III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014"

Irena Skiba
8 lat temu
Przeglądów:

1 III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014 Praca została realizowana w ramach programu Innowacyjna Gospodarka, finansowanego przez Europejski fundusz Rozwoju Regionalnego POIG /08-00 pt.: Nowoczesne technologie w materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym. Dr hab. inż. Jerzy Myalski (Jerzy.Myalski@polsl.pl) Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii mgr inż. Bartosz Hekner (Bartosz.Hekner@polsl.pl) Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

Regionalnego POIG.01.01.02-00-015/08-00 pt.: Nowoczesne technologie w materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym. Dr hab. inż.

2 MATERIAŁY KOMPOZYTOWE W MOTORYZACJI Charakterystyki tribologiczne kompozytów na osnowie aluminiowej zawierających różne rodzaje cząstek zbrojących osnowa + 5% grafitu Test1 100N 7,23m/s Test2 100N 14,45m/s Test3 300N 7,23m/s Test4 300N 14,45m/s osnowa + 15% grafitu osnowa + 5% SiC osnowa + 15% SiC

zbrojących osnowa + 5% grafitu Test1 100N 7,23m/s Test2 100N 14,45m/s

3 WYMAGANIA ODNOŚNIE MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH STOSOWANYCH W WĘZŁACH TARCIA Brak drgań i hałasu Wysoka wytrzymałość względna Długi czas eksploatacji Aspekt ekologiczny Węzły tarcia Mała masy Odporność na zużycie Odpowiedni współczynnik tarcia Wysoka sprawność

Długi czas eksploatacji Aspekt ekologiczny Węzły tarcia Mała

4 MATERIAŁY W WĘZŁACH TARCIA OSNOWA - zestalenie komponentów - mała gęstość - wysoka przewodność cieplna - odporność korozyjna KOMPOZYT określona stabilność właściwości w szerokim zakresie warunków eksploatacji ZBROJENIE - przenoszenie obciążeń - wysoka odporność chemiczna - właściwości mechaniczne - właściwości cieplne - właściwości cierne redukcja masy (odpowiednia gęstość) długi czas eksploatacji odporność na korozję niski poziom hałasu podczas pracy brak wibracji obniżenie kosztów wytworzenia

wysoka odporność chemiczna - właściwości mechaniczne - właściwości cieplne - właściwości cierne redukcja masy (odpowiednia

5 TEZA REALIZOWANYCH PRAC Modyfikacja składu fazowego kompozytu dodatkami węglowymimoże decydować o zmianie procesów i mechanizmów zużycia i pozwolić na uzyskanie określonych charakterystyk tribologicznych materiału ciernego. Założone (oczekiwane) właściwości tribologiczne można kształtować poprzez odpowiedni dobór udziału masowego, wielkości oraz postaci zastosowanego materiału węglowego.

6 NOWA KONCEPCJA MATERIAŁÓW Materiały kompozytowe na osnowie stopów aluminium zbrojonych przestrzennymi strukturami ceramicznymi do zastosowań w wysokoobciążonych węzłach tarcia stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym. INNOWACYJNOŚĆ Wykorzystanie przestrzennych, otwartokomórkowych form zbrojenia kompozytów, pozwalających na pełną kontrolę rozmieszczenia oraz udziału zbrojenia, przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów produkcji WYKONANE BADANIA Opracowaniepodstaw projektowania składu fazowego i technologii wytwarzania materiałów kompozytowych o osnowie aluminium, umacnianych homo i heterofazowymi zbrojeniami, do zastosowania w wysoko obciążonych węzłach tarcia przemysłu motoryzacyjnego. Uzyskanie wymaganych parametrów tribologicznych, zapewniających stabilność współczynnika tarcia i zużycia oraz wydłużenie czasu bezpiecznej pracy materiałów ciernych. Określenie czynników wpływających na wydłużenie czasu eksploatacji.

INNOWACYJNOŚĆ Wykorzystanie przestrzennych, otwartokomórkowych form zbrojenia kompozytów, pozwalających na pełną kontrolę rozmieszczenia oraz udziału zbrojenia, przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów

7 PROBLEMATYKA BADAWCZA Ocena właściwości tribologicznych materiałów kompozytowych III etap:testy eksploatacyjne Testy tribologiczne II etap: Analiza struktury i testy laboratoryjne Analiza strukturalna i fazowa Infiltracja stopem aluminium Wytworzenie zbrojenia kompozytów Wybór składu fazowego materiałów zgłoszenie patentowe P I etap: Wytwarzanie

laboratoryjne Analiza strukturalna i fazowa Infiltracja stopem aluminium Wytworzenie

8 PRZESTRZENNE STRUKTURY ZBROJENIA TLENEK GLINU (Al 2 O 3 ) WĘGIEL SZKLISTY (WS) Gęstość 3,9 g/cm3 Gęstość 1,4 g/cm3 Twardość HV 18 GPa Twardość Mosh 6-7 Wytrzymałość na ściskanie 2000 MPa Wytrzymałość na ściskanie 0,1-0,5 MPa Wytrzymałość na rozciąganie 250 MPa Wytrzymałość na rozciąganie 0,17-0,34 MPa Wytrzymałość na ścinanie 120 GPa Wytrzymałość na ścinanie 0,3 MPa Moduł sprężystości 300 GPa Moduł sprężystości 100 GPa Przewodność cieplna 30 W/(mK) Przewodność cieplna 0,03-0,05 W/(mK) Ciepło właściwe Twardość Odporność na ścieranie Stabilność termiczna Przenoszenie naprężeń 880 J/Kg K Ciepło właściwe 1,26 J/Kg K Stabilizacja współczynnika tarcia Ograniczenie zużycia Aspekt ekologiczny Właściwości tribologiczne TLENEK GLINU + WĘGIEL SZKLISTY (Al 2 O 3 + WS) Suma właściwości komponentów Kompozyt hybrydowy Spełnienie wymogów wysokoobciążonych węzłów tarcia

