Vauriosietoisuuden määrittäminen parantaa komponentin käyttöiän ennustettavuutta
Termisesti ruiskutettu keraamipinnoite on kompleksinen systeemi, jonka vaurioituminen riippuu useasta tekijästä niin materiaalin ominaisuuksissa kuin prosessointiolosuhteissakin. Jotta pinnoitteen elinikää voidaan pidentää, on otettava huomioon sovelluksen vaatimukset ja valmistuksen mahdollisuudet. Jarkko Kiilakoski kehitti väitöstyössään menetelmiä termisesti ruiskutetun keraamipinnoitteen vauriosietoisuuden määrittämiseksi ja kehittämiseksi.
Termisesti ruiskutetut keraamipinnoitteet ovat yleisesti käytössä valmistavassa teollisuudessa sellaisissa ympäristöissä, joissa on korkeita lämpötiloja, kemikaaleja ja mekaanista kulutusta. Keraamisten pinnoitteiden heikkous on niiden hauraus, josta johtuen pienikin riittävän voimakas isku voi rikkoa koko komponentin ja sitä kautta tehdä kaluston käyttökelvottomaksi. Vauriosietoisuus on ominaisuus, jota ei voi yleisesti päätellä muista pinnoiteominaisuuksista, eikä sen mittaamiseksi pinnoitteesta ole toistaiseksi menetelmiä.
– Vauriosietoisuutta on osattu mitata pitkään perinteisistä materiaaliryhmistä, kuten keraameista, metalleista ja polymeereista. Pinnoitteiden kohdalla mittaamisen vaikeus liittyy niiden suhteellisen pieneen mittakaavaan. Kun pinnoitteen paksuus on 0,3 millimetrin luokkaa 10–100 kertaa paksumman pohjamateriaalin päällä, pitää olla tarkkana kumman ominaisuuksia lopulta mitataan, Jarkko Kiilakoski valottaa lehdistötiedotteessa.
Kiilakoski tutki väitöskirjassaan mittausmenetelmiä erilaisiin mekaanisiin olosuhteisiin: korkean nopeuden ja energian iskuja, hidasta pinnoitteen venyttämistä elektronimikroskoopin sisällä, sekä toistuvaa mikromittakaavan väsyttämistä pienillä iskuenergioilla. Kaikilla menetelmillä kyettiin täydentämään aukkoa laboratoriotestien sekä todellisen ympäristön aiheuttamien vaatimusten välillä.
– Esimerkiksi tutkimus- ja kehitystyössä vaatii uskoa loikata suoraan laboratoriotulosten perusteella pilottikomponentin valmistamiseen. Yhteys näiden ympäristöjen vaatimusten välillä on harvoin lineaarinen ja toistaiseksi ”puolivälin mittausmenetelmiä” ei juuri ole pinnoitteille ollut, Kiilakoski sanoo.
Kiilakoski halusi kehittää entistä vauriosietoisempia pinnoitteita sopivan mittausmenetelmän löytymisen jälkeen. Hän tukeutui sekä mittausmenetelmien että pinnoitteiden kehittämisessä laajaan eurooppalaiseen yhteistyöverkostoon alan tuoreimman osaamisen tuomiseksi osaksi väitöskirjaa. Parannetun vauriosietoisuuden keraamipinnoitteiden valmistamisessa hän hyödynsi nestemäisiä lähtöaineita, joiden avulla oli mahdollista luoda nanorakenteisia alueita pinnoitteisiin. Nämä alueet voivat toimia särönpysäyttäjinä, hidastaen komponentin vaurioitumista.
– Yhteistyökumppaneidemme kanssa ideoitu uudenlainen nestemäisen lähtöaineen syöttö suurnopeusliekkiruiskuun on suuri askel eteenpäin kotimaisessa termisen ruiskutuksen prosessiosaamisessa. Vaikka työtä on jäljellä, on projektin sponsoreina toimineiden yritysten kanssa jaettu tieto edesauttanut kotimaisen yhteistyöverkoston vahvistamista termisen ruiskutuksen alalla toimivien teollisuusyritysten välillä.
Jarkko Kiilakoski on kotoisin Lahdesta ja työskentelee tällä hetkellä Saint-Gobain Coating Solutions –yrityksessä Avignonissa, Ranskassa termisen ruiskutuksen laitteistojen ja materiaalien liiketoiminnan kehityksessä.
Diplomi-insinööri Jarkko Kiilakoski materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Damage Tolerance of Thermally Sprayed Oxide Coatings tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 18.12.2020.
