Čeští vědci vyvíjejí takzvané superpovlaky. Tým profesora Tomáše Polcara z katedry řídící techniky Fakulty elektrotechnické ČVUT chce vyvinout velmi tenkou vrstvu, která by mohla snižovat tření například při obrábění tvrdých slitin a materiálů. Mohla by pomáhat i v automobilovém průmyslu, kde by snižovala tření pístů v motoru, a tím omezila spotřebu oleje.
„Představte si motorový olej, který musíte dolévat v autě, aby se snížilo tření a chladily povrchy v převodovce. Stejnou roli plní samovazná vrstva, jejíž tloušťka je asi jeden mikron, je tedy přibližně 50krát tenčí než lidský vlas. Dokáže snížit tření natolik, že může plně nahradit motorový olej,“ vysvětluje profesor Tomáš Polcar z Fakulty elektrotechnické ČVUT.
Jeho tým získal téměř stomilionový grant na pětiletý projekt výzkumu a vývoje takzvaného superpovlaku. Ten by měl pomáhat nejen třeba v automobilovém průmyslu, ale také při vylepšování vlastností obráběcích strojů.
Vydrží i 1000 °C
„Kontaktní tlaky a teploty při obrábění oceli nebo kvalitní slitiny jsou extrémní, třeba i tisíc stupňů Celsia. Proto musíme připravit takový materiál, který za těchto podmínek nejenže bude chránit nástroj, ale zároveň sníží tření,“ popisuje vědec. Jeho tým se tuto nanovrstvu snaží vytvořit pomocí počítačových simulací.
Zjednodušeně řečeno zkoumá, jak na sebe správně navrstvit atomy a vytvořit speciální nanokomposit. „Myšlenka je přidávat do vrstvy malou část prvků, může to být například stříbro nebo vanad, které budou difundovat na povrch a tam vytvoří extrémně tenkou mazací vrstvičku tekutého oxidu vanadu. Takže vlastně nahradíme klasický lubrikant něčím, co se stane lubrikantem až třeba při teplotě 700 stupňů,“ vysvětluje Tomáš Polcar.
Vědci z ČVUT tedy nejdříve v počítači nasimulují, jak složit atomy různých látek do požadované tenké vrstvy superpovlaku a ten následně vyrobí v zařízení na takzvané magnetronové naprašování.
Klíčová je přilnavost
Na výzkumu se kromě Fakulty elektrotechnické a Fakulty strojní ČVUT bude podílet i společnost Hofmeister. Ta bude jednak testovat vyvinuté superpovlaky na obráběcích strojích a bude se také snažit ještě zvýšit jejich účinnost.
Společnost zkouší, jak pomocí laseru upravit povrch obráběcích nástrojů tak, aby na nich superpovlaky lidově řečeno lépe držely. Ve firmě Hofmeister k tomu využívají takzvanou studenou ablaci – velmi slabý laserový paprsek při ní odtavuje nebo odpařuje jen několik mikrometrů tenkou vrstvu z testovaného materiálu a vytváří na něm speciální strukturu.
„Naším cílem je získat co nejvyšší adhezi, tedy přilnavost vrstvy na základním substrátu. Kdyby adheze mezi nástrojem a povlakem nebyla dostatečná, degradovaly by se vlastnosti a využití povlaku v praxi,“ říká Pavel Kožmín ze společnosti Hofmiester.
Kosmický průmysl
Superovlaky by mohly pomáhat třeba při obrábění slitin titanu nebo kompozitových materiálů, které se používají například v leteckém nebo kosmickém průmyslu. „Tyto materiály jsou velmi těžko obrobitelné, což znamená, že trvanlivost břitu se v současné době pohybuje v jednotkách minut. Naším cílem je ji alespoň dvakrát prodloužit,“ vysvětluje Pavel Kožmín. Tím by se snížily náklady na obrábění těchto materiálů.