Ny overfladebehandling klarer ekstreme forhold
Slid på maskiner og metalredskaber har altid været en af industriens helt store udfordringer. Nu har en gruppe forskere udviklet en metode, der gør metaldele i stand til at modstå ekstremt slid. Metoden har skabt grundlaget for en ny virksomhed, TRD Surfaces.
Modelfoto/Colourbox
Traditionelle løsninger med begrænsede muligheder
I dag er den mest udbredte løsning i forhold til ekstremt slid at påføre et lag af såkaldt hårdmetal oven på det materiale, som skal beskyttes. Hårdmetallet, som er en komposit bestående af wolframkarbidpulver i en koboltbinder, påføres eller svejses oven på emnet. Processen kaldes for hardfacing. Dernæst bearbejder man den, så den opnår den ønskede form og overfladefinish. Hårdmetal har en hårdhed på mellem 1.500 og 2.000 HV (HV står for Vickers hårdhed). Til sammenligning har ubehandlet stål en hårdhed på 200-400 HV.
Andre velkendte metoder er henholdsvis PVD (physical vapour deposition) og CVD (chemical vapour deposition), som ofte bruges til værktøjer som fx bits. Begge metoder tilføjer ligesom hardfacing et ekstra lag til overfladen, men et meget tyndere lag, så dimensionerne på de behandlede genstande ikke forandres. Ulempen ved alle tre metoder er imidlertid, at de tilføjede lag efterhånden slides af.
”Gror” et nyt lag ovenpå
Det problem satte en forskergruppe på DTU Mekanik sig for at løse. Resultatet er spinout-virksomheden TRD Surfaces, som kan levere en overfladebehandling, der kan klare selv ekstremt slid. Forskernes løsning er en overfladebehandling, som netop ikke er en coating. I den nye proces ”gror” man så at sige et nyt og meget hårdt overfladelag af metalkarbider eller metalnitrider ind i overfladen på de metaldele, som er udsat for ekstremt slid. På den måde bliver overfladelaget både kemisk og mekanisk forankret i genstandens grundmateriale.
Det kræver dog særlige forudsætninger at udføre behandlingen, nemlig specialviden om, hvordan man tilpasser indlægningen af karbon eller nitrogen eller begge dele til de forskellige materialer, som skal behandles.
Forskerne er inspireret af en metode, som er udviklet af Toyota, hvor man bruger saltbade til en lignende overfladebehandling. Metoden kan give overlegent slidfaste belægninger, men saltbade kræver megen vedligeholdelse, hvis man skal opnå ensartede resultater, ligesom de behandlede genstande skal efterbehandles.
TRD Surfaces’ direktør Mads Brink Laursen fortæller:
- Vi har arbejdet videre med en anden metode, som kan give et lignende resultat. Men i modsætning til saltbadene, som har den samme sammensætning ved hver behandling, kan vi variere behandlingen alt efter kundens behov. Vores metode er derfor mere fleksibel og kræver ingen vedligeholdelse, sådan som det er nødvendigt for, at forholdene i saltbadene er konstante. Vi bruger i stedet ovne og har heller ingen efterfølgende tidskrævende renseproces.
Forskellige behandlinger til forskellige materialer
For at få et nyt, slidstærkt materiale til at vokse ovenpå og ind i en genstand skal der være en vis mængde karbon eller nitrogen i genstandens metal. Hvis der er det, består behandlingen kun af et trin, nemlig en højtemperaturbehandling af genstanden i et pulveromslag, som indeholder metalliske komponenter, der har en større ”forkærlighed” for at danne en kemisk forbindelse med karbon eller nitrogen, end jern har. Krom, vanadium, niobium, titan, tantal eller wolfram vil meget gerne danne den slags karbider og nitrider.
- De forskellige karbider og nitrider har forskellige egenskaber, når man bruger dem i behandlingen, fortæller Mads Brink Laursen.
- I samarbejde med kunden finder vi ud af, hvilken type slid eller kombination af slid og fx rustdannelse deres genstande er udsat for. Og derefter vælger vi den rette behandling.
Også billige metalgenstande kan behandles
Hvis den genstand, som skal behandles, har et lavt indhold af karbon eller nitrogen, er det nødvendigt at udføre behandlingen i to trin, hvor første trin er at tilføje karbon eller nitrogen til genstanden, inden den egentlige behandling. Det kan fx være ved billige materialer, som ofte har et lavt indhold af karbon og/eller nitrogen. Derfor har man hos TRD Surfaces også store forventninger til denne del af behandlingen, fordi det giver mulighed for at overfladebehandle genstande af materialer, som ellers ikke ville være egnet til behandling.
Afhængigt af sammensætningen af grundmaterialet vil det dyrkede nitrid eller karbidlag være lige så hårdt som diamantlignende karboncoatings, det vil sige et materiale, som er modstandsdygtigt over for ekstremt slid.
Kilde: DTU
