1 / 18

Lézer hónolt felületek vizsgálata

Lézer hónolt felületek vizsgálata. Dr. Czinege Imre, Csizmazia Ferencné Dr., Dr. Solecki Levente Széchenyi István Egyetem. ANYAGVIZSGÁLAT A GYAKORLATBAN KONFERENCIA 2008. Június 4-5. Áttekintés. A lézer hónolás előnyei, alkalmazási területek Lézer hónolási technológiák

tamira
Download Presentation

Lézer hónolt felületek vizsgálata

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Lézer hónolt felületek vizsgálata Dr. Czinege Imre, Csizmazia Ferencné Dr., Dr. Solecki Levente Széchenyi István Egyetem ANYAGVIZSGÁLAT A GYAKORLATBAN KONFERENCIA 2008. Június 4-5.

  2. Áttekintés • A lézer hónolás előnyei, alkalmazási területek • Lézer hónolási technológiák • Lézer hónolt felületek vizsgálati feladatai • Vizsgálatok • Felület topológiai • Mikroszkópos • Pásztázó elektronmikroszkópos • Összefoglalás, következtetések Lézer hónolt felületek vizsgálata

  3. A lézer hónolás alkalmazása • Hagyományos hónolással az olajnak a felületen való megtapadását segítik • A hónoláskor keletkezett karcok nem előnyösek a kenés szempontjából (lásd a következő diát) • Ezért a hónolási karcok helyett olajzsákokat (zsebeket) alakítanak ki a felületen, erre legalkalmasabb eszköz a lézer sugaras kezelés • Alkalmazási területek (Gehring): Lézer hónolt felületek vizsgálata

  4. A henger-dugattyú kapcsolat tribológiai viszonyai Lokális olajzsákok képzése: Az olaj megmarad az üregekben Hagyományos hónolás: A dugattyúgyűrűmozgása kiszorítja az olajat a karcokból Dugattyúgyűrű Dugattyúgyűrű Dugattyú haladási iránya Érintkezés lehetséges (vegyes súrlódás) Dugattyúgyűrű úszik (hidrodimamikai kenés) Gyűrű Gyűrű

  5. Lézer hónolási minták és vizsgálati igényeik • Lézer kezelés szabályos geometriai alakzatok kialakítására • A felső holtpont közelében elhelyezkedő olajtároló terek (pl. GM) • Egész hengerfalra kiterjedő szabályos alakú olajzsákok (Forrás: www.gehring.de) • Vizsgálati igények • Alap hónolás geometriai/érdességi jellemzői • Olajzsák geometria (szélesség, mélység) • Felületi képekből értékelhető jellemzők • Üregek alakja, morfológiája • Olajterek létrehozása a mikroszerkezet lézeres kezelésével, a grafit kiégetésével (Forrás: Audi) • Vizsgálati igények • Alap hónolás geometriai/érdességi jellemzői • A lézerrel kiégetett grafit szemcsék alakja, mélysége • A fémes felület szerkezeti változásai a lézeres kezelés hatására Lézer hónolt felületek vizsgálata

  6. Vizsgálati technikák Topológia: • 3D felületi kép felvétele lézeres vagy tűs letapogatással, 10 nm felbontással, 0,5x0,5 μm lépésközzel (Taylor Hobson Talysurf CLI 2000) Képi és összetétel jellemzők: • Sztereo és optikai mikroszkóp (Zeiss) • Pásztázó elektronmikroszkóp, EDS (Hitachi, Bruker) Lézer hónolt felületek vizsgálata

  7. A felső holtpont közelében lévő olajtároló terek vizsgálata: érdesség Lézer hónolt felületek vizsgálata

  8. A felső holtpont közelében lévő olajtároló terek vizsgálata: olajzsák méretek Lézer hónolt felületek vizsgálata

  9. A felső holtpont közelében lévő olajtároló terek vizsgálata: morfológia Felső képsor: olajzsák részletei; N = 500x A jobb oldali képen hibás kiégés figyelhető meg Alsó kép: olajzsák széle és alja; N = 2000x A lézer sugár megolvasztja és elpárologtatja a fémet Lézer hónolt felületek vizsgálata

