Skärverktyg under luppen – in situ studier av förstärkning och degradering och av ytbeläggningar på atomär nivå

Skärande processer (ex. svarvning) är mycket viktiga i industriell bearbetning av metaller, men har med tiden blivit allt mer krävande och slitsamma för skärverktygen. Det ökade slitaget beror på två parallella trender för materialen som ska bearbetas: allt hårdare legeringar önskas för ökande prestanda, och återvunnet material tillförs i allt större utsträckning med mer komplicerad och varierande sammansättning som följd. Länge har strategin för att bemöta slitaget varit att öka skärens hårdhet för att göra dem mer motståndskraftiga mot mekanisk abrasion. Undersökningar av nedslitna skär har dock nyligen visat att det istället för abrasion kan vara kemiska reaktioner och diffusion mellan komponenter inom skäret, mellan arbetsstycket och skäret, och med den omgivande atmosfären som dominerar. Det är dock svårt att få en detaljerad mekanistisk förståelse för processerna som sker under själva slitaget genom att endast undersöka slutresultatet post mortem. Specifikt saknas idag kunskap om hur variationer i skärmaterialens kornstorlek, sammansättning och struktur påverkar hur slitaget initieras och fortlöper tidigt i processerna.
För att få insikt kring slitageprocesserna på atomnivå kommer vi att utföra in situ undersökningar med ”environmental”-transmissionselektronmikroskopi (ETEM). Denna teknik möjliggör atomär avbildning av struktur och sammansättning i realtid. Specifikt kommer hårda nitrid-ytbeläggningar studeras i försök med ökande komplexitet där inverkan av (1) temperatur, (2) syrgas och (3) kontakt med arbetsmaterial kommer att läggas till. Målet är att kopplingarna mellan sammansättning, mikrostruktur och reaktionsförlopp som därmed upptäcks ska ge ökad mekanistisk förståelse för slitageprocesserna. På sikt kan detta bidra till design av mer hållbara verktyg och mer förutsägbara skärprocesser, vilket kan ge stora vinster på grund av minskat antal driftstopp och mängd kasserat material.