Tampereen yliopisto

Nopea ja kestävä pinnoitusmenetelmä auttaa teollisuutta suojaamaan koneita korroosiolta ja kulumiselta

Jaa

Suurnopeuslaserpinnoitus tarjoaa nopean ja ympäristönkin kannalta kestävän tavan suojata metalliseoksia korroosiolta ja korjata vaurioituneita koneenosia. Tämä käy ilmi Tampereen yliopiston tutkimuksesta, joka selvittää lisäksi pinnoitusmenetelmän soveltuvuutta metallien 3D-tulostukseen ja suojaamiseen mikrobeilta. Nopea pinnoitusmenetelmä tuo hyötyä laitteiden ja moottorien valmistukseen ja huoltoon esimerkiksi kaivos- ja puunjalostusteollisuudessa.

Kuva 1. Tampereen yliopiston EHLA-laitteistolla voidaan pinnoittaa pyörähdyssymmetrisiä kappaleita. Yliopistolla on toinen laite tasomaisten kappaleiden pinnoitukseen.
Kuva 1. Tampereen yliopiston EHLA-laitteistolla voidaan pinnoittaa pyörähdyssymmetrisiä kappaleita. Yliopistolla on toinen laite tasomaisten kappaleiden pinnoitukseen.

Suurnopeuslaserpinnoitus (Extreme High-Speed Laser Cladding, EHLA) on korkean materiaalitehokkuuden pinnoitusmenetelmä, joka yhdistää laserpinnoituksen ja termisen ruiskutuksen hyvät puolet. EHLA-menetelmällä voidaan valmistaa sulaliitoksella kiinnittyviä ohuita ja täysin tiiviitä korkealaatuisia metalli- ja metallimatriisikomposiittipinnoitteita erilaisten metalliseosten päälle suurella tuottavuudella. Pinnoitusta valmistuu noin neliön verran tunnissa.

– Menetelmässä yhdistyvät termisen ruiskutuksen suuri tuottavuus, korkea pinnanlaatu ja alhainen lämmöntuonti laserpinnoitteen erinomaiseen kiinnipysyvyyteen ja korroosionsuojauskykyyn, selvittää yliopistotutkija Jari Tuominen, joka vetää NOPSA – Nopeasta pinnoitusmenetelmästä etua teollisuuteen -hanketta Tampereen yliopistossa.

Menetelmän on alun perin kehittänyt saksalainen Fraunhofer-instituuttti ja se perustuu perinteiseen laserjauhepinnoitukseen. Laserjauhepinnoituksen etuja ovat monipuolinen lisäainevalikoima sekä mahdollisuus sekoitella jauheita keskenään ja lisätä niihin kovapartikkeleita, kiinteitä voiteluaineita ja ytimenmuodostajia haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi.

EHLA-menetelmän olennaisin ero perinteiseen laserjauhepinnoitukseen on korkeampi tehotiheys (W/mm2), joka saavutetaan käyttämällä pienempää polttopistettä (Ø1-2mm). Korkea tehotiheys mahdollistaa suuret liikenopeudet (~20-100m/min), jonka ansiosta voidaan valmistaa ohuita (0.1-0.5mm) yksikerrospinnoitteita alhaisella seostumalla. Lähtöaineena käytettävän jauheen pieni partikkelikoko (10-50µm) mahdollistaa jauhesuihkun kohdistamisen tarkasti myös pienempään polttopisteeseen.

– Maailmalla EHLA-menetelmä korvaa jo ympäristölle ja ihmiselle haitallisen kovakromauksen. Menetelmä on ympäristön kannalta kestävämpi valinta, koska se on materiaalitehokas eikä aiheuta välittömiä päästöjä ympäristöön, kertoo Tuominen.

Suurnopeuslaserpinnoituksella moninkertainen kovuus verrattuna kulutusta kestäviin teräksiin

NOPSA-hankkeessa tutkijat selvittävät EHLA-menetelmän mahdollisuuksia erilaisten korroosionsuoja- ja kovapinnoitteiden valmistamiseen sekä vaurioituneiden koneenosien korjaukseen tai uudelleenvalmistukseen. Tammikuussa 2022 alkaneessa hankkeessa on tähän mennessä valmistettu esimerkiksi nikkelipohjaisia korroosionsuojapinnoitteita terästen (S355, 42CrMo4) ja valurautojen päälle.

