene pomanjkljivosti in s tem izboljšali njene torne in obrabne lastnosti. Po naših predvidevanjih bi z mikrolegiranjem dosegli enako obrabno odpornost kot jo ima kemotermično obdelano legirano jeklo vendar mnogo bolj stabilen torni koeficient. Poleg tega bo mogoče mikrolegirano nodularno litino enostavno reciklirati oz. ponovno uporabiti pri proizvodnji novih produktov, saj bo vsebovala izredno majhen delež legiranih elementov.

V projektu bomo razvili nanokompozitno keramiko in optimizirali tehnologijo lokalnega legiranja termično obdelane nodularne litine. Predvidevamo, da bo skupno delo vseh partnerjev na področju raziskav, procesiranja, optimiziranja in karakterizacije privedlo do razvoja novega materialnega para za avtomobilske zavore in mehanska drsna tesnila z izboljšanimi tribološkimi lastnostmi in nekajkrat daljšo dobo trajanja. Prednost uporabe keramičnih materialov v zavorah in drugih elementih je tudi v tem, da bi se sedanja teža zavornega ali tesnilnega sklopa zmanjšala za nekajkrat. Delo na projektu bo po našem mnenju razširilo tudi znanje vseh partnerjev na področju uporabe nanomaterialov v aplikacijah v pogonski in krmilni tehniki. Na drugi strani pa bo povečalo razumevanje in razpoznavnost udeleženih partnerjev na projektu.