Sign In

Väitös: Teollisuuden materiaalien kitkahäviöön uusia ratkaisuja vesipohjaisista voiteluaineista

27.1.2016

Kitka ja kuluminen aiheuttavat vuosittain merkittäviä taloudellisia menetyksiä. On arvioitu, että noin 30 % maailman energiankulutuksesta kuluu kitkahäviöihin. Uusien teknologisten ratkaisujen, kuten pinnoitteiden, pinnan teksturoinnin sekä voiteluaineiden, avulla voidaankitkaa alentaa erityisesti rajavoitelualueella.

Kulumiskestävyys on keskeinen materiaaliominaisuus. Voitelun tehtävänä on vähentää kitkaa, ja sillä on mahdollista vaikuttaa koneen kulumiseen.

VTT:n tutkija, DI Timo J. Hakala tutki väitöskirjassaan kitkaa timantinkaltaisten pinnoitteiden ja ruostumattoman teräksen rajavoitelussa vesipohjaisten voiteluaineiden ja biomolekyylien avulla. Hän tutki erilaisten sienistä erotettujen hydrofobiini-proteiinien sekä kvitten-hedelmästä liuotetun liman käytettävyyttä lisäaineena terästen, timantinkaltaisten pinnoitteiden (DLC) sekä muovien vesivoitelussa.

Väitöksen tulosten perusteella voidaan todeta, että vesipohjaisilla voiteluaineilla on potentiaalia rajavoiteluun teollisissa sovelluksissa esimerkiksi elintarvike-, tekstiili- ja terveysteknologia-aloilla,jos lämpötilat, kontaktipaineet, materiaaliominaisuudet sekä olosuhteet ovat sopivat.

Hakala havaitsi, että hydrofobiinit kykenevät muodostamaan ruostumattoman teräksen, DLC:n sekä PDMS-muovin pinnoille yhden molekyylin paksuisia kerroksia. Teräksen pinnalle muodostuneessa proteiinikalvossa 40 - 64 % massasta oli vettä. Veden määrällä hydrofobiinien muodostamassa voitelukalvossa oli positiivinen vaikutus kitkan ja kulumisen alenemiseen teräs vs. teräs-kontaktissa. Myös kvitten-limalla voidelluissa polyeteeni vs. teräs -kokeissa havaittiin, että molekyyleihin sitoutuneella vedellä on kitkaa alentava vaikutus.

Kaikista alhaisimmat kitkakertoimet saavutettiin PDMS-muovi vastaan PDMS-muovi -kontakteissa,joissa hydrofobiinit alensivat kitkan lähelle 0,01:tä, joka on lähes kertaluokkaa alhaisempi kuin öljyvoitelussa saavutettavat kitkakertoimet. Muokkaamalla teollisuudessa käytettävien materiaalien pintaominaisuuksia lähemmäksi PDMS-muovin vastaavia, voidaan parantaa biomolekyylien käytettävyyttä teollisissa sovelluksissa.

Alhaisimmat kitkakertoimet (0,03) teräs vs. teräs kontaktissa mitattiin FpHYD5-nimisellähydrofobiinilla. Alhainen kitka johtui teräskuulan pinnalle syntyneestä proteiinikalvosta.Kvitten-limalla pystyttiin saavuttamaan alhaisimmillaan 0,02 kitkakerroin polyeteeni vs. teräskontaktissa.

Timo J. Hakala väitös materiaalitieteen alalta "Water-based boundary lubrication with biomolecule additives on diamond-like carbon and stainless steel surfaces" tarkastetaan perjantaina 29.1.2016 klo 12, paikka Aalto-yliopisto, V1-sali, Vuorimiehentie 2, Espoo.

Väitös sähköisesti: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2015/S118.pdf

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00

OTA YHTEYTTÄ

PL 1000, 02044 VTT
Puh. vaihde 020 722 111
Avoinna arkisin klo 8.00 - 16.30

ASIAKASPALVELU

info@vtt.fi
Puh. 020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja
12.00 - 15.00