Väitös

Siirretty - Vaurioiden sietokyvyn määritys parantaa komponentin eliniän ennustettavuutta

Jarkko Kiilakoski
Termisesti ruiskutettu keraamipinnoite on kompleksinen systeemi, jonka vaurioituminen riippuu useasta tekijästä niin materiaaliominaisuuksissa kuin prosessointiolosuhteissakin. Pinnoitteen eliniän pidentämiseksi on sitä tarkasteltava sovelluksen vaatimukset ja valmistuksen mahdollisuudet huomioiden. Jarkko Kiilakoski on väitöstyössään kehittänyt menetelmiä termisesti ruiskutetun keraamipinnoitteen vauriosietoisuuden määrittämiseksi ja kehittämiseksi.

Termisesti ruiskutetut keraamipinnoitteet ovat yleisesti käytössä valmistavassa teollisuudessa ympäristöissä, joissa on korkeita lämpötiloja, kemikaaleja ja mekaanista kulutusta. Keraamisten pinnoitteiden heikkous on niiden hauraus, jonka takia pienikin riittävän voimakas isku voi saattaa koko komponentin ja sitä kautta 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 polymeereistä. Pinnoitteiden haastavuus tulee niiden suhteellisen pienestä mittakaavasta. Kun pinnoitteen paksuus on 0,3 millimetrin luokkaa 10–100 kertaa paksumman pohjamateriaalin päällä, pitää olla tarkkana kumman ominaisuuksia lopulta mitataan, Kiilakoski valottaa.

Väitöskirjassa tutkittiin 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, toteaa Kiilakoski.

Työn tavoitteena oli kehittää entistä vauriosietoisempia pinnoitteita sopivan mittausmenetelmän löytymisen jälkeen. Sekä mittausmenetelmien että pinnoitteiden kehittämisessä tukeuduttiin laajaan eurooppalaiseen yhteistyöverkostoon alan tuoreimman osaamisen tuomiseksi osaksi väitöskirjaa. Paremmin vaurioita sietävien keraamipinnoitteiden valmistamisessa hyödynnettiin nestemäisiä lähtöaineita, joiden avulla onnistuttiin luomaan nanorakenteisia alueita pinnoitteisiin. Nämä alueet voivat toimia särönpysäyttäjinä ja hidastaa 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 toimivien yritysten kanssa jaettu tieto edesauttanut kotimaisen yhteistyöverkoston vahvistamista termisen ruiskutuksen alalla toimivien teollisuusyritysten välillä.

Jarkko Kiilakoski on kotoisin Lahdesta ja työskentelee tällä hetkellä termisen ruiskutuksen laitteistojen ja materiaalien liiketoiminnan kehityksessä Saint-Gobain Coating Solutions -yrityksessä Ranskan Avignonissa.

HUOM: Väitöstilaisuus on siirretty myöhemmin ilmoitettavaan ajankohtaan koronaviruspandemian ja sen aiheuttamien matkustusrajoitusten takia.

Diplomi-insinööri Jarkko Kiilakosken materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Damage Tolerance of Thermally Sprayed Oxide Coatings tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 27.3.2020 klo 12 alkaen Konetalon salissa K1702, Korkeakoulunkatu 6. Vastaväittäjinä toimivat professori Christopher Berndt Swinburnen teknillisestä yliopistosta, Australiasta, sekä professori Jari Koskinen Aalto yliopistosta. Kustoksena toimii professori Petri Vuoristo Tampereen yliopistosta.


Väitöskirjaan voi tutustua osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1505-4