Piły tarczowe udoskonalone za pomocą implantacji jonów azotu mają trzykrotnie większą żywotność od tradycyjnych – ustalili naukowcy z NCBJ i SGGW. Podczas cięcia drewna na powierzchni zmodyfikowanego narzędzia samoistnie tworzy się rodzaj smaru, zmniejszającego tarcie.
Jak poinformowało Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku, inżynierowie planują wykonać niewielkie serie narzędzi modyfikowanych tą metodą dla celów badawczo-wdrożeniowych. W przyszłości może ona wpłynąć na optymalizację procesów produkcyjnych w przemyśle drzewnym.
Testy przemysłowe pokazały, że podczas pracy z materiałem drewnopochodnym powierzchnia tarcz pił zmodyfikowanych azotem pokrywa się wtórnymi strukturami zawierającymi węgiel pozbawiony struktury krystalicznej. Zdaniem naukowców z NCBJ, struktury te są odpowiedzialne za zmniejszanie współczynnika tarcia powierzchni tnącej. To z kolei istotnie wydłużyło żywotność narzędzi. Badania zaowocowały artykułem w czasopiśmie „Applied Sciences”.
PRAKTYCZNIE NIESKOŃCZONA TRWAŁOŚĆ NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH
„Choć wspomniane struktury z węgla amorficznego, zwane filmem surfingowym, zużywają się jak każdy element narażony na tarcie, to jednocześnie mają tendencję do odbudowywania się w interakcji z ciętym materiałem. Mamy więc tu coś w rodzaju smaru, który tworzy się samoczynnie” - mówi dr Marek Barlak z Zakładu Technologii Plazmowych i Jonowych NCBJ cytowany w materiale prasowym.
Dr Jacek Wilkowski z Katedry Mechanicznej Obróbki Drewna SGGW ocenia, że jest to „droga do praktycznie nieskończonej trwałości narzędzi skrawających”, pod warunkiem stałego dopływu energii i materii.
„Dzięki implantacji jonów azotu żywotność tarcz zmodyfikowanych wzrosła mniej więcej trzykrotnie w stosunku do tarcz referencyjnych” – szacują naukowcy z NCBJ i SGGW. Dodają, że żywotność ta jest stała, co w warunkach przemysłowych ułatwi wymianę zużytych narzędzi i optymalizację procesów produkcyjnych.
POPRAWIANIE POWIERZCHNI O SKOMPLIKOWANEJ GEOMETRII
Implantacja jonów polega na precyzyjnie kontrolowanym wprowadzaniu jonów domieszki w warstwę powierzchniową przedmiotu w celu poprawienia jej parametrów użytkowych. Proces, przeprowadzany w urządzeniu nazywanym implantatorem, rozpoczyna się od wytworzenia jonów. Uwolnione ze źródła, są one następnie rozpędzane w polu elektrycznym do energii kinetycznej dobranej adekwatnie do zamierzonej głębokości implantacji i rodzaju materiału tarczy. Po uformowaniu jonów w wiązkę obrabiany przedmiot zostaje wprowadzony w jej bieg na ściśle ustalony czas. Aby wiązka się nie rozpraszała, cały proces jest realizowany w komorze próżniowej.
W NCBJ modyfikacjom poddano piły tarczowe używane przez firmę Porta do formatowania ościeżnic drzwiowych. Wiązkę jonów azotu w implantatorze kierowano na zęby powoli obracającej się tarczy. Po upływie założonego czasu implantacji zabieg wznawiano w zmienionej konfiguracji tarcza-wiązka.
Zmodyfikowane tarcze sprawdzano następnie w rzeczywistych zastosowaniach przemysłowych - każdą w parze z odpowiadającą jej „zwykłą” tarczą, pracującą tak samo długo, w tych samych warunkach i na tych samych materiałach drewnopodobnych. Po zakończeniu testów tarcze zbadano w laboratorium SGGW. (PAP)
Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk
kol/ bar/
