Új típusú anyagok (az autóiparban) és ezek vizsgálati lehetőségei (az MFA-ban)

Átírás

1 Új típusú anyagok (az autóiparban) és ezek vizsgálati lehetőségei (az MFA-ban) Menyhárd Miklós Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézet Támogatás NTPCRASH: # TECH_08-A2/ Győr, 2010 október 26

2 Vázlat Új anyag; általában (irodalom) Új anyag autóipar; példák (irodalom) Vizsgálataink: mechanikai vizsgálatok» surlódási együttható mérése» felületi morfológia, kémia meghatározása

3 Miért kell új anyag? Rengeteg okból! Pl. környezetvédelem

4 Environmentally friendly tribology (Eco-tribology) Shinya Sasaki The global warming problem has reached a point at which action cannot be delayed. The Japanese government has announced a challenging target: by 2020 reduce greenhouse gas emissions by 25% compared with To achieve such a high objective, it is necessary not only to expect novel technological development but also to create realistic solutions by extending conventional technologies. Ecotribology, through progress in surface modification, is seen to be an effective engineering technology that can contribute very much to sustainable... Journal of Mechanical Science and Technology 24 (2010) 67-71

5 Környezetbarát tribológia A tribológia, mint eszköz a felületmódosítás folyamatában, egy hatékony technológia és egy új elképzelés a felületet fedő kopásálló tribó-anyagokról. Gépjárművekre tekinthetők, mint a tribo-rendszer tipikus példájaként, úgy mint motor, átvitel, gumik, stb.. Tribo-anyagok Kenőanyagok Gép elemek Tribo-rendszerek Fenntartás tribológia

6 Miért kell új anyag; autóipar? Rengeteg okból! Pl. tömegcsökkentés

7

8

9 Table 1. Mechanical properties of beam materials. Materials Yield strength (MPa) Tensile strength (MPa) Elongation (%) SPFC Boron steel 1, Materials (Section) Maximum intrusion (mm) Weight (kg) SPFC780 (ㅁ) 21.3 (100%) 6.5 (100%) SPFC780 ([ ) 31.0 (146%) 4.3 (66.2%) Boron Steel (ㄷ) 24.6 (115%) 4.3 (66.2%) Boron steel (5 stays) 21.2 ( 99%) 4.6 (70.8%)

10 Hogyan csökkentünk tömeget? Alak tervezés de legfőképpen Könnyűszerkezetes anyagok Alumínium ötvözetek Magnézium ötvözetek Természetes anyagok felhasználásával készült műanyagok Mesterséges módon, polimerizációval készült műanyagok Adalékkal, például karbon-szállal, megerősített műanyagok...

11 Energia és környezeti kihívások az alumínium iparban Az Al felhasználásának növekvő mértéke jelzi, hogy a végső határ még messze van. Az átlagos felhasználás kb. 90 kg/autó volt 2008-ban, de a lehetőségek akár kg/autó-t jeleznek.

12 Vizsgálati lehetőség Törési vizsgálatok Korróziós vizsgálatok

13 Magnézium ötvözetek katonai alkalmazása sokrétű A katonai alkalmazást sokszor követi a polgári alkalmazás Várható Mg az autóiparban. A sok előnyös fizikai, mechanikai tulajdonság de az alacsony korrózióval szembeni ellenállás gyúlékonysági szempontok alacsony ellenállás nyújthatósággal szemben.

14 Karbon-szállal erősített alumínium hab Plazma kezelés hatása Vizsgálat: hajlítási nyirási modulus Kezelés: oxigén plazma Plasma kezelés CFRP-n 7.5% and 650%, javulás a hajlítási és nyirási modulusban Miért: a felületi érdesség növekedett 20%-al a C= O and O C=O kötések megjelenése miatt.

15 Saját vizsgálatok Minta: ritka és sűrű Vizsgálatok: mechanikai súrlódás röntgen fotoelektron spektrószkópia

16 Tribológia A koptatási teszt után lehetőség volt a kopási nyomok vizsgálatára egy Talistep Alfa 500 típusú profilométer segítségével. A felvett kopásnyom profilokból kiszámítható az elkoptatott anyag mennyisége (térfogata). Az elkoptatott anyagmennyiségből a következő egyenlet segítségével kiszámolható az anyag kopási rátája (wear rate): W = V/(F n xl), ahol V - az elkoptatott anyag térfogata m 3 - ben, F n - a minta felületére merőlegesen ható erő N - ban, l - a kopási nyom hossza m - ben. Mivel a tesztek folyamán minden esetben kemény rozsdamentes 6 mm átmérőjű acélgolyót használtunk ezért az elvégzett számításokban a golyó kopását elhanyagoltuk.

17 Tribológiai vizsgálatok

18 Surlodás mérése: terhelés 10 N, golyó átmérő 6 mm Sűrű Ritka fordulatok száma fordulatok száma

19 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű

20 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; minta ritka

21 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok Minták Sűrű Ritka

22 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű nem koptatott

23 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka nem koptatott

24 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű nem koptatott

25 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka nem koptatott

26 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű nem koptatott

27 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka nem koptatott

28 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű koptatott

29 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; minta, ritka, koptatott

30 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű koptatott

31 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka koptatott

32 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű koptatott

33 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka koptatott

34 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű koptatott

35 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka koptatott

36 Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; koptatott tartományok Sürü Ritka

37 Surlodás mérése: terhelés 10 N, golyó átmérő 6 mm Sűrű Ritka fordulatok száma fordulatok száma

38 XPS spektrum cps csatorna szám

39 XPS terület arányok; minta sűrű 6,7 nem koptatott, 8,9 koptatott ratio O/C 7*Si/C mérés

40 XPS terület arányok; minta ritka 1,2 nem koptatott, 3,4 koptatott ratio O/C 6.3*Si/C mérés

41 XPS terület arányok; első 2 nem koptatott második 2 koptatott Ritka Sűrű ratio ratio O/C 6.3*Si/C O/C 7*Si/C mérés mérés

42 Szén csúcsalak

43 Szén csúcsalak; sűrű minta intensity (cps) NK NK K K binding energy (ev)

44 Szén csúcsalak; ritka minta intensity (cps) NK NK K K binding energy (ev)

45 Szén csúcs alak; koptatott minta; sűrű/ ritka összehasonlítása 6000 intensity (cps) S S R R binding energy (ev)

46 Szén csúcs alak; nem koptatott minta; sűrű/ ritka összehasonlítása 7000 intensity (cps) S S R R binding energy (ev)

47 Összefoglalás (kísérletek) A két anyag rövid távú súrlódási viselkedése különböző A két anyag hosszú távú súrlódási viselkedése nem különböző A két anyag morfológiája mindig különbözik A koptatott terület morfológiája és kémiája is különbözik a nem-koptatottól