Projekti / Programi
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| 2.11.00 |
Tehnika |
Konstruiranje |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
Trenje, obraba, mazanje, maziva, bio-maziva, kontaktni problemi, sodobni materiali, trde prevleke, kompoziti, bio-keramika, tehnična diagnostika, inženiring površin, površinski filmi, tribokemija, nanotribologija, nanotehnologija, konstruiranje, razvoj izdelkov, vzdrževanje, ekologija.
Raziskovalci (8)
Organizacije (1)
Povzetek
Tribologija je interdisciplinarna veda, ki se ukvarja s trenjem, obrabo in mazanjem elementov, ki so v medsebojnem tribološkem kontaktu in se relativno gibljejo. Kontaktne površine elementov v tribološkem kontaktu imajo lahko različno obliko, topografijo in materialne lastnosti. Vmesni prostor med kontaktnima površinama pa zapolnjujejo mazivo, zrak ali kakšna druga snov. Zato, poleg kontaktnih površin, tudi vmesna snov s svojimi fizikalno - kemičnimi lastnostmi predstavlja nosilni konstrukcijski element tribološkega sistema. Študij problemov v tribološkem sistemu tako zahteva znanje s področja fizike, mehanike, materialov, kemije in konstruiranja.
Progresivna obraba kontaktnih površin vodi do zmanjšanja trajnosti in obratovalne zanesljivosti naprav. Ob tem se povečajo materialne izgube, večji so stroški vzdrževanja ter poraba energije. V skrajnem primeru lahko pride do nenadnega ali trajnega loma elementa naprave, kar privede do zastojev v proizvodnji in s tem do velikih stroškov. V večini strojev in naprav so prisotna tudi maziva na osnovi nafte, ki imajo omejeno dobo trajanja in ekološko obremenjujejo okolje. Neprimerna uporaba in skladiščenje maziv ter nenadna izguba maziva zaradi poškodbe elementov naprav pa posredno ali neposredno ogroža življenje ljudi, živali in rastlin.
Uspešno zmanjševanje trenja in obrabe ter preprečevanje ekoloških posledic na okolje tako temelji na raziskovalnem delu na vseh segmentih tribološkega sistema. Na področju materialov bodo v skladu s trendi v svetu raziskave usmerjene na nove sodobne materiale. Tako v svetu napreduje razvoj kompozitnih materialov odpornih na visoke temperature, obrabno obstojne inženirske keramike ter biološko kompatibilne bio-keramike, postopkov oplemenitenja površine in nanosa trdih zaščitnih prevlek, predvsem nano-kompozitnih in nano-plastnih prevlek, ter inertnih, biološko kompatibilnih prevlek trdega ogljika. Mazanje kontaktnih površin naj bi bilo v bodoče izvedeno ekološko, s čim manjšim vplivom na okolje, hkrati pa učinkovito in prilagojeno novorazvijajočim se materialom (keramika, prevleke na osnovi trdega ogljika,...). To pomeni uporabo vode v primeru keramike ter razvoj novih biološko-razgradljivih maziv in estrov, prilagojenih sodobnim nekovinskim materialom in površinam.
Za razumevanje obrabnih in mazalnih mehanizmov pri uporabi novih sodobnih materialov je potrebno raziskave mehanskih in triboloških lastnosti materialov razširiti z makro in mikro nivoja na nivo površinskih plasti reda nanometra, torej v področje nanotribologije. Izboljšanje lastnosti same površine pa temelji na uporabi površinsko aktivnih snovi, prevlek in filmov, kar naj bi omogočilo funkcionalno obnašanje novih materialov v realnih aplikacijah. Ti izsledki, v skladu z najnovejšimi svetovnimi trendi, nakazujejo razvoj t.i. "inteligentnih" površin, ki naj bi se bile sposobne prilagajati različnim delovnim pogojem in okolju.
