kulumisprosesseja

Kulumisprosessit ovat materiaalin pinnan poistumista kahden vastakkain liikkuvan pinnan vuorovaikutuksesta seurausta. Kuluminen syntyy mekaanisista, kemiallisista tai tribokemiallisista mekanismeista ja ilmenee tavallisesti koneissa ja rakenteissa, kuten moottoreissa, laakereissa ja siirtopinnoilla. Prosessit voivat esiintyä samanaikaisesti ja heikentää komponenttien kestävyyttä sekä luotettavuutta.

Yleisimmät kulumisen muodot ovat abrasiivinen kuluminen, adheesiokuluminen, pintaväsymys ja frettaus sekä korroosiopohjainen ja eroosiopohjainen kuluminen. Abrasiivinen kuluminen syntyy, kun kovemmat hiukkaset tai pinnan epätasaisuudet leikkaavat toista pintaa. Adheesiokuluminen tapahtuu kahden materiaalin kosketuksesta ja siirrosta niiden välillä. Pintaväsymys johtuu toistuvista kuormista, jotka aiheuttavat mikrokatkoksia. Frettaus on pienen liikkeen aiheuttamaa tarttumista ja paikallista kulumaa. Korroosiopohjainen kuluminen syntyy kemiallisen tai elektrolyyttisen hyökkäyksen yhdistettynä mekaaniseen kulutukseen; eroosiopohjainen kuluminen taas johtuu hiukkasten tai nesteen iskuista.

Kulumisen syntyyn vaikuttavat tekijät ovat materiaalien kovuus ja kovuusjakautuma, pintojen laatu, kuormitus ja liikkeen nopeus sekä ympäristötekijät kuten kosteus, lämpötila ja epäpuhtaudet. Yleinen malli on Archardin kulumalaki: V = (K · L · W) / H, missä V on kulumavuoro, L on luisuntapituus, W on normaali kuorma, H on pehmeämmän pinnan kovuus ja K on kulumakertoimen arvo riippuen materiaaleista ja voitelusta.

Ennaltaehkäisyyn kuuluvat asianmukainen voitelu, pintakäsittelyt sekä kovuusparannukset (esim. karkaistus, nitridointi), pintapinnoitteet (keramiset, PVD/CVD) ja pinnan teksturointi. Suunnittelulla ja kuormituksen hallinnalla sekä materiaalivalinnoilla voidaan vähentää kulumista ja pidentää käyttöikää.

Kulumisprosessien tutkimuksessa käytetään tyypillisesti pin-on-disk- ja ball-on-disk -testeja sekä kulutuksen mittausta ja jätelöydösten analysointia.