Projekti / Programi
01. januar 2015
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.11.00 |
Tehnika |
Konstruiranje |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Tribologija, trenje, obraba, mazanje, nanotribologija, nanotehnologija, površinski inženiring, prevleka, DLC, polimer, nanodelec, kontakt, površina, mejnih film, omočljivost, mazivo,olje, aditiv, »zeleno« mazanje, hidravlika, tehnična diagnostika, prognostika, konstruiranje
Raziskovalci (32)
Organizacije (1)
Povzetek
Preteklo obdobje je bilo za Programsko skupino Tribologija izjemno uspešno, z opaznim naborom znanstvenih, družbenih in strokovnih dosežkov, številnih pridobljenih projektov, več prestižnih nagrad, utrjenim ugledom prek številnih vabljenih predavanj po svetu in vzpostavljenim novim in edinstvenim skupnim evropskim magistrskim študijskim programom tribologije površin in kontaktov. Večina članov v skupini se je zamenjala, skupina pomembno povečala, vodenje pa je v letu 2011 prevzel prof. Kalin, ki je eden izmed najbolj priznanih tribologov mlajše generacije širom po svetu, nagrajen s prestižnimi državnimi in mednarodnimi nagradami ter urednik SCI revije Lubrication Science (Wiley). Skupina nadaljuje z raziskavami na istih področjih, a z nekaterimi novimi raziskovalnimi usmeritvami k bolj poglobljenemu razumevanju površinskih in kontaktnih pojavov ter tako povečuje zmožnost prilagajanja triboloških kontaktov za zahtevane pogoje v industrijskih aplikacijah. Skupina mladih in interdisciplinarnih podoktorskih raziskovalcev, več doktorskih študentov in dveh profesorjev se z zanosom in pospešeno posveča raziskovalni dejavnosti. Povezovanje razumevanja na nanoskali s ciljem reševanja industrijskih težav je postalo poglavitni cilj trenutne Programske skupine.
Skupina je odločena raziskati in razviti energetsko-učinkovito, trajno in hkrati "zeleno" delovanje mehanskih sistemov, ki se srečujejo z vse bolj zahtevnimi delovnimi pogoji. Deluje na štirih tesno povezanih področij, ki segajo od atomskih in molekularnih znanosti do makro nivoja strojništva na ravni strojnih komponent ter spremljanja in diagnosticiranja delovanja industrijskih sistemov. Na ta način izkorišča vrhunsko znanost na nanometrskem nivoju za snovanje realnih strojnih elementov, njihovo dolgoročno zanesljivost, stanje in življenjsko dobo. Ta štiri ključna področja, ki jih združuje teorija in metodologija tribologije, so: 1) Nanotribologija , 2) Mehanika površin in kontakta, 3) Konstruiranje pogonsko-krmilnih hidravličnih komponent in 4) Tehnična diagnostika.
Na omenjenih področjih bomo nadaljevali z raziskavami, kjer smo med vodilnimi skupinami in celo na svetovni ravni določamo nekatere nove raziskovalne usmeritve, kot so snovanje med tekočino in trdnino ter zeleno in mejno mazanje DLC prevlek. Nameravamo še povečati raziskovalno aktivnost na področju nanotehnologije in površinskih znanosti. Poleg tega bomo nadaljevali/začeli nekatere nove raziskovalne tematike, kot so razvoj modelov za deformacije vršičkov in realne kontaktne površine, napredno tribologijo polimernih in električnih kontaktov, nadgradnja razumevanja površinskih pojavov pri izjemnih temperaturah ter vodno mazanje na področju hidravlike, kot tudi združitev napredne senzorike v diagnostiki in prognostiki mehanskih sistemov z novimi načeli entropije. Nenazadnje pa bo sodelovanje z industrijo, strokovne prostovoljne dejavnosti ter mednarodno-usmerjeno izobraževanje, kar vse prinaša pomembne družbene učinke, še naprej naša prioriteta.
Pomen za razvoj znanosti
Predstavljen načrt Programske skupine je zasnovan tako, da stremi k raziskovanju in reševanju številnih sodobnih in pomembnih znanstvenih problemov ter zadovolji določene ključne industrijske potrebe na našem področju. Poleg tega je načrt v skladu z najstrožjimi sodobnimi okoljskimi predpisi. Da bi dosegli zastavljene cilje, je v načrtu uporaba številnih inovativnih metod, ki so izjemno pomembne za razvoj znanosti in tehnologije zaradi novih rezultatov in novih razpoložljivih eksperimentalnih metod, ki so dandanes nujno potrebne. Veliko v načrtu predlaganih rešitev je popolnoma novih in predstavljajo preboj na številnih znanstvenih področjih.