Pomen za razvoj znanosti
Želja po zmanjšanju porabe materialnih virov in energije je pripeljala tudi do novega raziskovalnega področja, ki so ga poimenovali; Nanotehnologija. Pri razvoj tega področja je trenje na atomskem nivoju izrednega pomena. Vendar za samo aplikacijo rezultatov je še bolj pomembno dogajanje na nano-mikro nivoju v tribološkem kontaktu. Temu področju pravimo Nano-tribologija. V našem programu planiramo delo na področju nanostrukturnih materialov, nano mazalnih filmov in trenju na nano nivoju brez prisotnosti maziva. Ta področja so, po navedbah večine ekspertov, ključna za razvoj veliko naprav in sistemov in so tudi še povsem nedorečena. Zato pričakujemo, da bomo na tem področju lahko, z našim delom, veliko prispevali k razvoju znanja in znanosti. Drugo tako področje je predlagano delo na oplaščenih površinah za strojne elemente, ki imajo zahtevno obliko površine. Tu sta dva problema. Prvi je kako izdelati prevleko, ki bo prenašala velike obremenitve in pri teh pogojih delovala zanesljivo in samo regulativno (inteligentne prevleke). Drugi problem pa je, da so take prevleke v osnovi inertne. Delovanje strojnih elementov pa zahteva, da so tribološki kontakti mazani. Naloga, ki smo si jo zadali je razvoj zanesljivih prevlek z veliko nosilnostjo in zanesljivostjo ter priprava takih mazalnih snovi, ki bodo ekološko sprejemljiva in obenem omogočala nastanek nano-mikro mazalnega filma v kontaktu. Tu smo v svetu, lahko rečemo med vodilnimi centri, in tako želimo tudi ostati. Dokaz za to je planirana konferenca v Španiji naslednje leto, ker smo mi nosilci in organizatorji strokovnega programa konference. Tretje področje teksturiranje površin z namenom zmanjšanja porabe mazivnih snovi. V to področje se vključujemo kot eni od nosilnih raziskovalnih inštitucij poleg Izraelcev. Naš namen je izdelava modela pretoka fluida - hidrodinamičnega mazanja na testuriranih površinah in optimiranje le-teh z namenom povečanja zanesljivosti delovanja sistemov v vseh pogojih delovanja pri zmanjšani količini maziva v kontaktu. Na tem področju pričakujemo dobre znanstvene in aplikativne rezultate še posebej zato, ker bomo v delo vključili še druge raziskovalne skupine s Fakultete za strojništvo. Četrto področje je diagnostika oziroma spremljanje dogajanja v tribološkem kontaktu med delovanjem pogonskih in delovnih sistemov. Za razvoj tega področja imamo sedaj zagotovljene teoretične in eksperimentalne pogoje. Pričakujemo, da bomo lahko v naslednjem programskem obdobju, dosegli na znanstvenem in predvsem na aplikativnem področju tiste rezultate, ki jih od nas pričakuje industrija. V okviru tega dela bomo razvili tudi model za vzdrževanje po stanju, ki naj bi ga nato uveljavljali v slovenskem prostoru. Po našem mnenju so našteta področja zanimiva za razvoj znanosti in predvsem za aplikacijo tega znanja v neposredni praksi.
Pomen za razvoj Slovenije
Slovenija je država, ki je zelo odvisna od uvoza energije in surovin za proizvodno materialov. Zato je nujno, da skrbi za to, da porabi kar se da malo energije in osnovnih surovin na enoto proizvoda. Po mnenju nekaterih analitikov je neposredni strošek trenja in obrabe industrijsko razvitih državah tudi do 10% BDP. Ocenjuje se tudi, da je moč doseči prihranek do 1% BDP zgolj z zmanjšanjem trenja z uporabo ustreznih maziv. Manj znano je dejstvo, da lahko tudi porabo goriva znatno zmanjšamo s spremembo maziva. Tako je možno pri modernem avtomobilu porabo goriva zmanjšati tudi do 5% zgolj z zamenjavo večgradacijskega olja z oljem z nižjo viskoznostjo in aditivom za zniževanje trenja. Slovenija ima približno 1 milijon potniških avtomobilov, od katerih vsak v povprečju naredi do 20000 km na leto. Raziskava Evropske unije je pokazala, da bi lahko povprečno emisijo CO2 osebnih avtomobilov do konca leta 2008 zmanjšali z današnjih 200 g/km na manj kot 140 g/km. To pomeni, da bi bila lahko v Sloveniji emisija CO2 samo s tem ukrepom približno 1 milijon ton na leto manjša. Emisijo CO2 bi lahko zmanjšali z uporabo biorazgradljivih goriv in maziv. Republika Slovenija spada med razvite države. Z doseganje navedenih prihrankov ima vse potrebne lastne resurse in znanje. Na drugi strani izvedenci tudi ocenjujejo, da 70 do 80% hidravličnih tekočin zapusti sistem skozi razpoke, z izlitjem, poškodbo cevi ali spojev. To lahko povzroči ekološko onasneževanje okolja in pitne vode. Zato je uporaba bio maziva in goriva v avtomobilih, nekaterih delovnih strojih in še posebej v hidravliki za Slovenijo nujna. Slovenija ima resurse za proizvodnjo biogoriv in maziv za zadovoljitev lastnih potreb. V praksi se znanje tribologije uporablja za izboljšanje lastnosti gibajočih se elementov, z namenom znižanja tornih izgub in obrabe ter s tem podaljšanje trajnosti in zanesljivosti delovnih in pogonskih sistemov. Znano je, da so v Nemčiji izgube energije in poškodbe kontaktnih površin, povezanih z obrabo in trenjem, ocenjene na okoli 35 Milijarda €. Raziskave kažejo, da bi povečanje znanja o trenju in obrabi v razvitih državah, kar Slovenija je, prispevalo k prihranku do 1% BDP. Trenje in obrabo lahko zmanjšamo tudi z uporabo nanostrukturnih materialov, oploščenimi površinami, mikro-nano mazalnimi filmi in teksturiranimi površinami. Vse naštete možnosti so za Slovenijo lahko nov iziv tako z znanstvenega kot tudi proizvodnega stališča. Te raziskave so predmet programa Programske skupine TRIBOLOGIJA.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
