Nano-pulver förtätar sinterstål

Presentation

Lars Nyborg, professor i ytteknik vid Chalmers tekniska högskola. Foto: Patrik Bergenstav
Lars Nyborg, professor i ytteknik vid Chalmers tekniska högskola. Foto: Patrik Bergenstav
Hela 25% av världens metallpulver tillverkas i Sverige och potentialen för att vidareutveckla och utöka användningsområdena är enorm. Hittills har utmaningen legat i materialets porösa egenskaper, men nu utvecklar forskare sätt att framställa tätare pulverbaserade material.

Projektet Nanoteknikstödd tillverkning av högpresterande sinterstål siktar på att skapa nya sätt att framställa sinterstål med inslag av nanopulver, vilket skulle bana väg för nya sinterstål.
– Projektet syftar till att skapa helt nya sätt att tillverka nya material. Pulverindustrin är en mycket viktig industriell verksamhet i Sverige, och i och med denna forskning finns potentialen att tillföra nya innovationer, vilket i förlängningen både industrin och slutanvändarna kommer att få nytta av inom en mängd olika tillämpningar, berättar Lars Nyborg, professor i ytteknik och ledare för arbetet.

Nära samverkan med industrin
Projektet är ett samarbete mellan Chalmers, Lunds universitet, KTH och Uppsala universitet. I slutet av 2018 väntar en halvtidsutvärdering på Chalmers; pulverteknik är ett resurssnålt sätt att skapa en slutprodukt och framöver står forskarna i begrepp att utforma demonstrationsobjekt i form av kuggapplikationer. Kärnan i forskningen handlar om att styra sintringsprocesserna för att förtäta materialen till nära nog full täthet, och det handlar i sin tur om att förstå pulverytorna och mekanismerna kring detta i detalj.
– Via avancerad mikroskopi och ytanalys har vi funnit ett sätt att utnyttja nanopulver på ett nytt och mycket effektivt sätt, vilket skulle kunna användas som tillsats till vanligt pulver för att förstärka krympningen vid sintringen och därmed skapa möjligheter att på helt nya sätt sintra och eliminera porer. Detta är ett arbete som utförs i nära samverkan med industrin och vi tittar på hela kedjan från råmaterial och processutveckling till produkt­egenskaper, tillverkning, hållbarhet och ekonomi. Här finns stora vinster att göra, säger Lars.

Carin Andersson, professor i industriell produktion vid Lunds universitet.
Carin Andersson, professor i industriell produktion vid Lunds universitet.
Kostnadseffektiva produktionssystem
I Lund leds forskningen av Carin Andersson, professor i industriell produktion vid Lunds universitet. Hon har lång bakgrund inom området och har varit inriktad på såväl forskning om kuggbearbetning och produktionsutveckling som hur man bäst bygger kostnadseffektiva produktionssystem.
− Detta är en förutsättning för att kunna ta den teknik Lars har berättat om, alltså att introducera nanopartiklar i pulver, till industriell användning. Det som är intressant att undersöka i detta projekt är hur kostnadseffektiv och hållbar den nya tekniken verkligen är jämfört med det konventionella sättet att tillverka kugghjul. Tekniken har stor potential att etablera hållbarare och kostnadseffektivare tillverkning, men hittills har ingen undersökt detta på djupet. Därför fokuserar vi i Lund på att bygga beslutsmodeller och samla information som hjälper oss att beräkna kostnad, värde och hållbarhet.

Stort intresse från industrin
Gruppen har inlett sitt arbete med att granska konventionella tekniker och vad som driver kostnaderna där, men kommer framöver att vända blicken mot den nya pulvertekniken. Arbetet är komplext och även om intresset från industrin är stort är det få aktörer som vågar gå först och använda nya metoder.
− Det är alltid en risk med nya tekniker – kommer man att få ett material som uppfyller samma krav på kvalitet som det man redan har? Vem ska våga ta riskerna och hantera barnsjukdomarna med ny teknologi? Vi har modeller och metoder som vi använder och utvecklar för att kunna göra djupgående analyser för att förbereda pulvertekniken för industrialisering – att vår forskning är industrirelevant är en käpphäst för mig. Vi tror att svensk industri kan dra stor nytta av att den här tekniken, när den kommer ut på marknaden. Redan från projektstart har vi haft metallpulvertillverkare som samarbetspartners, och vi letar just nu efter nya samarbeten med pulverkomponenttillverkare.

Ett högaktuellt projekt
Framöver kommer forskargruppens arbete att gå längs två huvudspår; det ena är som redan nämnts att analysera kostnaderna för både konventionell och ny teknik i förhållande till kvalitet, emedan det andra är att undersöka hållbarheten i de två processerna för att framställa kugghjul.
− Det är högaktuellt, i synnerhet med tanke på FN:s 17 nya Sustainable Development Goals (SDG). Företagen blir mer och mer uppmärksamma och vill utveckla sina strategier och lösningar för att öka hållbarheten, så vårt projekt ligger helt rätt i tiden, vilket är väldigt spännande, avslutar Carin.

Nanoteknikstödd tillverkning av högpresterande sinterstål
Projektet syftar till att matcha behoven inom framtida hållbar tillverkning av komplexa komponenter genom pressning och sintring. För att möjliggöra detta krävs utveckling av sinterstål med förbättrad prestanda genom ökad täthet. Detta kompletteras med studier av sinterstålproduktens ytegenskaper och analys/modellering av tillverkningsekonomi och hållbarhetsfaktorer.
E-post: lars.nyborg@chalmers.se

Publicerad: 26 juni, 2018