Na področju nanotribologije (in tribologije na splošno) bo naš glavni cilj povečati učinkovitost drsnih sistemov z raziskavami in razvojem zelenih, okolju prijaznih tehnologij mazanja, ki predstavljajo eno izmed glavnih smernic sodobne tehnologije.
Prvič bo poseben tribotester nameščen v objekt za nevtronsko reflektometrijo, kar bo omogočilo sub- nanometrsko ločljivost pri raziskavah adsorpcije ob sočasni pristnosti tribološkega kontakta. Na ta način bomo lahko razkrili fizikalne lastnosti (npr. gostota, debelina) mejnih filmov v dejanskem tribološkem kontaktu v odvisnosti od ključnih inženirskih parametrov mazanja, kot sta temperatura in koncentracija aditivov. Takšna raziskava DLC prevlek ter popolnoma organskih in neškodljivih aditivov bo prva nesporna potrditev obstoja nove inovativne zelene tehnologije mazanja ter prva neposredna primerjava z najboljšimi obstoječimi aditivi. Z uporabo uveljavljenih in nadgrajenih površinsko-analitičnih metod bodo razkriti celoviti mehanizmi mazanja z izbranimi zelenimi organskimi aditivi in različnimi DLC prevlekami. To bo prva takšna študija na svetu in bo v primeru uspešnih rezultatov predstavljala korenito spremembo na področju tehnologij mazanja. Prav tako se bodo razširile možnosti uporabe nevtronske reflektometrije na nova področja, t.j. na inženiring površin in na tribologijo.
S preučevanjem interakcij med površino in tekočino smo razložili precej nasprotij iz preteklosti in prvič razkrili neizpodbitno povezavo med površinsko energijo, omočljivostjo, zdrsom in trenjem. Z nadgradnjo obstoječe eksperimentalne opreme in razširitvijo trenutnih raziskav na tem področju nameravamo izboljšati naše obstoječe korelacijske modele in razviti univerzalen tekočinsko-trdninski in adsorpcijski interakcijski model, ki bo opisoval celoten razpon kontaktnih pogojev (tlak, hitrost, temperatura, materialne lastnosti …) in omogočal določitev optimalne kombinacije površine in maziva za dane kontaktne pogoje določene aplikacije. To bo prvi tak model in predstavlja preboj na področju znanosti površin in tribologije.
Naša prizadevanja za nadaljnje izboljšave najbolj uspešnih nanodelcev kot mazalnega sredstva, bodisi v olju ali kot del nano-kompozitnih polimernih matric, so del ciljev za dosego učinkovitih zelenih tehnologij mazanja. Raziskave na tem področju predstavljajo pomembno povezavo med nanotehnologijo/nanotribologijo in makroskopskimi znanostmi v strojništvu.
Na področju mehanike kontakta in površin bo na novo razvita naprava za testiranje polimernih zobnikov presdstavljala prvo takšno napravo, saj bo omogočala sprotne “in-situ” meritve obratovalne trdnosti, deformacij, obrabe in učinkovitosti polimernih zobnikov. Poleg tega bo posebna naprava za analizo topografskih in materialnih učinkov na realno kontaktno površino polimerov (in kasneje kovin) velika inovacija, ki bo omogočala vpogled v realne kontaktne pogoje na nano- in mikro-skali.
Trenutni razvoj naprave za testiranje triboloških in električnih lastnosti grafitnih kontaktov pod hkratnim vplivom drsenja in električnega toka – v kombinaciji z natančnimi in obširnimi makroskopskimi in nanoskopskimi analizami površin – bo zagotovil ključne informacije o kontaktnih pojavih (struktura oksidnih slojev, vpliv vlage, upornosti, iskrenja ...) v drsnih električnih kontaktih. Ta raziskava, ki poteka
Pomen za razvoj Slovenije
Načrt Programske skupine Tribologija je, z vidika varčevanja energije in surovin, uvajanja čistih in obnovljivih energij, zmanjševanja odpadnih snovi in nastanka toplogrednih emisij ter odpadnih materialov, v skladu z državnimi in mednarodnimi strategijami, zakonodajami in mednarodnimi protokoli. S svojimi aktivnostmi ciljamo na zmanjševanje porabe energije zaradi izgub, ki so posledica trenja, zmanjšanje obrabe, povečevanje zanesljivosti in posledično povečevanje učinkovitosti industrijskih sredstev. Vsebina načrta je tako sama po sebi zelo pomembna za gospodarstvo in družbo.