  10. A mikroszerkezet lézeres kezelése:Lézerezési technológia • Futófelület megvilágítás EXCIMER-Lézerrel • Hullámhossz 308 nm (UV) • Frekvencia300 Hz • Impulzus idő 25 ns • Lézer tulajdonságai • Szélesség 3,4 mm • Magasság6,5 mm • Intenzitás25 mJ/mm² • 4-szeresmegvilágítás • A hengerfelület kezelése • Motorblokk forgatás • Lézer ágyú tengelyirányú mozgatása • A besugárzott területek átlapolódnak Eredmény: Olaj fogyasztás jelentős csökkenése Kopás mértékének csökkenése Lézer hónolt felületek vizsgálata

  11. A mikroszerkezet lézeres kezelése: Folyamatok • Anyagleválasztás (elgőzölögtetés) • Grafit lamellák kinyitása • Kiég a grafit és kialakulnak a mikro-nyomáskamrák (olajzsákok) • Fémes felület megolvasztásakb. 1 μm mélyen, ennek hatása: • A felület tükrösödése • A nanokrisztallitos szövetszerkezetkialakulása a hirtelenmegszilárdulástól (szemcsenagyság ~100 nm) • Előnyök: • Az olajtároló zsákok magából a mikroszerkezetből jönnek létre • A fémes felület keménysége jelentősen megnő • Méréstechnikai nehézségek • A grafit lamellákban keletkezett bemélyedés néhány μm, a lamellák melletti fém perem kissé kiemelkedik – emiatt nehéz letapintani • A felületi réteg vastagsága 1 μm körüli érték Lézer hónolt felületek vizsgálata

  12. A mikroszerkezet lézeres kezelése: Felület topológia • A grafit lamelláknál keletkezett bemélyedések és a felület vizsgálata tűs letapogatással (0,6x0,6 mm2 felület; 0,5 μm lépésköz; 1,440.000 pont) • Néhány szemléletes mérési eredmény: • Ra=0,1156    Rz=4,209 Rq=0,2245 • A felület alap hónolása rendkívül finom, érdességet az 1-2 mikron mélységű grafit kiégések és perem kiemelkedések jelentenek Lézer hónolt felületek vizsgálata

  13. A mikroszerkezet lézeres kezelése: SEM vizsgálatok (1) • A képződmények jellegzetes alakját jól mutatják a BSE felvételek • A grafit lemezek széle jellegzetes domborulatot mutat Lézer hónolt felületek vizsgálata

  14. A mikroszerkezet lézeres kezelése: SEM vizsgálatok (2) • Hónolt és lézer kezelt felület összehasonlítása • A hónolt felület érdessége: Ra < 1 μm Lézer hónolt felületek vizsgálata

  15. A mikroszerkezet lézeres kezelése: Optikai mikroszkópos vizsgálat • A görbült felület miatt a felületi képek nem élesek • Megoldás: topológiai felvételek készítése különféle élességgel, majd ezek egyesítése térbeli képpé (Zeiss) N= 200x 500x 1000x Lézer hónolt felületek vizsgálata

  16. A mikroszerkezet lézeres kezelése:A felületi réteg vizsgálata (1) • A lézer kezelt réteg kimutatása: ~1 μm vastag réteg • Optikai mikroszkóp; N=1000x • SEM; N=1000x Lézer hónolt felületek vizsgálata

  17. A mikroszerkezet lézeres kezelése:A felületi réteg vizsgálata (2) • Hipotézis: a magas hőmérsékleten a réteg a levegőből nitrogént vesz fel, ez is növeli a keménységet. Az EDS vizsgálatok ezt nem mutatják ki, további elemzés szükséges. • Keménységvizsgálat extrém alacsony terheléssel (Uni Karlsruhe) • A mérés erő-benyomódás diagram felvételével történik • A görbékből látható, hogy a felületi réteg nagy keménységű • A nagy keménység a gyors hülés során kialakult nano szemcsékkel magyarázható Lézer hónolt felületek vizsgálata

  18. Összefoglalás • A lézeres kezelés előnyösen befolyásolja a felületek tribológiai viselkedését • A lézer hónolással kialakított szabályos mintázat minősítése a kezelés sikerességének megítélésére szolgál (geometria, üregek folytonossága) • A felületi mikroszerkezet megváltoztatására irányuló kezelés vizsgálata képet ad a kialakuló olajzsákok méretéről, eloszlásáról és a fémes réteg tulajdonságairól • A vizsgálatok érdekessége az, hogy μm nagyságú objektumokat kell minősíteni nanométer felbontású mérésekkel • Ezekhez a mérésekhez különleges vizsgálótechnika és csiszolat előkészítés szükséges KÖSZÖNJÜK SZÍVES FIGYELMÜKET Lézer hónolt felületek vizsgálata

More Related