Olika typer av aluminiumlegeringar utvecklas kontinuerligt för att förbättra
slit­styrkan. Bland dessa har aluminium-kisellegeringar (Al-Si)
befunn­its vara fördelaktiga i många industriella applik­at­ioner
och ansetts vara lämpliga ersättningar till gjutjärnskomponenter.

Tillsatser av kisel i ­aluminiumleger­ingar har förbättrat
nötningsmotståndet samt gjut­nings-, bearbetnings- och
korrosionsegenskaperna. Både undereutektiska (<12% Si) och övereutektiska
(>12% Si) Al-Si-leger­ingar används i en mångfald applikationer,
inklusive fordon, luftkondit­ioneringsutrustningar och
hemelektronik.
Ett stort antal studier under de senaste åren har tillägnats
friktions- och förslitningsegenskaper hos Al-Si leger­ingar. Emellertid
var de flesta av dessa studier utförts under torra, glidande förhållanden. De
få studier som har utförts under smorda, glidande förhållanden var
huvudsakligen kopplade till effekten av kiselinnehållet och kiselmorfologin på
friktion och slitstyrka hos dessa legeringar. Dessutom utfördes friktions- och
slittester för det mesta i atmosfären.

 

Kritiska komponenter
Al-Si-legeringar är vida använda i krit­iska
komponenter i kylkompressorer, särskilt förbindelsearmar i fram- och återgående
rörelser och tummelskivor i luftkonditioneingskompressorer för bilar, fig 1.
Den framgångsrika funktionen hos kompress­orer använda i
luftkonditionerings- och avkylningssystem är huvudsakligen styrd av det
tribologiska uppträdandet hos de kritiska ytkontakterna inuti
kompressorn.
Det är känt att miljöförhållandena runt dessa kontakter har en
tydlig inverkan på deras tribologiska prestanda. Således kan friktions- och
slitageegenskaperna hos Al-Si-legeringar i en lågtemperaturmiljö vara ganska
olika de från Al-Si-legeringar i en atmosfärsmiljö.

originalutrustningsnivå är användningen av aluminium i huvud- och
glid­lager* växande av ett mångfald av skäl. Ett sådant är att
aluminiumlager är billigare att tillverka och att det eliminerar användningen
av bly, vilket annars är ett miljöproblem för tillverkarna.

 

Friktion och nötning
Friktion och nötning uppstår i maskinkomponenter,
vilka arbetar tillsammans. Forskarna undersökte friktions- och
nötningsegenskaperna hos materialen på grund av oönskade effekter observerade i
maskinkomponenterna. Aluminiumleg­er­ingar och andra lättviktsmaterial
har tilltagande användning inom bilindustrin genom sänkt bränsleförbrukning och
ökat miljöskydd, där dessa material framgångsrikt kan ersätta stål- och
gjutjärnsdelar.
Aluminiumlegeringar har använts ute­slutande i byggnader
och anläggningar, behållare och förpackningar, marin-, flyg-, rymd- och
elektrisk industri på grund av låg vikt, god korrosionsresistans i de flesta
miljöer eller en kombination av dessa egenskaper. Aluminiumlegeringar har högre
ledningsförmåga (elektrisk och termisk) än de flesta andra metaller och de är
vanligen billigare än de metaller som är mycket goda ledare (koppar, silver,
guld mm). Alum­ini­um­leger­ingar kombinerar god hållfasthet
med gott korrosionsmotstånd, flytbarhet och frihet från
varmsprickning.
Aluminiumbaserade lagerlegeringar innehåller vanligtvis tenn
(6-40%) som en mjuk komponent. De innehåller också oftast kisel. De har mycket
hög hårdhet och de kiselhaltiga inneslutningarna fördelade över
aluminiumgrundmassan (Al-matrix) fungerar som slitande partiklar, vilka polerar
den motsatta ytan. Aluminiummatrix hos motorlagerleg­eringar kan förstärkas
genom tillsatser av koppar, nickel, krom, mangan, magnesium, zink etc.

 

Glidande belastning
Henizleitner et al. studerade de mekan­iska
egenskaperna hos glidande lager­material baserade på aluminium och fann att
både den statiska och den dynamiska hållfastheten var starkt
temperaturberoende. Prasad Rao et al. studerade förbättringar i
draghållfasthet och lastbärande kapacitet under torr nötning av en
kornförfinad och modifierad AlSi7-legering.
Resultaten av de utförda
undersökningarna visade ett samband mellan tribolog­isk nötning av
Al + intermetalliska kompositer och typen av friktionspartner. I
undersökningarna valdes två typer av material ut för verkan med
Al + inter­metalliska kompositer.
Ett av materialen var en komposit
baserad på AlSi12CuNiMg förstärkt med keramiska partiklar (SiC, Al2O3). Det
andra var segjärn (gjutjärn). Vid jämförelse av resultaten från
undersökningarna av nötning och friktionskoefficient, kan det konstat­eras
att värdet på både friktionskoefficienten och nötningen beror på använd
materialtyp. I fallet med kompositen AlSi12CuNiMg med kerampart­iklar,
utan hänsyn till komposittyp, är de tribologiska egenskaperna hos systemet
lika.
Trots skillnader i nötningsmotståndets nivå för de jämförda systemen
måste deras gemensamma drag betonas. Till största delen i båda fallen erhölls
plastisk deformation av pinnen som följd av nötningen, vilket bidrog till en
ökning av pinndiametern i friktionsperiferin. Detta fenomen uppstod inte med
segjärnet. För båda systemen har diameterökningen ett värde på ca 0,7
mm.
De tribologiska systemen, inom vilka kompositer av de
Al + intermetalliska fas­er­na används, karakteriseras av ett stabilt
förlopp på friktionskoefficienten som ­funkt­ion av friktionsavståndet,
utan hänsyn till materialtyp som verkar på dem.
I fallet med spelet mellan
komposit­erna Al + intermetalliska fastyper med AlSi12CuNiMg-baserade
kompositer, måste man ta i beräkning förändringarna i
frikt­ionsförhållanden som kommer från plastisk deformation av
friktionsytan hos kompositen Al + intermetalliska faser.

 

Sammanfattning
Det mesta arbetet har tillägnats effekterna av kisel,
koppar, zink och bly. Dessutom har olika aluminiumkompositer utvärderats. Det
viktigaste resultatet från dessa studier är summerade i del II av denna artikel
som kommer i ett senare nummer.
Staffan Mattson

Dela gärna artikeln

Fortsätt till Aluminium Scandinavia >