Tekniska framsteg genom styrda tribofilmer
- Diarienummer
- RMA08-0019
- Start- och slutdatum
- 090701-150630
- Beviljat belopp
- 20 229 009 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Friktions- och nötningsbeteendet hos mekaniska komponenter i glidande eller glidande/rullande kontakt bestäms främst av de motgående ytornas allra yttersta nanometrar. Detta tunna lager utsätts för extrema förhållanden av skjuvning, tryck och temperatur, vilka medför att de motgående ytorna ändrar sammansättning, fas, topografi mm. De bildar på så vis en “tribofilm” vars friktionsegenskaper avviker dramatiskt från de ursprungliga ytornas. Vi föreslår ett brett forskningsprogram för att öka den grundläggande förståelsen av tribofilmer och de fysikaliska, kemiska, topografiska och mekaniska villkoren för att de ska bildas. Denna förståelse ska vi använda för att kunna ta det avgörande steget från dagens passiva material och ytbeläggningar, till en ny generation av aktiva ytor, utformade för att under tribologisk kontakt bilda tribofilmer som ger mycket låg friktion och lång livslängd. Detta koncept av Styrda tribofilmer kommer att erbjuda Svensk industri nya verktyg för utvecklingen av material, skikt, komponenter, system och fordon, som ger reducerade friktionsförluster, förlängd utslitningstid och bättre möjligheter att använda gröna smörjmedel, bränslen, etc. Delprojekten är indelade i tre olika teman för tribofilmsuppbyggnad. Varje tema involverar alla de sökande grupperna och spänner från teori på atomär nivå, via högupplösande mikroskopi och ytanalys, till moderna skiktprocesser och omfattande tribologisk provning.
Populärvetenskaplig beskrivning
I alla produkter med rörliga delar är nötning och friktion viktiga parametrar. I moderna fordon, processutrustningar, motorer, generatorer, pumpar och andra maskiner är kraven på de rörliga delarnas kontaktytor extremt höga. De måste vara kapabla att överföra höga effekter, tåla enorma yttryck, ofta i höga hastigheter, allt med minimal nötning och med minimala friktionsförluster. Till detta kommer ökande krav på att spara energi, vilket gör att produkterna måste göras mindre och lättare och ge lägre friktion. I dag tillkommer dessutom ständigt nya utmaningar baserat på att åtskilliga av de material och smörjmedel som hittills varit de bästa måste fasas ut av resurs-, miljö- eller hälsoskäl. Konstruktörer och materialtillverkare ställs alltså inför mycket krävande utmaningar, vilket de senaste åren lett till en accelererande utveckling av olika typer av högpresterande keramiska ytskikt som deponeras på stålkomponenter. Dessa skikt är mycket tunna, endast några få tusendels millimeter, med de kan vara extremt hårda (i vissa fall mer än fyra gånger hårdare än de hårdaste stålen), och ge mycket låg nötningshastighet och goda lågfriktionsegenskaper. Man kan med modern mikroskopi visa att friktions- och nötningsbeteendet hos dessa komponenter främst avgörs av de motgående ytornas allra yttersta nanometrar. Rörelsen mellan ytorna tas upp i ultratunna filmer på bara några hundra atomlager. Dessa utsätts för extrema förhållanden av skjuvning, tryck och temperatur, varvid de ändrar sammansättning, fas, topografi mm. De bildar på så vis en “tribofilm” vars friktionsegenskaper avviker dramatiskt från de ursprungliga ytornas. Vi föreslår ett brett forskningsprogram för att öka den grundläggande förståelsen av dessa tribofilmer och de fysikaliska, kemiska, topografiska och mekaniska villkoren för att de ska bildas. Förståelsen ska vi använda för att kunna ta det avgörande steget från dagens material och ytbeläggningar, till en ny generation av aktiva ytor utformade med kontroll ned på atomär nivå. Dessa skikt utformas med tanke på att bilda tribofilmer som ger extremt låg friktion och lång livslängd, så snart de kommer i friktionskontakt. Detta koncept av Styrda tribofilmer kommer att erbjuda Svensk industri nya möjligheter. Det kommer att möjliggöra utveckling av ytskikt, komponenter, system och fordon som sparar energi genom att ge låg friktion, och som dessutom ger bättre slitagemotstånd och ökade möjligheter att använda gröna smörjmedel och bränslen.