30% vse porabe goriv v osebnih vozilih je namenjeno premagovanju trenja. Ta delež je v svetovnem merilu leta 2009 predstavljal 208.000.000.000 litrov, tj. 250.000.000.000 € [Tribol.Int.47(2012)]. Če bi pri tem upoštevali še preostala transportna sredstva in druge industrijske panoge hitro ugotovimo, kako velik vpliv ima trenje na gospodarstvo, četudi bi tega zmanjšali za nekaj procentov.
Poročano je bilo, da je bil leta 2010 samo VB trg za procese površinskega inženiringa vreden 21.300.000.000 €. Pri tem je bilo 12.400.000.000 € neposredno povezanih z zaščito proti obrabi [A. Matthews, The UK Surface Engineering Industry to 2010, NASURF]. Inženiring površin in kontaktov tako predstavlja ogromen gospodarski vpliv in potrebo po stalnih izboljšavah in razvoju.
V strateškem dokumentu “Slovenian Industrial Policy (2013)” je poudarjeno, da so površinske tehnologije eno ključnih prioritetnih področij, kar kaže na pomembnost glavnega raziskovalnega področja Programske skupine.
Načrt Programske skupine je v skladu s Kyotskim protokolom in EC zakonodajo o emisijah in zadeva vse industrijske panoge. Jasno je, da ima onesnaževanje s toplogrednimi plini in nevarnimi snovmi velik vpliv na globalno segrevanje, klimatske spremembe, zdravje in posledično na celotno družbo. Omenjeni dejavniki tako predstavljajo enega najpomembnejših področij, ki ga je potrebno spremeniti v globalnem merilu.
Zmanjšanje trenja močno izboljša učinkovitost porabe goriva in prispeva k ohranjanju naftnih rezerv. Posledično to vodi v zmanjšanje CO2 emisij. Tako zmanjševanje trenja, kot tudi uvedba čistejših in okolju prijaznih tehnologij so ključnega pomena za dosego želenih ciljev in lahko močno vplivajo na gospodarstvo in družbo.
Z raziskavami in razvojem naprednih proti-obrabnih površin z nizkim trenjem, bo uporaba klasičnih materialov kot sta jeklo in lito železo, katerih razpoložljivost v naravi je omejena, zmanjšana. S tem se bo posledično doseglo ohranjanje naravnih surovin. Obenem bo to vodilo tudi v ogromen napredek na področju tehnologij zelenega mazanja.
Raziskave in razvoj novih triboloških sistemov (na različnih nivojih) za dosego učinkovitega mazanja bo omogočal znatno zmanjšanje trenja in obrabe. Posledično se zmanjšajo izgube energije in onesnaženost, ohranjajo surovine, povečujejo zanesljivost, vzdržljivost in zmanjšajo potrebe po vzdrževanju.
Preprečevanje poslabšanja delovanja mehanskih komponent ima zaradi opuščanja trenutnih učinkovitih a škodljivih aditivov, kar je posledica omejevalne zakonodaje o emisijah, ogromen vpliv na družbo in gospodarstvo. Težko si predstavljamo, da bi bili trenutni dosežki na področju zmanjševanja števila komponent, obratovanju strojev, porabi goriva itd. mogoči, brez ustrezne zamenjave teh aditivov.
Programska skupina tesno sodeluje s številnimi (državnimi in mednarodnimi) akademskimi in industrijskimi partnerji, kar je v skladu z državnimi prioritetami in Lizbonsko strategijo.
Skupina je aktivno vključena v pedagoško delo na dodiplomskem in podiplomskem študiju. Širjenje interdisciplinarnega znanja na najvišji ravni pozitivno vpliva na prenos tega znanja študentom in nato na širšo javnost in industrijo.
Vsi novi sistemi, ki se jih trenutno raziskuje in razvija bodo predstavljali pomembne novosti na različnih področjih ter imele velik tržni potencial in uporabnost v aplikacijah. To bo imelo velik vpliv na konkurenčno prednost sodelujočih indust
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo
