Projekti / Programi
Mehanizmi in formiranje triboloških nano plasti pri mejnem mazanju DLC prevlek
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
| T110 |
Tehnološke vede |
Instrumentacijska tehnologija |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| T152 |
Tehnološke vede |
Kompozitni materiali |
| T155 |
Tehnološke vede |
Prevleke in površinska obdelava |
nanotribologija, nanotehnologija, nanomateriali, mejno mazanje, DLC prevleke, aditivi, nanožičke, olja,
Raziskovalci (9)
Organizacije (1)
Povzetek
Prevleke na osnovi diamantu-podobnega ogljika (Diamond-Like Carbon, t.j. DLC) so v zadnjih 10. letih dosegle izjemen napredek, tako da se jih lahko uporablja v visoko obremenjenih aplikacijah, ki so običajno mazane z mazivi. Velja soglasje, da so DLC prevleke najbolj perspektivna vrsta prevlek za zaščito površin v aplikacijah v strojništvu in izjemna trenutna rast aplikacij, v katerih se uporabljajo, to nesporno potrjuje. Predvsem jih odlikujejo nizko trenje, včasih imenovano celo “super-nizko”, dobre protiobrabne lastnosti, zaščita pred adhezijo in “zlepljanjem/zavarjanjem” površin, korozijska zaščita… Problem pa se pojavlja pri njihovi reaktivnosti, saj je zaradi “inertnosti” njihova sposobnost reagiranja z obstoječimi mazivi in aditivi v pogojih mejnega mazanja omejena in/ali celo vprašljiva. Trenutno v svetu še ni predstavljen noben mehanizem mejnega mazanja DLC prevlek, saj so potencialne interakcije še povsem neznane. Zaradi zelo zgodnjega obdobja raziskav mejnega mazanja DLC prevlek (približno 5 let), obstojijo trenutno le rezultati o empiričnem delovanju, a še ti so zaradi številnih različnih uporabljanih vrst DLC prevlek, maziv, aditivov in pogojev težko primerljivi in včasih protislovni. Tudi sami smo doslej aktivno sodelovali v teh raziskavah in smo ena izmed svetovnih vodilnih skupin na tem področju. Za kvalitativni preskok, ki bo omogočal optimiranje in prilagajanje teh triboloških sistemov za čimboljše delovanje pa je nujno potrebno poznavanje mehanizmov: zakaj in pod kakšnimi pogoji, s kakšnimi lastnostmi prevlek in aktivnih funkcionalnih skupin maziv so interakcije, nastanek zaščitnih nano filmov in s tem “pravo mejno mazanje” sploh možni. V predlaganem projektu želimo tako nadaljevati dosedanje delo in izsledke, pri čemer bomo pozornost posvetili tem procesom na kvalitetno višjem, temeljnem nano-nivoju, z uporabo zelo čistih in natančno karakteriziranih prevlek in maziv ali njihovih komponent, tako da bo možno določiti funkcijske povezave med temeljnimi fizikalno-kemijskimi in strukturnimi lastnostmi prevlek in maziv s formiranjem mazalnih nano tribo-kemijskih filmov ter učinkovitostjo mejnega mazanja, in njegovimi mehanizmi.
Pomen za razvoj znanosti
Želja po zmanjšanju porabe materialnih virov in energije ter popolnem obvladovanju procesov in fenomenov, ki pa se odvijajo na zelo temeljnih nivojih, je pripeljala tudi do novega raziskovalnega področja, ki so ga poimenovali nanotehnologija. Pri razvoju tega področja je trenje na atomskem nivoju izrednega pomena, s čimer pa se ukvarja nano-tribologija. V projektu smo se ukvarjali z delom tega področja, in sicer s področjem nanostrukturnih materialov, nano mazalnih filmov in posredno trenju na nano nivoju brez prisotnosti maziva. Ta področja so trenutno med prioritetnimi v svetu in ključna za razvoj veliko naprav in sistemov in so v veliki meri še v zgodnji fazi razvoja.
Drugo področje s katerim smo se ukvarjali v tem projektu je 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 regulacijsko (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 med vodilnimi skupinami. Dokaz za to je konferenca "Advances in boundary lubrication and surface boundary films", katere predsednik je bil vodja tega projekta M. Kalin, ki je potekala v Sevilji v Španiji (28.3.-2.4. 2009) pod okriljem Engineering Conferences International (ECI). Konferenca je visoko specializirana na tem področju, udeležili so se je praktično vsi vodilni znanstveniki s celega sveta.
Pomen za razvoj Slovenije
Slovenija je država, ki je zelo odvisna od uvoza energije in surovin za proizvodnjo 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 5 % BDP. Ocenjuje se tudi, da je moč doseči prihranek do 1% BDP zgolj z zmanjšanjem trenja z uporabo ustreznih maziv in primernih principov zniževanja trenja in obrabe. 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 €. Jasno je torej, da je pomen in vpliv področja ter omenjenih raziskav izjemen.
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. 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 glede na naše podatke bila lahko v Sloveniji emisija CO2 samo s tem ukrepom približno več sto tisoč ton na leto manjša. Torej v projektu delujemo tudi v smeri zmanjšanja okoljskih emisij, ki postajajo vse pomembnejše tudi v Sloveniji.
Danes se zavedamo, da je potrebno razvoj doseči na trajnosten in okolju prijazen način, kar zahteva uporabo novih materialov in maziv. Trenje in obrabo lahko zmanjšamo tudi z uporabo nanostrukturnih materialov, oplaščenimi površinami ter nano mazalnimi filmi. Pri tem pa je nujno potrebno znanje o interakcijah med površinami naprednih materialov in maziv na nano skali, saj ima le-to ključno vlogo pri obvladovanju trenja in obrabe materialov. V okviru projekta smo se osredotočili predvsem uporabo baznih olj brez aditivov, saj se svetovni trendi nagibajo k uporabi vedno manjše količine maziv, ki pa morajo biti tudi ekološko neoporečna. S takšnim pristopom smo se osredotočili na mehanizme fizikalne adsorpcije maziva na površino, ki so bili doslej na DLC prevlekah še povsem nepoznani. Dokazali smo, da se pri uporabi baznega polialfaolefinskega olja ali čistih alkanov tvori mejna mazalna plast, katere lastnosti vplivajo na tribološki odziv v odvisnosti od viskoznosti in dolžine molekularne verige. Vse naštete ugotovitve predstavljajo za Slovenijo nov izziv tako z znanstvenega kot tudi proizvodnega stališča, saj odpirajo povsem nova, v svetu še neraziskana oziroma slabo poznana področja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
