Ei kule – eller glidelager rundt en aksling – trenger alltid smøremidler. Når lagrene i store konstruksjoner går tørre for smurning på grunn av lekkasjer, kan kostnadene bli store.
Metallflatene blir stående og gnisse mot hverandre, og i verste fall kan det skje et totalhavari.
Vindmøller har for eksempel store vedlikeholdskostnader, der overhaling av mekaniske komponenter alene utgjør 30 prosent.
Eksempler på andre besparelser i industrien går både på energiforbruk, på personell, på utgifter til smøring og på vedlikehold og reservedeler.
Smøremiddel i bitte små kapsler
I et internprosjekt innenfor Gemini-senteret for Tribologi (slitasje, friksjon og smøring) har en gruppe forskere fra SINTEF og NTNU brukt to år på å utvikle grunnleggende kompetanse rundt belegg og termisk sprøyting.
|
|
– Ett av målene våre er å hindre kostbart utstyrs-havari når lagre i maskiner går tørre for smurning på grunn av lekkasjer, forklarer SINTEF-forsker Sergio Armada. Foto: SINTEF / Gry Karin Stimo |
Forskerne tester nå om man – i de tilfeller der to metalloverflater er i kontakt med hverandre – kan påføre overflatene et belegg som består av harde partikler og kapsler fylt med et flytende smøremiddel.
– Vi påfører belegget ved hjelp av termisk sprøyting der pulver og kapsler skytes på overflaten med en flamme, forteller Sergio Armada ved SINTEF Materialer og kjemi.
– Når metallflatene er i kontakt med hverandre, vil belegget brytes ned kontrollert, kapslene vil utløses – og smurning vil forhindre videre friksjon.
Forskerne har gjort en del tester med glidelager i industrien, der de har målt friksjon av belegg med og uten kapsler.
Når glidelageret var påført belegg uten kapsler, var friksjonskoeffisienten 0,7, mens friksjonen ble redusert til 0,15 når glidelageret hadde et belegg med kapsler.
Etterlyses av industrien
Ideen om selvreparerende metaller er ikke ny. For to år siden ble et metallisk belegg med kapsler og påføringsmetoden «electroplated layer» presentert i tidsskriftet Economist. Bak nyheten sto materialforskere fra Fraunhofer og Universitetet i Stuttgart. Ulempen med denne metoden var at siden påføringen ble gjort ved hjelp av strøm, kunne bare metallisk belegg benyttes.
Andre utfordringer har vært at kapslene i belegget har vært for store. Siden et overflatebelegg gjerne er bare 15–20 mikrometer tykt, må kapslene være en brøkdel av dette for å unngå at de oppløses for raskt.
– I vårt tilfelle må kapslene være mindre enn 10 mikrometer så de ikke skaper problemer under sprøyteprosessen og tetter igjen sprøytedyser. Vi har nå laget kapsler helt ned til 2 mikrometer, forteller SINTEF-forsker Christian Simon.
|
| SINTEFs Ruth Schmid leder utviklingsarbeidet knyttet til kapslene i den nye og lovende belegg-teknologien. Foto: SINTEF / Gry Karin Stimo |
Hans kollega Ruth Schmid produserer kapsler med ekstrem lav friksjonskoeffisient som kan vise seg å gi enda bedre tribologiske egenskaper til belegget.
Mange anvendelser
– Metoden vår åpner for mange anvendelser og for et bredt utvalg av belegg, sier forsker Sergio Armada. – Det vil være mulig å få påført belegget på store flater og komponenter, og selve beleggmaterialet kan også varieres – fra metaller til polymerer og keramer.
Armada mener at belegget i tillegg kan benyttes i medisinsk industri på implantater i hofte og kne. Også her er det snakk om bevegelse av flater mot hverandre, og det kan oppstå gnisninger ved for lite leddvæske.
Pasientene vil derfor ha hjelp av smøremidler fra et belegg med kapsler som sprøytes på implantatet før det settes inn. Nuria Espallargas og Ragnhild Aune ved NTNU jobber med nye materialer med kapsler fylt med medisiner/antibiotikum som kan utløses når trenges.
Prosjektet er nå avsluttet, men partene har skrevet et prosjektforslag og søkt EU for å kunne arbeide videre med termisk sprøyting og biokompatibelt belegg.
Se: http://www.ntnu.edu/ipm/gemini-center
Av Åse Dragland
