Kulumisen ytimestä kaivetaan kilpailuetua

TTY:n kulumistutkimusyksikkö, Tampere Wear Center, on kansainvälisesti yksi suurimmista kulumisen tutkimukseen keskittyneistä toimijoista. Omalla erikoisalallaan, iskevän ja abrasiivisen kulumisen tutkimuksessa, se on maailman kärkeä. Tutkija Juuso Terva kehittää yksikössä teollisuudelle uusia kulumista mittaavia laitteita.

Teollisuusmaiden bruttokansantuotteesta häviää kulumisen kustannuksina vuosittain 2 - 3 prosenttia, lähes yhtä paljon kuin korroosioon. Ongelmaa on vaikea saada kuriin.

Kulumisessa on kyse monimutkaisista mekanismeista, jotka murtavat, rikkovat, haurastavat ja muokkaavat plastisesti materiaaleja. Näihin prosesseihin liittyviä ilmiöitä ja niiden yhteisvaikutuksia tunnetaan vasta osittain.

Pienetkin parannukset tuotteiden kulumiskestävyydessä voivat olla esimerkiksi koneenrakennuksessa merkittävä kilpailuvaltti. Kuluminen on myös energian tuhlausta, ja siten kaikki kulumisen vähentäminen tukee kestävää kehitystä.

TTY:n materiaaliopin laitoksen kulumistutkimusyksikkö pureutuu kulumisen ytimeen. Se selvittää materiaalien perusominaisuuksia ja -rakenteita, ja kulumiskokeilla tutkitaan kulumiskestävyyttä. Tältä perustalta luodaan kulumista kuvaavia matemaattisia malleja, joiden todenmukaisuus osoitetaan myös kokeellisesti.  

Tutkimuslaitteisto jäljittelee todellisia olosuhteita

Millään materiaalilla ei ole yksiselitteistä kulumiskestävyyttä, vaan se riippuu aina käyttöolosuhteista. Siksi on rakennettava laitteistoja ja ympäristöjä, jotka testauksissa mahdollisimman hyvin simuloivat todellisia tilanteita.

Kulumistutkimusyksikkö julkisti syksyllä 2012 tutkija Juuso Tervan kehittämän uuden tutkimuslaitteen. Sen avulla voidaan selvittää muun muassa kivenmurskauksessa käytettävän leukamurskaimen murskauspäiden kulumista niin, että murskauspäiden liukuvan liikkeen rataa ja puristusvoimaa vaihdellaan. 

− Näemme, miten aineen kuluminen ja muodonmuutos eri olosuhteissa tapahtuu. Saamme uudenlaista pohjaa, jolle esimerkiksi laitteita valmistava teollisuus voi suunnata tuotekehitystään, Juuso Terva kertoo.

Tutkimusta teollisuuden tarpeisiin

Uusi tutkimuslaite on kehitetty yhteistyössä Metso Minerals Oy:n kanssa. Yrityskentässä laite herätti heti mielenkiintoa. 

− Tutkimuslaite täydentää tuotekehitystämme. Tavoite on hyödyntää sitä testauksessa niin, että saisimme mahdollisimman tehokkaasti uutta tietoa tulevien laitemallien kehitykseen. Tuotteiden eliniän pidentäminen kestävämmillä ja energiatehokkaammilla kulutusosilla on suoraan kilpailuetua meille, sanoo materiaaliasiantuntija Marke Kallio Metso Minerals Oy:stä.

Kulumistutkimus on yksi Metso Mineralsin yliopistoyhteistyön painopisteistä. Tampere Wear Centerin kanssa on tehty pitkään esimerkiksi diplomityö- ja väitöskirjayhteistyötä.

− TTY:llä on monipuolisesti tutkimuslaitteita, jotka soveltuvat meille kulumismekanismien testaukseen. Siellä on myös vankka perinne toimintaan yhdessä yritysten kanssa. Vaikka tehdään tieteellistä, syvällistä tutkimusta, ymmärretään myös yritysten toimintatavat ja aikataulut.

Parhaat osaajat verkottuvat keskenään

Laitteistoja ja ympäristöjä kehitetään esimerkiksi metallituote- ja koneenrakennusalan strategisen huippuosaamisen SHOK-tutkimusohjelmissa. Kulumistutkimusyksikkö on muun muassa yksi vuoteen 2014 kestävän DEMAPP-ohjelman (Demanding Applications) keskeisistä tutkimusosapuolista.
Kulumistutkimusyksikkö toimii tiiviissä yhteistyössä teollisuuden ja alan suomalaisten sekä kansainvälisten tutkimuskeskittymien kanssa. Työtä tehdään aktiivisesti myös TWC:n perustamassa Kulumisfoorumi-verkostossa.

− Kulumistutkimusta on tehty eri puolilla paljon, mutta se on ollut hyvin sirpaleista. Vasta riittävä kriittinen massa luo tutkimuksesta tarpeeksi monipuolista ja mahdollistaa kunnon tutkimuslaitteistojen kehittämisen ja hankinnan, TTY:n kulumistutkimusyksikön ja materiaaliopin laitoksen johtaja, professori Veli-Tapani Kuokkala kertoo.

– Parhaat osaajat verkostoituvat keskenään, eikä kaikkea pyritäkään tekemään yhdessä paikassa.