Pinnoitteiden tutkimisen ja valmistamisen lisäksi tutkitaan menetelmän soveltuvuutta metallien 3D-tulostukseen suorakerrostamalla.

– Siirrämme saatavan tietämyksen nopeasti muun muassa kaivos- ja porauslaitteita, voimalaitoksia, voimansiirtoakseleita ja vaihteita valmistavaan sekä moottoreita ja puunjalostusteollisuuden komponentteja huoltavaan teollisuuteen, Tuominen sanoo.

Tampereen yliopiston EHLA-laitteisto koostuu CNC-ohjatusta sorvista, noin yhden mikrometrin aallonpituudella toimivasta jatkuvatoimisesta kuitulaserista (3kW), kahdella jauheensyöttösuppilolla varustetusta jauheensyöttimestä sekä koaksiaalisesta jauhepinnoituspäästä. Tasomaisten kappaleiden pinnoituksessa pinnoitettavan kappaleen liikuttelulaitteena käytetään rinnakkaisrakenteista robottia. Kaksi jauheensyöttösuppiloa mahdollistaa esimerkiksi erilaisten monimateriaali- ja gradienttirakenteiden valmistuksen jauhesuhteita lennossa muuttamalla.

Kuvassa 2 näkyy poikkileikkauksia koneistetuista Inconel 625 -pinnoitteista pallo- ja suomugrafiittivalurautojen päällä. Pinnoitteiden paksuus on noin 170–180 µm ja rautapitoisuus noin 2–3 painoprosenttia. Lämpövaikutusvyöhykkeen (HAZ) syvyys on muutamia kymmeniä mikrometrejä. Pinnoitteiden korroosionsuojauskyky on varmennettu 750 tunnin suolasumutestissä.

Kovapinnoitepuolella on valmistettu kromikarbidi- ja wolframkarbidi-nikkelimatriisipinnoitteita S355- ja 42CrMo4-terästen päälle (Kuva 3).

Pinnoitteiden mikrokovuus on yli 1000 Vickersiä, joka on 2–3-kertainen kulutusta kestäviin teräksiin nähden. Karbidiosuutta säätämällä on pinnoitteiden kulumiskesto saatu vastaamaan kovakromin (~950 HV0.3) kulumiskestävyyttä kumipyöräabraasiokokeessa (Kuva 4.)

NOPSA-hanketta rahoittaa Euroopan aluekehitysrahaston REACT-EU osana Euroopan unionin COVID-19-pandemian johdosta toteuttamia toimia.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Jari Tuominen
040 849 0196
jari.tuominen@tuni.fi

Kuvat

Kuva 1. Tampereen yliopiston EHLA-laitteistolla voidaan pinnoittaa pyörähdyssymmetrisiä kappaleita. Yliopistolla on toinen laite tasomaisten kappaleiden pinnoitukseen.
Kuva 1. Tampereen yliopiston EHLA-laitteistolla voidaan pinnoittaa pyörähdyssymmetrisiä kappaleita. Yliopistolla on toinen laite tasomaisten kappaleiden pinnoitukseen.
Lataa
Kuva 2. NOPSA-hankkeessa valmistettuja EHLA-pinnoitteita: a) Inconel 625 pallografiittivaluraudan päällä, b) Inconel 625 suomugrafiittivaluraudan päällä ja c) Inconel 625 pallografiittivaluraudan päällä 750 h suolasumualtistuksen jälkeen.
Kuva 2. NOPSA-hankkeessa valmistettuja EHLA-pinnoitteita: a) Inconel 625 pallografiittivaluraudan päällä, b) Inconel 625 suomugrafiittivaluraudan päällä ja c) Inconel 625 pallografiittivaluraudan päällä 750 h suolasumualtistuksen jälkeen.
Lataa
Kuva 3. NOPSA-hankkeessa EHLA-menetelmällä valmistettuja kovapinnoitteita a) WC-NiBSi ja b) Cr3C2/Cr7C3-NiCrMoNb.
Kuva 3. NOPSA-hankkeessa EHLA-menetelmällä valmistettuja kovapinnoitteita a) WC-NiBSi ja b) Cr3C2/Cr7C3-NiCrMoNb.
Lataa
Kuva 4. EHLA-menetelmällä valmistettujen kovapinnoitteiden (#1–4) abrasiivisen kulumisen kestävyyksiä kovakromiin nähden.
Kuva 4. EHLA-menetelmällä valmistettujen kovapinnoitteiden (#1–4) abrasiivisen kulumisen kestävyyksiä kovakromiin nähden.
Lataa

