Hoppa till huvudinnehåll

Materialteknik och karakterisering

Vi bedriver forskning inom materialteknik genom ett nära samarbete med materialteknikföretag och företag som tillverkar originalkomponenter. Tillsammans karakteriserar och utvärderar vi hela materialkonstruktionskedjan. Från hur tillverkningsprocesserna leder till mikrostruktur till hur materialegenskaperna relaterar till prestanda.
 

Avancerad karakterisering 

I forskningen använder vi ett flertal olika ljusmikroskop, bland annat ett Alicona InfiniteFocus 3D-topologiskt mikroskop som generar 3D rekonstruktioner av materialytorna. Detta ger högupplöst data av geometri, ytfinish och toleranser. I olika lab på campus har vi tillgång till flera svep- och transmissions-elektronmikroskop (SEM och TEM) med röntgen-energi-spektroskopi (XEDS) och diffraktion (EBSD och SAED). Vi tar vanligtvis fram prover genom planpolerade tvärsnitt eller med fokuserad jonstråle (FIB). Vårt nära samarbete med forskningsgrupper specialiserade på synkrotron- och neutrontekniker ger tillgång till de lokala världsledande anläggningarna MAX IV och ESS. Tillsammans utvecklar vi nya metoder för att utföra experiment som visar förändringar i kemi, mikrostruktur och belastningspåverkan, främst på industriellt relevant material i sina naturliga och aktiva miljöer. 

 

Scanning and Transmission Electron Microscopy

      

Korrosion 

Vår forskning om korrosion omfattar nästan hela TRL-kedjan, med särskilt fokus på de låga och höga nivåerna. För forskningen på höga TLR-nivåer har vi upprustat industriell processutrustning, till exempel en ArmField-pastöriseringsmaskin, med utrustning för bevakning av korrosionsförloppet. Vi kan både  accelerer industrirelevant och klassik korrosion, samt inducera elektrokemisk korrosion. Här studer vi olika material i olika industriella miljöer. I den lägre TRL-nivån använder vi anläggningar som MAX IV för att studera korrosionsmekanismer på helt nya sätt. Genom att använda extremt ytkänsliga tekniker kan data från de mycket tunna passiva oxiderna isoleras och dess roll identifieras.
 

   

ArmField pasteurization machine and photos of corrosion

   

Sammanfogning  

Vi har två huvudsakliga fokusområden inom forskningen kring sammanfogning. Dels att undersöka för att förstå underliggande mekanismer i befintliga sammanfogningstekniker, så som hårdlödning och diffusionsfogning. Dels att utveckla nya tekniska koncept som antingen klarar svåra material som hittills inte går att foga, eller koncept som ger upphov till bättre fogar. Vi samarbetar med företag som tillverkar svetsade, lödda och diffusionsfogade produkter. Genom avancerad karakterisering och detaljerad analys av kommersiella produkter och material från företagens R&D lägger vi ett kemiskt och mikrostrukturellt pussel för att kartlägga sekvensen av händelser som äger rum under sammanfogningen. Ett av de nya koncepten som vi utvecklar går ut på att använda kemiskt aktiva gaser för att inducera tillfälligt flytande metall i sammanfogningszonerna. Denna forskning sprungen ur, och drar stor nytta av, den världsledande forskningen om tillverkning av nanomaterial här i Lund.
 

   

microscopy images of joining techniques

   

Egenskaper, interaktion och prestanda 

Vi studerar interaktionen mellan verktyg och arbetsstycke för att hitta slitmekanismer och bildandet av, så kallade, Tool Protections Layers (TPL, verktygsskyddslager). Vi begränsar oss inte till de klassiga och allmänt beskrivna slitagemekanismerna, utan tar även hänsyn till kemiskt och diffusivt slitage. Här sker kemiska reaktioner i kontaktzonerna som i vissa fall leder till att nya och mekaniskt svaga faser bildas, som i sin tur orsakar slitaget. I andra fall sker en diffus förlust av vitala element, t.ex. Co i hårdmetall eller N och B i cBN, vilket leder till att verktyget helt enkelt går sönder. Bildandet av TPL är besläktat med kemiskt slitage, men här är den nybildade fasen fördelaktig, antingen som en mekaniskt starkare fas eller som en diffusionsbarriär som förhindrar skadlig diffusion. Vi studerar också kemiska och fysiska interaktioner vid sammanfogning, t.ex. svetsning och lödning, och material i korrosiva miljöer.
 

    

SEM images of Tool Protections Layers

     

Typiska resultat 

Resultaten från denna forskning omfattar observationer av skillnader i kemiskt beteende: längs verktygets olika ytor under operation, under avoxidering av industriella legeringar under lödning, kartläggning av belastningsmönster av lödningsfogar, och mekanismer som leder till gropkorrosion. Ett exempel från vår forskning om skärande bearbetning är en studie där vi kunde visa att vissa typer av karbider endast bildades i kontakten mellan verktyg och spåna, men inte alls i kontakten mellan verktyg och arbetsstycket. Denna observation visar på nya och hittills outforskade slitagemekanismer. I en annan studie visade vi att intermetalliska Co-, Ti- och W-faser bildades i helt olika områden längs kontaktzonen, vilket pekar på samma outforskade slitagemekanismer. Som ett exempel på deoxidation har vi visat att det amorfa Cr2O3-skiktet på rostfritt stål 316 börjar brytas ned vid cirka 620 °C i ultrahögvakuum. Detta skedde genom en gradvis övergång från Cr2O3 till metalliskt Cr, medan elementärt Si oxideras i stället. Avdunstning av SiO2 följde sedan och lämnade endast metalliskt Cr, Ni och Fe på ytan vid 850°C.

Filip Lenrick, filip.lenrick@iprod.lth.se​​​​​​​, 2022

Sidansvarig: web@iprod.lth.se | 2023-02-10