Projekti / Programi
Zaščita lahkih zlitin na osnovi aluminija kot materialov prihodnosti za transportno industrijo
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T155 |
Tehnološke vede |
Prevleke in površinska obdelava |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Aluminijeve zlitine, transportna industrija, korozija, zaščita, sol-gel prevleke, konverzijske prevleke, mikrobiološka korozija
Raziskovalci (16)
Organizacije (2)
Povzetek
V zadnjih desetih letih so je v evropskih avtomobilih več kot podvojila povprečna raba aluminija in njegovih zlitin, trend pa se še povečuje. Teža vozila direktno vpliva na porabo goriva, zato je zmanjšanje teže ena izmed prioritetih nalog avtomobilske industrije. Evropska unija je določila ambiciozne podnebne cilje za leto 2020 in tudi ukrepe, ki so namenjeni zmanjšanju emisij toplogrednih plinov. Cestni promet prispeva približno petino vseh emisij ogljikovega dioksida v EU. Tehnološke inovacije, ki z novimi materiali omogočajo varčnejšo porabo goriva, lahko olajšajo prehod na učinkovitejši in bolj trajnosten evropski prometni sistem. To lahko dosežemo tudi skozi zmanjšanje teže avtomobilov s preferenčno rabo lahkih materialov in posledično manjšo porabo goriva. Lahki materiali, med njimi kot najbolj pomembne aluminijeve zlitine, se odlikujejo z nizko gostoto, visokim razmerjem trdnost-teža, relativno visoko natezno trdnostjo, visoko prevodnostjo in so enostavni za obdelovanje. Uporabljajo se v različnih inženirskih aplikacijah, zlasti pa v transportni industriji, t.j. letalski, avtomobilski, železniški in pomorski. S povečanjem globalne mobilnosti bo naraščala tudi potreba po zaščiti lahkih zlitin, še posebej zaradi omejitve uporabe toksičnih kromatnih prevlek, ki so se desetletja uporabljale kot najbolj učinkovita zaščita aluminijevih zlitin. Zaščita je potrebna v širokem spektru pogojev: od nizkih do povišanih temperatur, visoki vsebnosti klorida in žvepla in ob prisotnosti bakterij. V predlaganem projektu bomo razvili primerne zaščite, ki bodo odporne pri večini, če ne pri vseh, navedenih pogojih.
Korozijska zaščita aluminijevih zlitin je usmerjena na zaščito kovinskih vključkov, saj le-ti predstavljajo mesta na katerih se korozija prične. Najbolje relevantne za transportno industrijo so aluminjeve zlitine iz serij 2xxx, 5xxx, 6xxx in 7xxx, ki vsebujejo vključke na osnovi Cu, Mg, Si in Zn. Odprli bomo dve raziskovalne poti: zaščito s sol-gel prevlekami in zaščito s konverzijskimi prevlekami. V obeh postopkih bomo uporabili nestrupene kemikalije in torej delovali “zeleno”. Sinteza prevlek bo ključno raziskovalno področje projekta. Učinkovitost korozijske zaščite bomo preiskovali z elektrokemijskimi meritvami v raztopinah, ki simulirajo realno okolje. Ugotovitve elektrokemijskih študij na vzorcih bomo dodatno nadgradili z različnimi metodami karakterizacije. Prevleke, ki bodo dosegle dobro učinkovitost, bomo nadalje testirali glede na korozijo zaradi bakterij. V transportni industriji so najbolj pogoste bakterije, ki reducirajo sulfate, oksidirajo žveplo in železo, itd., in tudi bakterije, ki izločajo organske kisline in mulj. Nenazadnje bomo na izbranih prevlekah izvedli tudi standardno laboratorijsko testiranje pri pogojih relevantih za realne aplikacije kot tudi testiranje na terenu. Slednje bomo izvedli v sodelovanju s slovenskim podjetjem Pipistrel, svetovno priznanim proizvajalcem lahkih letal. Obe vrsti testiranje bosta pomembno nadgradili rezultate elektrokemijskih raziskav novih prevlek in dodale izvedbi projekta dodatno dimenzijo, ki je relevantna za njihove nadaljnje aplikacije. Kljub temu, da gre za temeljni raziskovalni projekt, je zaradi teh aktivnosti projekt lahko visoko postavljen na lestvici tehnološke pripravljenosti, saj bo demonstriral delovanje v relevantnem okolju.
