Przemysł drzewny może zyskać na implantacji jonów

Zęby piły tarczowej do drewna modyfikowanej za pomocą implantacji jonów (widoczne różnice w geometrii zębów). Po prawej zdjęcie mikroskopowe obrazujące różnice w zużyciu między narzędziem niemodyfikowanym (na górze) a udoskonalonym w NCBJ (na dole). Ciemniejsze obszary na dolnym zębie to odtwarzające się struktury amorficznego węgla. Zdjęcia mikroskopowe w kolorach sztucznych. Źródło: NCBJ/PORTA
Zęby piły tarczowej do drewna modyfikowanej za pomocą implantacji jonów (widoczne różnice w geometrii zębów). Po prawej zdjęcie mikroskopowe obrazujące różnice w zużyciu między narzędziem niemodyfikowanym (na górze) a udoskonalonym w NCBJ (na dole). Ciemniejsze obszary na dolnym zębie to odtwarzające się struktury amorficznego węgla. Zdjęcia mikroskopowe w kolorach sztucznych. Źródło: NCBJ/PORTA

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/

Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.

Czytaj także

  • Fot. Adobe Stock

    Ekspert: roboty trzeba nauczyć zasad fizyki rządzących światem

  • Fot. Adobe Stock

    Powstał program do sprawdzania, czy rozmawialiśmy online z prawdziwą osobą

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

newsletter

Zapraszamy do zapisania się do naszego newslettera