Nanoteknikstödd tillverkning av högpresterande sinterstål
- Diarienummer
- GMT14-0045
- Start- och slutdatum
- 160101-211231
- Beviljat belopp
- 33 898 091 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Den planerade forskningen syftar till att matcha behoven inom framtida hållbar tillverkning av komplexa komponenter genom pressning och sintring. För att möjliggöra detta krävs sinterstål med förbättrad prestanda genom ökad täthet. Vi tänker lösa detta genom att studera hur nytt nano-pulver på järnbas kan användas som aktivator vid sintringen av järnpulvret och anpassa pulverkompakteringen till detta. Detta kompletteras med studier av sinterstålproduktens ytegenskaper och analys/modellering av tilverkningsekonomi och hållbarhetsfaktorer. Arbetet bedrivs genom ett antal kopplade arbetspaket. I WP1 adresseras tillverkningen och karakteriseringen av nytt nano-pulver. I WP2 studeras och utvecklas sintringsmetoder där nano-pulvret integreras och mekanismer kartläggs. WP3 syftar sedan till skapa grundläggande förståelse kring sinterstålets ytegenskaper för potentiella tillämpningar, medan WP4 adresserar funktion och prestanda i en glidande kontakt (kuggkomponent) med fokus på inverkan av sinterståls täthet. Slutligen kompletteras i WP5 med arbete kring kostnadsmodellering och hållbarhetsanalys för att skapa beslutsmodeller för jämförelse med andra tekniker och värdering av potentialen med teknik och metoder som utvecklas inom projektet. Forskarna i projektet samlar relevant expertis inom nanoteknik, pulverteknik, avancerad material- och ytkarakterisering, provning och tillämpad modellering. Samverkan med industri säkerställer vissa provdetaljer för studierna.
Populärvetenskaplig beskrivning
Pulverteknik är ett svenskt styrkeområde där ca 25% av all världens metallpulver tillverkas i landet. Genom att pressa metallpulvret i en form och sedan sintra den formade detaljen kan precisionsdetaljer tillverkas utan eller med mycket litet krav på maskinbearbetning. Trots sådana fördelar används inte sinterstål i avancerade tillämpningar som förväntat. En grundläggande orsak är att kraven är sådana att sinterstålet, som alltid är poröst, inte alltid räcker till i mekaniska prestanda. Bland oss forskare i det planerade projektet har vi nu funnit ett sätt att framställa nano-pulver av järn/stål på ett helt nytt och mycket effektivt sätt. Med nanopulver menas här pulver mindre än 100 nm (tiondels mikrometer). På grund av storleken har nano-pulvret mycket lägre smältpunkt än det vanliga pulver som används för sinterstål. Pulvret skulle då kunna användas som tillsats till vanligt pulver för att förstärka krympningen vid sintringen och därmed skapa möjligheter att på helt nya sätt sintra och eliminera porer. Hur detta skall göra i detalj och hur vi skall anpassa nano-pulvrets storlek och egenskaper för att styra sintringen på ett kontrollerat sätt är inte känt, men det är något vi vill lösa i detta projekt. Vi kommer att tillverka nano-pulver och karakterisera detta med avancerad mikroskopi och ytanalys; eftersom ett nano-pulver har mycket stor yta är det viktigt att förstå och kunna styra dess ytkemi och ytegenskaper. Vi kommer sedan att undersöka hur temperatur och gassammansättningar påverkar resultatet av sintring med nano-pulver som tillsats. Vi måste också förstå bättre hur egenskaperna i ytan hos färdiga sinterstålet skall designas, t ex hur påverkar eventuell restporositet och hur kan man kontrollera ytans egenskaper direkt inom sintringsprocessen. Vi tänker oss att ha transmissionsdetaljer som referensobjekt för vår forskning eftersom det är produkter där ställs mycket höga krav på egenskaperna och där det finns framtida intressenter av resultat av vår forskning inom t ex fordonsindustrin. Detta betyder att vi också behöver studera hur sinterstål inklusive de nya koncept vi tar fram fungerar i en glidande kontakt, dvs det som gäller för en kuggkomponent. Genom dessa studier kan vi klarlägga hur de nya sinterstålen vi tar fram i projektet verkligen fungerar. Slutligen måste vi också ha reda på om våra lösningar innebär kostnadsfördelar och hur hållbarhetsperspektiv kan utvärderas, vilket är centralt för att kunna motivera framtida användning.