Minder slijtage dankzij aangepaste wrijvingscoëfficiënten van oppervlakken

De mogelijkheden met gestructureerde oppervlakken zijn enorm. Ze geven producten een toegevoegde waarde, waardoor die concurrentieel sterker staan. Via een reeks cases, die vertrekken vanuit de noden van verschillende sectoren, toont Sirris u het potentieel. Deze eerste case behandelt de aanpak van slijtage aan componenten in de maakindustrie via texturen.

Heel wat producten halen een groot deel van hun functionele eigenschappen uit de manier waarop hun oppervlakken de interactie aangaan met hun omgeving. Wat deze eigenschappen zijn, hangt af van sector tot sector. Zo produceren maakbedrijven allerlei componenten, gaande van gebruiksgoederen tot machines en auto’s, die onderhevig zijn aan slijtage door wrijving. Om deze wrijving aan te pakken, kan de wrijvingscoëfficiënt op maat worden aangepast via texturen of gereduceerd via coatings. In deze blog hebben we het over texturen.

Wrijvingscoëfficiënten op maat

Slijtage van de onderdelen heeft een grote invloed op de levensduur en efficiëntie van machines. Een mogelijke oorzaak van deze slijtage is wrijving tussen tegen elkaar bewegende componenten. Die kan verminderd worden door een textuur aan te brengen op het wrijvingsoppervlak. Ook een gecontroleerde wrijving, wat voor sommige toepassingen wenselijk is, behoort eveneens tot de mogelijkheden.

Componenten in een brede waaier aan toepassingen, waaronder auto’s, landbouwvoertuigen, vliegtuigen en machines, hebben vaak te lijden onder slijtage. Deze slijtage is een van de belangrijkste factoren in het bepalen van de levensduur en efficiëntie van deze machines, en dus uiteindelijk ook van hun kost. Een bepalende factor hierin is de wrijvingscoëfficiënt van een oppervlak: hoe hoger deze coëfficiënt, des te meer wrijving er ontstaat tussen de twee oppervlakken en dus ook meer slijtage na verloop van tijd.

Het is dus heel belangrijk dat we de wrijvingscoëfficiënten verlagen bij componenten die tegen elkaar aan bewegen. Tandwielen zijn hier een uitstekend voorbeeld van, zo ook lagerzittingen van assen en geleidingsrails. Een bijzondere technische toepassing, waarvoor we in plaats van te verlagen, de wrijvingscoëfficiënt willen kunnen controleren en een bepaald dynamisch gedrag bereiken, zijn CVT’s. Deze transmissies werken door middel van wrijving tussen twee schijven, en deze wrijving bepaalt op haar beurt het gedrag van de wagen.


3D-meting van lage-wrijving textuur (links) en bovenaanzicht van deze textuur (rechts)

Het gebruik van texturen laat toe om zowel de wrijvingscoëfficiënten te verlagen als ze te sturen. Ultrasnel gepulste lasers (fs, 10-15s) zijn ten zeerste interessant om deze aan te brengen, omdat ze aan 'koud' laserbewerken doen: er wordt geen hitte ingebracht in het stuk, en er worden ook geen smeltzones met breuken gevormd. Deze eigenschap is uiterst belangrijk in componenten die veelvuldig cyclisch belast worden. Ook kan men femtosecondelasers perfect gebruiken in harde materialen (gehard staal, hardmetalen of keramieken) en kan men er zelfs in of door coatings werken, ongeacht de aard van deze coatings.


Wrijvingskracht voor een gefreesd en getextureerd oppervlak

Initiële testen bij Sirris geven aan dat een holtestructuur met gaatjes van 200 µm en 150 µm van elkaar af en een diepte van 20 µm in een oliebad (zoals bijvoorbeeld bij tandwielen in een versnellingsbak of bij CVT’s) resulteert in een verlaging van de wrijvingscoëfficiënt met 75 procent. De grootte van de gaatjes, de afstand tussen de gaatjes en de diepte spelen hierbij een rol, waardoor het mogelijk is om de wrijvingscoëfficiënt af te stemmen op een bepaalde toepassing. Het is in het bijzonder zelfs mogelijk om stick-slip effecten te creëren, waardoor het overwinnen van een hoge statische wrijvingscoëfficiënt niet automatisch resulteert in een lagere dynamische wrijvingscoëfficiënt.

In een volgende blog bekijken we hoe wrijving en slijtage kunnen geminimaliseerd worden dankzij het gebruik van coatings. Wilt u op de hoogte blijven van onze reeks over functionele oppervlakken? Registreer u hier !

Tags: