ARISE Napredna istraživanja, inovacije i transfer tehnologije u inženjerstvu površina Ministarstvo znanosti, obrazovanja i sporta Ovaj projekt financira Europska unija. Ova publikacija izrađena je uz pomoć Europske unije. Sadržaj ove publikacije isključiva je odgovornost projektnog tima ARISE i ni na koji se način ne može smatrati da odražava gledišta Europske unije. Glavni urednici: Franjo Cajner Martina Marinković Plehati Ivan Kumić Saša Kovačić Prijelom i priprema: Cerovski d.o.o. Tisak: Cerovski d.o.o. 2013. Kontakt osoba: Martina Marinković Plehati, mag. ing. mech. Voditelj IPA IIIC projekta ARISE tel: +385 1 6168 401; +385 95 9115 118 e-mail: [email protected]; [email protected] Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale Katedra za toplinsku obradu i inženjerstvo površina Ivana Lučića 5, 10 000 Zagreb, Hrvatska web: www.arise.com.hr SADRŽAJ 1 Uvod 2 Svrha 2 Ciljevi 3 Glavne aktivnosti 4 1. godina projekta 5 2. godina projekta 6 Promocija projekta i rezultata 7 Inženjerstvo površina 8 PACVD + nitiranje u plazmi 11 Zaključak 11 O nama 11 Po završetku projekta 13 Naš tim 14 Partneri i suradnici UVOD Fakultet strojarstva i brodogradnje (FSB), i Središnja agencija za financiranje i upravljanje (SAFU) sklopili su 10.04.2013. Ugovor o dodjeli bespovratnih sredstava za provedbu IPA IIIC projekta koji financira Fond za ulaganje u znanost i inovacije u vrijednosti od 657.775,75 eura. ARISE projekt planira kroz napredna istraživanja, inovacije i transfer tehnologije razviti tehničku infrastrukturu u Republici Hrvatskoj u području inženjerstva površina za istraživanja i primjenu površinskih slojeva stvorenih novom PACVD tehnologijom. Na raspolaganju ima 2 godine tijekom koje će Fakultet strojarstva i brodogradnje u Zagrebu blisko surađivati sa svojim partnerima iz Rijeke, Slavonskog Broda i Ljubljane. U provedbi projekta pomoći će stručni suradnici iz Končar Alata d.d., Elektro-Kontakta d.d. i Lipovice d.o.o. Hrvatska će tako dobiti novi moderni PACVD uređaj, kakvog nema u Hrvatskoj niti u susjednim zemljama! Time će se unaprijediti znanstveno-istraživački rad i nastava hrvatskih Fakulteta te će doći do značajnije suradnje s gospodarstvom što će rezultirati povećanjem konkurentnosti domaćih proizvođača na svjetskom tržištu. 1 Svrha Razvoj tehničke infrastrukture u području inženjerstva površina za istraživanja i primjenu naprednih površinskih slojeva proizvedenih novom naprednom tehnologijom PACVD (eng. Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition = hrv. plazmom potpomognuto kemijsko prevlačenje iz parne faze). Ciljevi • Promoviranje i uvođenje nove napredne tehnologije (PACVD) u proizvodnji alata i konstrukcijskih dijelova u Republici Hrvatskoj • Opremanje Laboratorija za toplinsku obradu i inženjerstvo površina PACVD uređajem • Istraživanje i razvoj površinskih slojeva primjenom nove tehnologije - laboratorijska istraživanja • Izrada prototipova (segmenata) alata s novim površinskim slojevima - pogonska ispitivanja • Primjena dvaju novih površinskih slojeva u proizvodnji konstrukcijskih dijelova i alata. • Edukacija i transfer znanja o inovativnom korištenju novih tehnologija u inženjerstvu površina putem seminara i radionica • Unaprijeđivanje znanja i povećanje interesa ciljnih skupina (proizvođača raznih dijelova i alata) i krajnjih korisnika za primjenu novih tehnologija • Povećanje konkurentnosti domaćih tvrtki za izradu dijelova i alata (izrada dijelova i alata više uporabne vrijednosti - duljeg vijeka trajanja) 2 KORISNIK VRIJEDNOST ODGOVORNO TIJELO PROVODI MJESTA PROVEDBE Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb 657.775,75 eura Ministarstvo znanosti, obrazovanja i sporta Središnja agencija za financiranje i ugovaranje Zagreb, Slavonski Brod, Rijeka GLAVNE AKTIVNOSTI 1. Opremanje Laboratorija za toplinsku obradu i inženjerstvo površina • nabava PACVD uređaja i kalotestera • zapošljavanje osobe na projektu 2. Proizvodnja površinskih slojeva • Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, Republika Hrvatska (FSB) 3. Laboratorijska ispitivanja površinskih slojeva • Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, Republika Hrvatska (FSB) • Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Strojarski fakultet, Slavonski Brod, Republika Hrvatska (SFSB) • Sveučilište u Rijeci, Tehnički fakultet u Rijeci, Republika Hrvatska (RITEH) • Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana, Republika Slovenija (IMT) 4. Primjena modificiranih dijelova u radnim uvjetima Testiranje prototipova (segmenata) alata • Končar alati d.d., Zagreb • Elektro-Kontakt d.d., Zagreb • Lipovica d.o.o., Popovača 5. Radionice i edukacija 6. Promocija aktivnosti i predstavljanje novoopremljenog Laboratorija • Press konferencija; Prezentacija projekta u Zagrebu; Radionica 1 u Zagrebu; Radionica 2 u Slavonskom Brodu ; Radionica 3 u Rijeci; Završna prezentacija; Otvoreni dani 3 1. GODINA PROJEKTA • OPREMANJE LABORATORIJA • Zapošljavanje Project Managera • Nabava kalotestera • Nabava PACVD uređaja • Izrada ispitnih uzoraka i prototipova alata 4 2. GODINA PROJEKTA • LABORATORIJSKA ISPITIVANJA Proizvodnja površinskih slojeva na ispitnim uzorcima i na konkretnim obradcima 3 različita proizvoda naših suradničkih tvrtki (ispitivanje mogućnosti produljenja trajnosti alata). • Laboratorijska ispitivanja FSB • • • • • ispitivanje mikrotvrdoće mikrostrukturna ispitivanja GDOS kvantitativna kemijska analiza EDX spektrometrijska analiza faza SEM skenirajući elektronski mikroskop • Laboratorijska ispitivanja RITEH • elektrokemijska korozijska ispitivanja • TESTIRANJE PROTOTIPOVA ALATA • Končar alati d.d., Zagreb • Elektro-Kontakt d.d., Zagreb • Lipovica d.o.o., Popovača 5 • Laboratorijska ispitivanja IMT • • • • • ispitivanje hrapavosti adhezijska ispitivanja ispitivanje nanotvrdoće Load-scanning test TEM transmisijski elektronski mikroskop • Laboratorijska ispitivanja SFSB • dilatometrička ispitivanja • ispitivanja trošenja materijala abrazijom PROMOCIJA PROJEKTA I REZULTATA • 1. GODINA PROJEKTA • Vidljivost ARISE projekta • • • • grafički identitet logo ARISE web stranica brošura i letak • Press konferencija - Zagreb • Prezentacija ARISE projekta - Zagreb • 2. GODINA PROJEKTA • Radionica 1 - Zagreb • Radionica 2 - Slavonski Brod • Radionica 3 - Rijeka • Završna prezentacija ARISE projekta - Zagreb • Otvoreni dani 6 INŽENJERSTVO POVRŠINA Inženjerstvo površina je znanstveno-tehnička disciplina koja se bavi proizvodnjom, ispitivanjem i primjenom površinskih slojeva. Različitim tradicionalnim i inovativnim površinskim postupcima (modificiranjem i/ili prevlačenjem) postiže se sustav površinski sloj/ osnovni materijal sa svojstvima koja garantiraju potrebne eksploatacijske performanse uz prihvatljive proizvodne troškove. U rješavanju konkretnih problema ponekad neće biti dovoljan samo jedan površinski postupak, već će trebati upotrijebiti dva ili više postupaka (tzv. dupleks postupak) kako bi se poboljšanjem svojstava podloge osigurala bolja svojstva obratka nanošenjem završnog sloja (prevlake). funkcionalni sloj: npr. TiN, TiCN, TiAIN podporni sloj: npr. nitrirano osnovni materijal (podloga, substrat) Navedenim postupcima mogu se postići sljedeća svojstva: • Visoka tvrdoća (preko 1000 HV) • Visoka otpornost na trošenje (abrazijom, adhezijom, erozijom, tribokorozijom...) • Postojanost na visokim temperaturama • Otpornost na koroziju • Dekorativni izgled,... 7 7 PACVD + nitriranje u plazmi Jedan od inovativnih postupaka Inženjerstva površina jest i PACVD postupak. Nabavkom novog PACVD uređaja (do sada nedostupnog u Republici Hrvatskoj) omogućuje se proizvodnja različitih vrlo tankih jednoslojnih, višeslojnih (čak i nanodimenzioniranih) slojeva kao što su: TiN, TiCN, TiAlN, TIBN, TiB2,... Osim toga, u uređaju se može provoditi najmoderniji postupak nitriranja u plazmi (nova tehnologija u Republici Hrvatskoj) i to u integriranom procesu s nanošenjem završnog sloja. Alatima, ali i drugim proizvodima tretiranim ovim postupkom mogu se poboljšati svojstva: tvrdoće, otpornosti na koroziju, otpornosti na visoke temperature, otpornosti na trošenje,... i značajno produljiti trajnost u eksploataciji - čime im se osigurava sasvim nova dodana vrijednost. broj izradaka 400000 300000 200000 100000 0 bez prevlake TiCN 8 9 Prednosti primjene PACVD tehnologije • Dvije nove tehnologije: nitriranje u plazmi i prevlačenje postupkom PACVD (nema u Republici Hrvatskoj niti u bližoj okolini) • Nitriranje i prevlačenje (dupleks) moguće je provesti u jednom procesu - kontinuirano • Niska temperatura procesa (ispod 500°c) • Nema promjena dimenzija obratka • Prikladnost za masivne predmete kompliciranog oblika • Nema emisije štetnih tvari • Ekonomičnost postupka • Efekt samočišćenja površine • Velika pouzdanost (ponovljivost) procesa Primjenom novog PACVD uređaja unaprijeđuje se • Nastava (edukacija) • Znanstveno-istraživački rad • Suradnja s gospodarstvom i povećava konkurentost domaćih proizvođača na tržištu. Primjeri primjene 10 ZAKLJUČAK ARISE projekt obuhvaća nabavu novog PACVD uređaja kakvog nema u Republici Hrvatskoj ni u regiji. Ova inovativna tehnologija, osim proizvodnje različitih površinskih slojeva (prevlaka) na alatima i raznim drugim proizvodima, omogućava i modificiranje površina postupkom nitriranja u plazmi. Osim produljenja trajnosti proizvoda, ovim uređajem moguće je nanositi i slojeve drugih namjena i svojstava. Inženjerstvo površina do sada je bilo u Republici Hrvatskoj relativno ograničeno na neke tradicionalne postupke, a ovime ulazimo u područje visokih tehnologija čime se priključujemo razvijenim znanstveno-tehnološkim zemljama. Ovim projektom okupili smo mrežu suradnika iz gospodarskog sektora i partnere iz znanstveno-istraživačkih institucija Republike Hrvatske i Republike Slovenije. Zajednički cilj jest stvaranje novih inovativnih slojeva, povišenje razine znanstveno-istraživačkog rada i generiranje rješenja s primjenom u industriji. 11 O NAMA Na Katedri za toplinsku obradu i inženjerstvo površina desetljećima su usvajana znanja i prikupljane vlastite spoznaje o procesima toplinske obrade i inženjerstva površina te širokom spektru mogućnosti koje isti pružaju. U okviru znanstvene i nastavne aktivnosti, osim zaposlenika Katedre u tome su sudjelovali i studenti kroz izradu svojih; seminarskih, diplomskih, magistarskih i doktorskih radova. Tradicionalniji postupci toplinske obrade nešto su čime se naša katedra posebno ponosi; za nas ne postoji pitanje bez odgovora, a u najvećem broju slučajeva, niti obradak kojemu ne bismo osigurali (u našem laboratoriju) tražena svojstva. Upravo su postupci poput: žarenja, kaljenja i popuštanja u zaštitnoj atmosferi, toplinske obrade u vakuumu, indukcijskog kaljenja, nitrokarburiranja ili vanadiranja u solnim kupkama, nitriranja ili nitrokarburiranja u plinu, cementiranja te boriranja, osigurali snažnu i vrlo uspješnu suradnju s gospodarskim sektorom u proteklim desetljećima. Uz navedene tehnologije (koje su i dalje u velikoj mjeri nezamjenjive) već se neko vrijeme pojavljuju i određene vrlo specifične potrebe – posebice na svojstva površinskih slojeva različitih proizvoda. Stoga, pomirivši zahtjeve tržišta i neizbježan znanstveno-tehnološki iskorak, odlučili smo skoristiti najbolje od naših ljudi te bogatih fondova EU. Osmislili smo ARISE! PO ZAVRŠETKU PROJEKTA... ... sva stečena oprema, znanja i široka mreža kontakata ostaju u službi KATEDRE i FAKULTETA. Očekujemo veliki broj studentskih projekata, završnih i diplomskih radova, znanstvenih članaka, doktorata pa i inovacija iz područja inženjerstva površina – kao izravni rezultat vrhunske tehnologije koja ovim projektom postaje dostupna (kako u Hrvatskoj, tako i u široj regiji). 12 prof. dr. sc. Franjo Cajner e-mail: [email protected] Martina Marinković Plehati, mag. ing. mech. e-mail: [email protected]; [email protected] prof. dr. sc. Božidar Matijević e-mail: [email protected] prof. dr. sc. Darko Landek e-mail: [email protected] Ivan Kumić, mag. ing. mech. e-mail: [email protected] dr. sc. Sanja Šolić e-mail: [email protected] Saša Kovačić, mag.ing. mech. e-mail: [email protected] Hrvoje Rafael, dipl. ing. e-mail: [email protected] Željko Kostanjski e-mail: [email protected] 13 Nositelj projekta: Fakultet strojarstva i brodogradnje (FSB) Sveučilište u Zagrebu Fakultet strojarstva i brodogradnje Zavod za materijale Katedra za toplinsku obradu i inženjerstvo površina Ivana Lučića 5, 10 000 Zagreb, Hrvatska web: www.arise.com.hr, www.fsb.unizg.hr Partneri: Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Strojarski fakultet, Slavonski Brod, Hrvatska (SFSB) www.sfsb.unios.hr • Ivica Kladarić [email protected] • Štefanija Klarić [email protected] Sveučilište u Rijeci, Tehnički fakultet, Rijeka, Hrvatska (RITEH) www.riteh.uniri.hr • Božo Smoljan [email protected] • Dario Iljkić [email protected] Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana, Slovenija (IMT) www.imt.si • Vojteh Leskovšek [email protected] • Bojan Podgornik [email protected] Suradnici: Končar alati d.d. www.koncar-alati.hr • Marijan Prša [email protected] • Đurđica Goršćak [email protected] Elektro - Kontakt d.d. www.ekz.htnet.hr • Matija Hržan [email protected] Lipovica d.o.o. www.lipovica.hr • Srećko Vujnović [email protected] 14