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

Új típusú anyagok (az autóiparban) és ezek vizsgálati lehetőségei (az MFA-ban) Menyhárd Miklós Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézet Támogatás NTPCRASH: # TECH_08-A2/2-2008-0104

Győr, 2010 október 26

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

Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

Miért kell új anyag? Rengeteg okból! Pl. környezetvédelem


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 1990. 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 Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

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


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




•

• • •

Table 1. Mechanical properties of beam materials.

Materials Yield strength (MPa) Tensile strength (MPa) Elongation (%) SPFC780 534.6 816.6 15.4 Boron steel 1,048.1 1467.8 7.9 Materials (Section) Maximum intrusion (mm)

SPFC780 (ㅁ)

21.3 (100%)

SPFC780 ([ )

31.0 (146%)

Weight (kg)

6.5 (100%) 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%)


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 ........... Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

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 300-400 kg/autó-t jeleznek.


Vizsgálati lehetőség Törési vizsgálatok Korróziós vizsgálatok


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.

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. Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

Saját vizsgálatok

Minta: ritka és sűrű Vizsgálatok: mechanikai súrlódás röntgen fotoelektron spektrószkópia


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/(Fnxl), ahol V - az elkoptatott anyag térfogata m3 - ben, Fn - 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.


Tribológiai vizsgálatok


Surlodás mérése: terhelés 10 N, golyó átmérő 6 mm

• Sűrű

• Ritka

0.6

0.6

0.5

0.5

0.4

2 3 4

0.3

0.2





0.4

2 3 1

0.3

0.2

0.1

0.1

0

2000

4000

6000

0

fordulatok száma


2000

4000

fordulatok száma

6000

Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű


Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; minta ritka


Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok Minták • Sűrű

• Ritka


Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű nem koptatott


Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka nem koptatott










Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; Sűrű koptatott


Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; minta, ritka, koptatott




Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; ritka koptatott










Pásztázó Mikroszkópos vizsgálatok; koptatott tartományok • Sürü

• Ritka


Surlodás mérése: terhelés 10 N, golyó átmérő 6 mm

• Sűrű

• Ritka

0.6

0.6

0.5

0.5

0.4

2 3 4

0.3

0.2





0.4

2 3 1

0.3

0.2

0.1

0.1

0

2000

4000

6000

0

fordulatok száma


2000

4000

fordulatok száma

6000

XPS spektrum 12000 10000

cps

8000 6000 4000 2000 0 0

1000

2000

3000

csatorna szám Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

4000

XPS terület arányok; minta sűrű 6,7 nem koptatott, 8,9 koptatott 0.5

0.4

ratio

0.3

0.2 O/C 7*Si/C

0.1

0.0 5

6

7

8

mérés Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

9

10

XPS terület arányok; minta ritka 1,2 nem koptatott, 3,4 koptatott 0.60 0.55

ratio

0.50 0.45 0.40 0.35 O/C 6.3*Si/C

0.30 0.25 0

1

2

3

mérés Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

4

5

XPS terület arányok; első 2 nem koptatott második 2 koptatott • Ritka

• Sűrű

0.60

0.6

0.55

0.5

0.50 0.45

ratio

ratio

0.4

0.40

0.3 0.2

0.35 O/C 6.3*Si/C

0.30

O/C 7*Si/C

0.1

0.25 0

1

2

3

mérés

4

5

0.0 5

6

7

8

mérés


9

10

Szén csúcsalak


Szén csúcsalak; sűrű minta 5000

NK NK K K

intensity (cps)

4000

3000

2000

1000

0 282

284

286

288

290

292

binding energy (eV) Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

294

296

Szén csúcsalak; ritka minta 6000

NK NK K K

intensity (cps)

5000 4000 3000 2000 1000 0

282

284

286

288

290

292


294

296

Szén csúcs alak; koptatott minta; sűrű/ ritka összehasonlítása 6000

S S R R

intensity (cps)

5000 4000 3000 2000 1000 0 282

284

286

288

290


292

294

Szén csúcs alak; nem koptatott minta; sűrű/ ritka összehasonlítása 7000

S S R R

intensity (cps)

6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 282

284

286

288

290


292

294

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 Járműipari biztonságtechnikai...; Győr 2010 október 26

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

Recommend Documents