Alumiinirakenteiden kulumiskestävyyden parantaminen laserpintakäsittelyillä

Abstract

Alumiini on pienen ominaispainonsa, hyvän korroosiokestävyytensä ja muotoiltavuutensa ansiosta runsaasti käytetty materiaali niin koneenosissa, kuin monissa muissakin rakenteissa. Alumiinin pehmeys ja huono kulumiskestävyys ovat rajoittaneet sen käyttöä.

Alumiinin kovuuden ja kulumiskestävyyden parantaminen laajentaisi sen käyttömahdollisuuksia. Laserpintakäsittelymenetelmien käyttö on potentiaalinen, mutta vielä vähän tutkittu keino alumiinin kulumiskestävyyden parantamiseksi.

Diplomityön teoriaosassa käsitellään materiaalin eri kulumismekanismeja, kohdemateriaali alumiinin ominaisuuksia ja tarkastellaan keinoja parantaa kulumiskestävyyttä sekä perinteisillä tekniikoilla että erityisesti lasertekniikoiden avulla.

Diplomityön kokeellisessa osassa tehtiin laserpintakäsittelykokeita Nd:YAG-laserilla tavoitteena kovuuden ja kulumiskestävyyden parantaminen. Parhaat tulokset saavutettiin laserpinnanseostustekniikalla nikkelipohjaisella Inconel 625-seosaineella.

Diplomityössä tehdyissä kokeissa saavutettiin yli 10-kertainen alumiinin pinnankovuus verrattuna käsittelemättömään perusaineeseen. Abrasiivinen kulumiskestävyys parantui parhaimmillaan yli kolminkertaiseksi verrattuna käsittelemättömään alumiiniin ja anodisoituihin vertailukappaleisiin. Tutkimuksessa määriteltiin myös parametrialue kokeissa käytetyille perus- ja lisäaineelle. Diplomityössä tehdyt kokeet toimivat hyvänä pohjana jatkokokeille.

Aluminium is a widely used material in mechanical parts and many other structures, because of its low specific weight, good corrosion resistance and good shaping properties. Softness and poor wear resistance have limited the use of aluminium.

Improving hardness and wear resistance of aluminium will extend its potential usage. Laser surface treatment is a potential method, however its use in improving the wear resistance of aluminium has not been extensively studied.

The theoretical part of this master’s thesis concentrates on the wear mechanisms of materials and the properties of aluminium. Methods to improve wear resistance by conventional processes and especially by laser techniques have been studied.

In the experimental part of the master’s thesis Nd:YAG laser surface treatments tests were carried out in order to enhance hardness and wear resistance. The best results were reached with a laser surface alloying technique by using Inconel 625 powder.

The experiments show that the hardness of aluminium can be increased tenfold by using laser surface alloying method. The abrasive wear resistance was over 3-times higher than the wear resistance of untreated base material or anodised base material. A parameter window was defined for base and additional material used in tests. Performed experiments act as good groundwork for future additional tests