Smart ytbeläggning kan möta klimatutmaningar
Billigare bränsleceller. Bromsskivor med längre livslängd. Miljövänligare bilar och jetflygplan. Ytskikt som skapas genom så kallad termisk sprutning kan göra stor skillnad för att öka hållbarheten och minska klimatpåverkan. Forskare vid Högskolan Väst använder suspensioner för att göra termisk sprutning ännu effektivare.
Forskare och företag jobbar på högtryck världen över för att hitta klimatsmarta lösningar inom olika produktområden. Termisk sprutning kan vara en lösning för en rad applikationer. Enkelt förklarat handlar det om att spruta ett nytt ytskikt på komponenter så att de får bättre egenskaper och blir mer hållbara.
Hållbara ytskikt med termisk sprutning
Termisk sprutning används för att lägga på nya ytskikt på komponenter så att de får bättre egenskaper eller nya funktioner. Tekniken används vid nyproduktion, reparation och underhåll.
Det fungerar ungefär som att sprutmåla, fast man använder ett upphettat material i pulverform som i hög hastighet skjuts på den yta man vill klä in. När det landar på ytan deformeras pulverpartiklarna och smetas ut som en tunn pannkaka som sedan stelnar. Man kan spruta flera lager ”pannkakor” och bygger då steg för steg upp en ny starkare yta.
Vanliga material är metall, metallegeringar, kompositer, keramer och polymerer. Det pulveriserade materialet kan även blandas med en vätska och användas för så kallad suspensionssprutning.
Efter närmare 30 års tillämpad forskning inom termisk sprutning har Högskolan Väst några av världens främsta forskare inom det här kompetensområdet.
Under flera år var forskningsarbetet fokuserat på gasturbiner i flygmotorer. Idag arbetar ett tiotal forskare med många fler applikationer och med nya material och tekniker. Högskolan Väst ligger i framkant inom termisk sprutning med suspension och var först i Europa med att skaffa utrustning som gör den forskningen möjlig. Nicolaie Markocsan, professor i produktionsteknik, är en av dem som forskar om suspensionssprutning för bland annat bränsleceller.
Billigare bränsleceller för fordon
– Suspensionssprutning skapar helt nya möjligheter och fördelar. Genom att spruta på en blandning av exempelvis nanomaterial och vatten eller alkohol kan man designa ytskikt med unika egenskaper. Det går att skapa mikrostrukturer som är porösa eller täta beroende på vilken funktion beläggningen ska ha, säger Nicolaie Markocsan.
Att tillverka bränsleceller av typen Solid Oxid Fuel Cells (SOFC) med suspensionssprutning är billigare och dessutom enklare att anpassa till storskalig produktion än med de tekniker som oftast används idag. Dessutom kan man använda bränsle av lägre kvalitet vilket gör att det blir billigare att använda SOFC-bränsleceller.
– Eftersom dagens bränsleceller för bilar är relativt dyra att producera kan den här tekniken öppna nya möjligheter för klimatsmarta bränsleceller i framtidens bilar. Andra intressanta applikationer är bränsleceller för mobila kraftverk, uppvärmningssystem för hus med mera.
Miljövänligare förbränningsmotorer
Även traditionella dieselmotorer i fordon kan bli mer miljövänliga med termisk sprutning. Genom att ytbelägga delar av motorn får den högre verkningsgrad och på så vis lägre bränsleförbrukning. Nicolaie Markocsan driver för närvarande ett forskningsprojekt om just detta tillsammans med Scania, Volvo Personvagnar och Volvo Lastvagnar.
– Det kan också vara intressant att lägga skyddande beläggningar i förbränningsmotorer för att de ska klara de nya fossilfria bränslen som kommer ut på marknaden. Den typen av bränslen kan slita mer på motordelarna.
Effektivare flygmotorer och elkraftverk
För att gasturbiner i flygmotorer och i elkraftverk ska bli mer klimatsmarta krävs att de klarar extremt höga temperaturer. Lösningen är att spruta ett skyddande ytskikt av exempelvis värmeisolerande keramiska material på de utsatta komponenterna. Det gör att bränslet förbränns effektivare och gasturbinerna ger lägre koldioxidutsläpp
Bromsskivor till fordon tillverkas idag mestadels av tunga stålmaterial som slits lätt. Även här kan termisk sprutning ge stora fördelar. Man kan välja tunnare och lättare material och genom att ytbelägga bromsskivorna blir de betydligt starkare och mer hållbara över tid. Det innebär också att bromsskivan blir mycket lättare än dagens traditionella bromsskiva.
Nicolaie Markocsan och hans forskarkolleger studerar även flera andra intressanta användningsområden.
– Det finns oändligt många sätt att förbättra produkter och öka deras livslängd genom att addera ett ytskikt med hjälp av termisk sprutning. Med olika material och metoder kan man designa nya egenskaper för att få en specifik funktion.
Här kan termisk sprutning ge bättre ytor
- Implantat kan förses med nya ytskikt som gör att kroppen lättare accepterar en titanskruv, en höftkula av metall eller andra material som är främmande för människokroppen. Högskolan Väst har tillsammans med Universitetet VIT i Indien forskat om detta.
- Vattentankar som beläggs med ett fotokatalytiskt ytskikt kan rena förorenat vatten. Något som kan vara användbart i områden med brist på färskvatten. Studier om detta har forskare på Högskolan Väst genomfört tillsammans med forskningsinstitutet Fraunhofer i Dresden.
- Komponenter som ofta utsätts för isbildning kan beläggas med vattenavvisande skikt som gör att vattnet inte stannar kvar på ytan och bildar is. Det här kan vara användbart inom flygindustrin, offshoreindustrin, vindenergibranschen med flera.
