1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1. Téma MODIFIKÁCIA TRECÍCH POVRCHOV UMELO VYTVÁRANÝMI ŠTRUKTÚRAMI. vypracoval: Jurečka Jaroslav 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2. Obsah Téma Obsah Úvod Spôsoby tvorenia štruktúr Litografický a chemický procces Laser texturing Mechanické obrábanie Funkcie textúr Parametre textúr Vplyv orientácie a tvaru textúr Vplyv hlbky a tvaru textúr Záver 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

3. Úvod Modifikácia trecích povrchov umelo vytváranými štruktúrami. Jedná sa o úpravu povrchov ktorou môžeme znížit trenie a zvýsšit unavovú životnosť pomocou vytvorených geometrických útvarov na povrchu telesa. (a) (b) Obr.1: Laserové textúrovanie uhlíku (a)75 μm priemer (b)75 μm priemer x 200 μm vysoké stĺpce http://www.mlpc.com/documents/laser_surface_texture.pdf 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

4. Spôsoby tvorenia štruktúr Spôsobov vytvárania štruktúr je niekoľko ale nie všetky sa dajú použit na každý materiál - Jednou z možností je litografický proces alebo leptanie ale je použitelný len na určité typi materiálov - V dnešnej dobe najčastejšie používaným spôsobom je laser texturing – tento spôsob zvládne vetšinu dnes používaných povrchov - Dalšou možnostou je mechanické obrábanie povrchu ale kedže ide vetšinou o velmi malé štruktúri na tento účel sa príliš nevyužíva. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

5. Litografický a chemický procces Pojednáva sa o bežný litografický proces používaný hlavne na kremíkové materiáli ale kedže sa tieto materiáli sa bežne do trecích sústav nepoužívaju majú využitie hlavne experimentálne. Obr.1: Povrchová textúra (a) žliabkovaná (b) so štvorcovím vzorom , obidve s 25% pokritím U. Pettersson, S. Jacobson / Tribology International 36 (2003) 857–864 Výhodou tohto spôsobu je jeho presnost a jednoduchosť na vytvorenie rôznych tvarov textúr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

6. Laser Texturing Tento spôsob vytvárania textúr je v poslednej dobe najviac preferovaný. Môžeme pomocou neho vytvárat textúri na skoro všetkých typoch meteriálov. Čo je veľká výhoda napríklad pri textúrovaní povlakov. Kontrolovaním laserového paprsku sme schopný dosiahnuť presnú hĺbku , polomer a hustotu pórov na povrchu. Obr.2: Kráteri v DLC povlaku vytvorený 20 pulsami pri 0,8 J/cm2 (vlavo) a jedným pulsom pri 2,8 J/cm2 (vpravo) G. Dumitru et al. / Diamond and Related Materials 12 (2003) 1034–1040 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

7. Mechanické obrábanie Mechanické obrábanie na vytváranie textúr nie je časté , hlavne kôli potrebe vytvárať textúri micrometrických veľkostí. Ale je jednou z možností keď obidva predchádzajúce prípady sú tažko použitelné. Obr.4: Micrografická ilustrácia vlnitéj textúry 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

8. Funkcie textúr Textúri majú v trecom procese niekoľko funkcií a) Slúžia na zachytávanie micro-častíc vznikajúcich opotrebovávaním povrchov a vďaka tomu sa tieto častice ďalej nepodielajú na poškodzovaní povrchov b) vytváraju micro-reservoár s mazivom a zlepšujú tak podmienky pri vznikaní mazacieho filmu v kontakte Obr.5: SEN obrázok stopy opotrebenia na TiN povlakovaných povrchoch (a) netextúrované (b) textúrované 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

9. Parametre textúr Parametry textúr sú dosť závysle od toho na aký materiál ich nanášame a aký spôsob mazania v kontakte prebieha - Niekoľko základných parametrov : a) hĺbka microštruktúri b) polomer alebo dĺžka a šírka strany c) hustota zaplnenia povrchu d) orientácia k smeru pohybu Obr.6: Vplyv orientácie na opotrebovávanie pod medzným mazaním je veľmi silný aj pre štvorcovú textúru. (a) 20µm štvorcovaný povrch orientovaný pozdĺž cyklyckého pohybu (b) 20 µm štvorcový povrch natočený 30° k smeru cyklyckého pohybu U. Pettersson, S. Jacobson/Friction and wear properties 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

10. Vplyv orientácie a tvaru textúr Na Obr.7. je zhrnutý vplyv textúrovaného porchu pri medznom mazaní. Krúžky reprezentujú elastickú kontaktnú oblasť podľa Hertzových výpočtov so zaťažením 5N na ocelovom ložisku po kremíku (s 1 µm povlakom). Priemer kontaktnej plochy je 120 µm. Priehlbne maju tri rôzne hlbky 5,20 a 50µm Obr.7. U. Pettersson, S. Jacobson/Friction and wear properties 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

11. Vplyv hlbky a tvaru textúr Hĺbka textúri je veľmi dôležitým parametrom hlavne u povlakov. Kedže povlaky maju väčšinou na hrúbku iba pár mikrometrov nemala by hĺbka textúry prekročit túto hrúbku pretože by mohlo dôjst k rýchlejšiemu opotrebovaniu povlaku. Ďalej aj hrana textúry môže mať značný vplyv na rýchlosť opotrebenia trecích plôch. Ak je hrana ostrá spôsobuje väčšie opotrebenie povrchu súčiastky ktorá sa pohybuje po textúrovanom povrchu. Obr.8: Kompletne penetrovaný kráter v DLC povlaku (10 x 1:9 J/cm2) je viditeľný kremikový substrát. G. Dumitru et al. / Applied Surface Science 222 (2004) 226–233 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

12. Záver Modifikácia trecích povrchov umelo vytváranými štruktúrami ako je napríklad laser texturing je zaujímavou voľbou na zlepšenie trecích vlastností materíalov a tieto technológie sa ešte len začínajú študovať vo väčšej mierke. Preto možme očakávať zlepšovanie ich schopností do budúcnosti. Dakujem za pozornosť 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12