Tietoja julkaisijasta

Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto
Kalevantie 4
33014 TAMPEREEN YLIOPISTO

p. 0294 5211https://www.tuni.fi

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä lähes 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa. 

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto

Tampereen 90-vuotiaista suurin osa asuu omassa kodissaan ja kokee suurta elämäntyytyväisyyttä8.12.2022 14:00:00 EET | Tiedote

Suurin osa 90 vuotta täyttäneistä tamperelaisista, 70 prosenttia, asuu omassa kodissaan ja elää omanlaistaan elämää, kertoo Tervaskannot 90+ -tutkimuksen tuorein kysely. Tutkimuksessa tarkastellaan 90 vuotta täyttäneiden tamperelaisten elämäntilannetta, terveyttä ja toimintakykyä sekä muun muassa avun tarvetta. Tänä vuonna postikysely lähetettiin kymmenennen kerran kaikille ikäryhmään kuuluville sekä kotona että pitkäaikaishoidossa asuville noin 2700 henkilölle.

Väitös: Toimintaympäristön muuttuessa kuntajohtajuutta rakennetaan vuorovaikutuksessa8.12.2022 09:19:50 EET | Tiedote

Kunnissa johtajuutta rakennetaan paikallisuuden, politiikan ja hallinnon risteyksessä. Toimintaympäristön muutos on moninkertaistanut johtamiseen liittyvät vuorovaikutustarpeet ja vaatii erityistä johtamisotetta. HM Henna Paananen osoittaa väitöskirjassaan, että mikäli johtajuus ymmärretään ihmisten välisenä dynamiikkana ja vuorovaikutuksena, kyseessä on henkilön muodolliseen asemaan perustuvaa valtaa ja määräysvaltasuhteita laajempi kokonaisuus. Väitöstutkimus kääntää katseen johtajuuden rakentumisen vuorovaikutteiseen ulottuvuuteen.

Väitös: Taudinaiheuttajien hiilihappoanhydraasit uudenlaisina lääkekohteina7.12.2022 10:00:00 EET | Tiedote

Ihmisellä on vain alfa-muodon hiilihappoanhydraaseja, kun taas vain beta- ja/tai gamma-muotoa on löydetty useista kliinisesti merkittävistä taudinaiheuttajista. Näihin beta- ja/tai gamma-hiilihappoanhydraaseihin pohjautuvat lääkkeet hävittäisivät ideaalitapauksessa taudinaiheuttajan ihmiskehosta ilman sivuoireita. DI Linda Urbański tuotti ja karakterisoi väitöskirjassaan kahden mikro-organismin hiilihappoanhydraasit.

Väitös:Hyvin suunnitellut digitaaliset demokratiapalvelut voivat vahvistaa nuorten yhteiskunnallista osallistumista5.12.2022 12:16:07 EET | Tiedote

Tukeakseen nuorten yhteiskunnallista osallistumista, digitaalisten demokratiapalveluiden tulee mahdollistaa päättäjien ja kansalaisten välinen säännöllinen vuorovaikutus sekä todellisten vaikutusten aikaansaaminen. Lisäksi on tehtävä osallistumisen merkityksiä ja tuloksia näkyviksi ja tarjota turvallinen tila osallistumiselle, selviää Iikka Pietilän väitöstutkimuksesta.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme