Page 15 - SHY2012

Basic HTML Version

6/2007
[ www.shy-hitsaus.net ]
13
Erja Turunen ja Tommi Varis
Materiaalin toiminnallisuus eli funktionaalisuus voidaan jakaa kahteen eri
osaan: aktiivinen toiminnallisuus ja passiivinen toiminnallisuus. Aktiivisessa
toiminnallisuudessa materiaalilla on jonkinlainen vaste eli se reagoi ympä-
ristöönsä esimerkiksi lähettämällä signaalia, tai muuttamalla muotoaan tai
väriään. Passiivisesti toiminnallinen materiaali omaa joukon ominaisuuksia,
joita ei perinteisessä materiaaleissa ole aiemmin voitu yhdistää, kuten lujuus,
keveys, sitkeys tai vaikkapa itsepuhdistuvuus.
Tässä ar tikkelissa kerrotaan muutaman esi-
merkin avulla termisen ruiskutuksen mah-
dollisuuksista tuottaa erilaisia toiminnallisia
ja älykkäitä pintaratkaisuita. Esimerkit ovat
osa VTT:n termisen ruiskutustutkimuksen
toimintaa Espoon Otaniemessä.
Termisessä ruiskutuksessa pinnoite muodos-
tuu sulapisaroiden iskeytyessä kappaleen
pintaan ja jähmettymällä siihen lautasmai-
sina lamelleina. Muodostumismekanismin-
sa ansiosta termistä ruiskutusta voidaankin
soveltaa hyvin monella eri tavoin.
Passiivisen toiminnallisuuden esimerkeistä
voidaan mainita kiinteiden voiteluaineiden
seostaminen kovametallipinnoitteeseen, ka-
talyyttipintojen tuottaminen kaasutustekno-
logian tarpeisiin, fotokatalyyttisten pintojen
tuottaminen likaantumisen hallitsemiseksi,
räätälöityjen kuumaeroosio-korroosiopinto-
jen tuottaminen vaativiin käyttöolosuhteisiin
sekä erilaiset lämpöä tai säteilyä hallitusti
absorboivat tai hylkivät pinnoitteet.
Aktiivisen toiminnallisuuden puolella on ke-
hitetty erilaisia anturoivia pinnoiteratkaisuja.
Optisen kuidun kiinnittäminen on mahdollista
termisesti ruiskuttamalla, kuten kuvassa 1
on osoitettu. Optista kuitua voidaan käyt-
tää lämpötilan monitoroimiseen hyvinkin
tarkasti. Parhaimmillaan lämpötila saadaan
mitattua muutaman kymmenen senttimetrin
välein. Kiinnittämällä metrihinnaltaan hyvin-
kin edullista kuitua suojapinnoitteen sisään
voidaan aikaansaada pinnoitteita, jotka pys-
tyvät antamaan tarkkoja lämpötilalukemia
koko komponentin pinnasta. Mitatusta raa-
katiedosta voidaan luoda lämpötilakar ttoja
ja näin hallita eri prosessilaitteiden kuntoa
tai toimintaa.
Termistä ruiskutusta voidaan käyttää myös
erilaisten kuvioiden valmistamiseen. VTT te-
kee yhteistyötä yhdysvaltalaisen Stony Broo-
kin yliopistosta lähtöisin olevan yrityksen,
Mesoscribe Inc, kanssa. Kehitetyllä mikrop-
lasmateknologiaan perustuvalla ruiskulla voi-
daan laajojen pintojen pinnoittamisen sijaan
piir tää ohutta, parhaimmillaan n 100 μm:n
levyistä viivaa ja tällä tavalla tuottaa erilaisia
anturirakenteita. Tällä hetkellä pääaktiviteetit
ovat erilaiset lämpötila-anturit, venymäanturit
ja antennirakenteet. Kuvassa 2 on esitetty
termoelementti kuvioituna kaasuturbiinin
siiven pintaan.
Menetelmän etuina ovat mahdollisuus tuot-
taa metallikuviointia monimuotoisten ja ma-
teriaaliltaan erilaisten kappaleiden pintaan.
Polymeerit, puu ja tekstiilit ovat kaikki jo
demonstroituja alustamateriaaleja perintei-
sempien metalli ja keraamipintojen lisäksi.
Toisena etuna voidaan pitää sitä, että kuvi-
ointi on valmis heti valmistuksen jälkeen eikä
jälkikäsittelyjä, kuten sintrausta tarvita,
Termisen ruiskutuksen etuna on teknolo-
gian joustavuuden tarjoamat moniulotteiset
mahdollisuudet. Toki haasteita materiaalin
prosessoinnin, muodostuvan pinnoitteen
laadun ja materiaalien suhteen on useita,
mutta monet näistä haasteista on kuitenkin
voitettavissa systemaattisella kehitystyöllä.
Tämän vuoksi voidaankin ajatella, että tule-
vaisuuden terminen ruiskutus on tulvillaan
vielä hyödyntämättömiä sovelluksia.
Erja Turunen
Tommi Varis
VTT
Tampere
Toiminnallisuutta ja älyä pintaan
termisesti ruiskuttamalla
Kuva 1. Optinen kuitu integroituna termi-
sesti ruiskutetun metalliseospinnoitteen
sisään.
Kuva 2. Termoelementti kuvioituna kaasu-
turbiinin siiven pintaan.