Moduł sprężystości 100 GPa Przewodność cieplna 30 W/(mK) Przewodność cieplna 0,03-0,05 W/(mK) Ciepło właściwe Twardość Odporność na ścieranie Stabilność termiczna Przenoszenie naprężeń 880 J/Kg K

9 PRZESTRZENNA STRUKTURA SZKIELETOWA Z TLENKU ALUMINIUM PODGRZEWANIE ZAWIESINY α Al 2 O 3 DODATEK WODNEGO ROZTWORU ARAGOZY DODATEK ŚRODKA SPIENIAJĄCEGO MIESZANIE W ZAMKNIĘTEJ FORMIE SPIEKANIE

10 PRZESTRZENNA STRUKTURA SZKIELETOWA Z WĘGLA SZKLISTEGO PREKURSORY Z PIANEK POLIURETANOWYCH PRZESĄCZANIE PIANEK ŻYWICĄ FENOLOWĄ PROCES PIROLIZY

11 TECHNOLOGIA WYTWARZANIA PIANKI Z WĘGLA SZKLISTEGO Pianka poliuretanowa Infiltracja żywicą Suszenie i utwardzanie Odsączanie nadmiaru żywicy Karbonizacja Schemat technologii otrzymywania pianek węglowych Prekursorem pianki są poliuretany o porowatości otwartej ppi

nadmiaru żywicy Karbonizacja Schemat technologii otrzymywania

12 PRZESTRZENNA STRUKTURA SZKIELETOWA Z TLENKU ALUMINIUM POKRYTA WARSTWĄ WĘGLA SZKLISTEGO PIANKI Z Al2O3 UZYSKANE METODĄ ŻELOWANIA SPIENIONEJ ZAWIESINY PRZESĄCZANIE PIANEK POLIAKLOHOLEM FURFURYLOWYM USIECIOWANIE WARSTWY POLIALKOHOLU FURFURYLOWEGO PROCES PIROLIZY

ŻELOWANIA SPIENIONEJ ZAWIESINY PRZESĄCZANIE PIANEK POLIAKLOHOLEM

13 OSNOWA KOMPOZYTU TLENEK GLINU (Al 2 O 3 ) PROCES INFILTRACJI STOPEM AlMg5 prasa DEGUSSA, ciśnienie 3 MPa WĘGIEL SZKLISTY (WS) TLENEK GLINU + WĘGIEL SZKLISTY (Al 2 O 3 + WS)

14 WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE Metoda: ball-on-disc Warunki: tarcie technicznie suche Partner tarcia: stal 100Cr6 0,8 0,01 Droga tarcia: 250 m Obciążenie: 10 N Prędkość: 0,1 m/s współczynnik tarcia 0,6 0,4 0,2 0 Al-Al2O3 2 O 3 Al-C Al-WS Al-Al2O3+C Al-Al 2 O 3 +WS droga tarcia [m] ubytek masy [g] 0,008 0,006 0,004 0,002 0 Al-Al 2 O 3 Al-WS Al- Al 2 O 3 +WS Al 2 O 3 µm WS mm 0.45 Al 2 O 3 + WS µm

3 +WS 0 50 100 150 200 250 droga tarcia [m] ubytek masy [g] 0,008 0,006 0,004 0,002 0 Al-Al 2 O 3 Al-WS Al- Al 2 O 3 +WS Al 2 O 3

15 WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE Kompozyt zbrojony pianką z tlenku glinu Kompozyt zbrojony pianką z węgla szklistego Kompozyt zbrojony pianką z tlenku glinu pokrytą węglem szklistym

16 STAN ZAAWANSOWANIA TECHNOLOGII Poziom gotowości technologii (TRL) POZIOM 1 - Podstawowe badania nad technologią POZIOM 2 - Koncepcja technologii i jej przyszłych zastosowań POZIOM 3 - Laboratoryjne potwierdzenie krytycznych elementów technologii POZIOM 4 - Potwierdzenie technologii w skali laboratoryjnej POZIOM 5 -Zweryfikowane Podstawowe elementy technologii w warunkach zbliżonych do rzeczywistych POZIOM 6 - Demonstracja technologii / prototypu w warunkach zbliżonych do rzeczywistych POZIOM 7 - Zakończono badania i demonstracje ostatecznej wersji technologii POZIOM 8 - Potwierdzono skuteczność technologii w warunkach przemysłowych

POZIOM 5 -Zweryfikowane Podstawowe elementy technologii w warunkach zbliżonych do rzeczywistych POZIOM 6 - Demonstracja technologii / prototypu w warunkach

17 III Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 23 czerwiec 2014 Praca została realizowana w ramach programu Innowacyjna Gospodarka, finansowanego przez Europejski fundusz Rozwoju Regionalnego POIG /08-00 pt.: Nowoczesne technologie w materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym.

Gospodarka, finansowanego przez Europejski fundusz Rozwoju Regionalnego POIG.01.

Podobne dokumenty

KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA

II Konferencja: Motoryzacja-Przemysł-Nauka ; Ministerstwo Gospodarki, dn. 26 listopada 2014 KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA Dr hab. inż. Jerzy Myalski