Om utvikling av selvsmørende flater ved hjelp av mikroskopiske, polymer kapsler i et belegg: - Flytende smøremidler kan erstattes av smørefylte kapsler i et belegg, sier forskningsleder Heidi Johnsen og forsker Sergio Armada. (Bilde: Nils Erik Langva)

SELVSMØRENDE METALL

Får metall til å smøre seg selv

Sintef-forskere vekker internasjonal oppmerksomhet.

Konseptet

  • Konseptet med å utvikle selvsmørende belegg ble født i en vitenskapelig diskusjon mellom forskere med erfaring i tribologi og beleggproduksjon (Institutt for produktutvikling og materialer ved NTNU og Avdeling for Anvendt mekanikk og korrosjon i Sintef), og kapselutvikling (Avdeling for Syntese og egenskaper og Avdeling for Energikonvertering og materialer i Sintef).
  • Å produsere disse beleggene er relativt enkelt, og det er basert på innkapsling av en valgt væske (som kan være smøremidler, medisin, fargede løsninger osv.) i en kapsel.
  • Kapslene kan lages med ulike materialer og i ulike størrelser. Disse kapslene er homogent fordelt i belegget og væskekomponenten kan frigis når det er nødvendig.

 

Mangel på smøremiddel kan fort bli «den siste olje» for bevegelige metallflater, med andre ord totalhavari på grunn av uteblitt vedlikehold.

Samarbeid

Men selvsmørende, bevegelige deler er nå muliggjort ved at konseptet med selvreparerende flater er bragt et skritt videre av forskerne Ruth Schmid og Sergio Armada, sammen med forskningsleder Heidi Johnsen, alle sammen ved Sintef Materialer og kjemi i Trondheim.

De har samarbeidet med Nuria Espallargas ved NTNU om det nye konseptet.

– Vi kan ikke hevde vi har forhindret ethvert totalhavari der bevegelige deler er involverte, men kan vel tillate oss å mene at bidraget vårt er en god hjelp i så måte, smiler Sergio Armada.

Les også: Norsk teknologi kan gi titan-gjennombrudd

Flere gjennombrudd

Prosjektet innebærer gjennombrudd på flere områder, og industri og mulige produsenter har allerede meldt sin interesse, faktisk helt fra USA, India og Europa. Og det skjer allerede før produktet er forsøkt kommersialisert.

Løsningen som er forsket frem, består av polymere kapsler i mikroskopisk størrelse fordelt i et belegg. Kapslene kan inneholde mange typer kommersielle, flytende smøremidler, som blir frigitt fra kapslene når belegget, inkludert kapslene, blir utsatt for slitasje.

Labforsøk har vist at friksjonen sank betydelig ved bruk, og at smøreeffekten er like god som når smøremiddelet påføres med tradisjonell smørekanne.

Dårlig vedlikehold gir alle typer næringsliv enorme utgifter, noe som mer enn antyder vesentlige besparelser med en automatisert smøring, mener forskerne. Overfor Teknisk Ukeblad peker de også på at automatikken gir anledning til innsparinger på personellkostnader.

Les også: Dette flyet bruker mye mindre drivstoff

2-3 mikrometer

Mange husker kanskje nyhetsoppslagene for et par år siden da en måpende offentlighet ble opplyst at tyske forskere, fra Fraunhofer Institut i Stuttgart og universitetet i Duisburg-Essen, hadde utviklet selvreparerende metaller.

Påføringen av materialet, som skulle tre i funksjon og reparere for eksempel brudd i en metallflate, skjedde ved en elektrisk metode. Nyheten ved prosessen utviklet ved Sintef og NTNU er at den åpner nye muligheter for å lage alle slags belegg som metalliske, polymer, keramiske eller kombinasjoner av dem.

Kapslene kan påføres sammen med belegget i en termisk sprøyteprosess, som gir en bredere anvendelse enn elektriske metoder.

Dessuten er kapslene så små at de i praktisk anvendelse har vist seg ikke å representere noe problem ved tetting av dyser under påsprøyting. Egenskapene ved kapslene må være slik at de ikke oppløses for raskt.

Forskerne ved Sintef har dessuten klart å fremstille de bittesmå, smøremiddelfylte kapsler i bare ett trinn. Størrelsen er i gjennomsnitt bare 2–3 mikrometer, og når kapslene er fordelt i vann, fortoner væsken seg for det blotte øye som et glass melk.

Forskerne ved Sintef har dessuten klart å fremstille de bittesmå, smøremiddelfylte kapsler i bare ett trinn. Størrelsen er i gjennomsnitt bare 2–3 mikrometer, og når kapslene er fordelt i vann, fortoner væsken seg for det blotte øye som et glass melk.Forskningsleder Heidi Johnsen og forsker Sergio Armada ved apparatet der de første kapslene ble testet.

Les også: Verdens sterkeste magnet er norsk

Internt prosjekt

Utviklingen begynte som et internt prosjekt der forskere innenfor tribologi (slitasje, friksjon og smøring) ved Sintef og NTNU i Trondheim har brukt to år for å utvikle kompetanse for termisk sprøyting av selvsmørende belegg som inneholder flytende midler.

– Nytteverdien får man eksempelvis både i større industriprodukter som vindturbiner, eller i medisinske implantater, som knær og hofter. Væsken inne i kapsler kan skreddersys til en rekke formål, da kan vi i høyeste grad si at kun fantasien er begrensningen, mener forskningsleder Heidi Johnsen.

Prosjektet er avsluttet, men man forsøker nå å videreutvikle konseptet sammen med interesserte partnere fra industri.

Les også:

Dette er verdens minste ledning i silisium

Slåss om patenter til nytt supermateriale  

Hardangerbrua blir første norske bru med støtdemper