Projekt predstavlja celostno obravnavo zastavljenega cilja – razvoja protikorozijskih zaščit, ki bi bile obstojne v zahtevnih delovnih pogojih, katerim so izpostavljene aluminijeve zlitine v transportni industriji. Projekt združuje partnerje, ki z visoko strokovno in znanstveno usposobljenostjo zagotavljajo uspešno izvedbo projekta. Instrumentalno ozadje projekta obsega številne metode, ki segajo v sintezo materialov, fizikalno-kemijsko karakterizacijo in mikrobiološke tehnike. Zato lahko pričakujemo, da bo projekt pomembno prispeval k poglobljenem reševanju pereče problematike, ki je povezana z aplikacijo lahkih materialov v industrij
Pomen za razvoj znanosti
Predlagane raziskave so pripomogle k pridobivanju novih, kvalitetnih znanstvenih spoznanj in razširile metodološki instrumentarij, ki ga ne bi bilo možno razviti znotraj posameznih področij, t.j. kemije, znanosti o materialih in mikrobiologije. Vsako izmed področij je torej skozi predlagani projekt poglobilo zakladnico svojega temeljnega in aplikativnega raziskovanja. Predlagani interdisciplinarni pristop je omogočil boljšo obravnavo zahtevne problematike protikorozijske zaščite lahkih zlitin za uporabo v transportni industriji in prav zaradi tega zagotovil izpolnitev zastavljenih ciljev. V študiji smo pridobili bogato znanje s področja zaščite materialov pred korozijo in uporabe različnih inovativnih načinov zaščite – od različnih sol-gel do konverzijskih prevlek. Dobra organizacija in izvedljivost projekta sta zagotovila njegovo uspešno izvajanje. Sodelavci na IJS imamo bogate izkušnje v organski sintezi in elektrokemijskih meritvah. V sodelovanju z Nanotesla Institutom smo pridobili dodatne možnosti dela na področju fizikalno-kemijske karakterizacije in specifična znanja s področja sol-gel tehnologij, med ko je sodelovanje z UP FVZ prispevalo k izvedbi eksperimentov korozije zaradi bakterij. Zastavljenemu cilju, t. j. razvoju protikorozijskih zaščit, ki bi bile obstojne v zahtevnih delovnih pogojih, smo pristopili celostno – od razvoja prevlek in njihove karakterizacije do testiranja na laboratorijskem in terenskem nivoju. Zato so rezultati študije relevantni za objavo v vrhunskih znanstvenih revijah in so tudi dobra osnova za prihodnje sodelovanje s gospodarstvom
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati projekta so pomembno prispevali k obravnavi problematike korozijske zaščite lahkih zlitin za uporabo v transportni industriji. Potencialni finančni prihranki v gospodarstvu so zelo veliki, saj je korozija pereč problem v vrsti različnih aplikacij. Prevleke, ki smo jih razvili v okviru projekta, smo v sodelovanju s podjetjem Talum, Tovarna aluminija d.d. Kidričevo testirali na terenu. Testiranje na terenu poda projektu dodatno raven na lestvici tehnološke pripravljenosti in ga povzdigne na raven 6, t. j. simulacija pri relevantnih pogojih delovanja. Podjetje Talum, ki proizvaja različne gnetne in livarske aluminijeve zlitine, njihov proizvodni program obsega vrsto izdelkov za uporabo v transportni industriji, gradbeništvu in živilski industriji, je izrazilo interes za razvoj novih metod protikorozijske zaščite aluminijevih zlitin. Na osnovi sodelovanja, ki se je pričelo v tem temeljnem projektu, smo pridobili skupen projekt na evropskem nivoju. Z znanstvenimi rezultati, ki smo jih objavili v okviru projekta, smo se postavili v sam vrh pomembnih znanstvenih dogajanj in tokov na področju protikorozijske zaščite lahkih zlitin, kar dokazujejo tudi naše objave v vrhunskih znanstvenih revijah in nastopi na znanstvenih konferencah. S tem utrjujemo tudi mesto naše države na svetovnem znanstvenem zemljevidu. Tovrstno delo vključuje tudi tesno sodelovanje s tujimi partnerji in dostop do njihovih znanj, kar se kaže v sodelovanju na skupnih projektih in objavljanju skupnih publikacij. Pomembno je tudi, da naše delo vključuje tudi vzgojo in zaposlitev mladih kadrov. Nenazadnje so rezultati predlaganega projekta pomembni za zaščito okolja in prihranke na energiji, kar je eden izmed prioritetnih nalog v Evropski uniji v naslednjem desetletju. EU je določila nekatere najbolj ambiciozne podnebne in energetske cilje za leto 2020 in je kot prva regija na svetu sprejela zavezujočo zakonodajo za dosego teh ciljev. Ukrepi so namenjeni zmanjšanju emisij toplogrednih plinov do leta 2020 za 20 % v primerjavi z ravnjo iz leta 1990. Da pa bo EU lahko za toliko zmanjšala svoje emisije, bo morala postati gospodarstvo z nizkimi emisijami ogljika. Cestni promet prispeva približno petino vseh emisij ogljikovega dioksida v EU. Sektor prometa je edini večji sektor, kjer emisije toplogrednih plinov še naprej naraščajo. Tehnološke inovacije, ki z novimi motorji, materiali in načrtovanjem omogočajo varčnejšo porabo goriva, lahko olajšajo prehod na učinkovitejši in bolj trajnosten evropski prometni sistem. To lahko dosežemo tudi skozi zmanjšanje teže avtomobilov skozi uporabo lahkih zlitin in posledično manjšo porabo goriva. Viri: - http://europa.eu/pol/pdf/flipbook/sl/climate_action_sl.pdf - http://ec.europa.eu/dgs/clima/mission/index_en.htm - http://www.eea.europa.eu/themes/climate
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
zaključno poročilo
