Materiaalitutkimusta teollisuuden tarpeisiin Simo-Pekka Hannula Materiaalitieteen laboratorio, TKK Uusien materiaalien keskus
Esityksen sisältö Katsaus aiempaan Joitakin esimerkkejä TKK:n nykyisestä materiaalitutkimuksesta ja teollisuusyhteistyöstä Tulevaisuuden näkymiä
Materiaalitutkimus ja teollisuus ABB Vaisala Planar Nokia VTI Technologies Outokumpu 1914 Outokumpu Stainless 1974 Neorem Magnets 1990 Adaptamat 1996 Luvata 2006 Tutkimus TKK:lla Ruostumattoman teräksen valmistus ja ominaisuudet Jatkuvavalututkimus Mallinnus ja simulointi MSM-materiaalit Metallien sähköinen korroosionsuojaus M-teräs Metallimatriisikomposiitit Piierilliskiteiden valmistus Neomagneettitutkimus Liekkisulatus ALD-tutkimus Rautaruukki 1960 Ovako 1969 Savcor 1981 Okmetic 1985 Metso Materials Technology 1991 Outotec 2007 Wärtsilä Fortum Kone Andritz Foster Wheeler Energia Metso Minerals Metso Paper
Metallinjalostuksen tuotannon kehitys
Metallinjalostuksen tuottavuuden kehitys
Metallinjalostusprosessien kehittäminen Partnerit:Luvata, Rautaruukki, Outokumpu, Ovako Virtausten matemaattista simulointia hyödyntämällä suunniteltiin optimaalinen valusuutin ja saavutettiin VALUNOPEUDEN MAAILMANENNÄTYS! Jatkuvavaluprosessin mallintaminen Valusuuttimen ja kokillivirtausten optimointi vesimallilla Väitöskirjoja: 7 kpl, Lisensiaatintöitä: 7 kpl Diplomitöitä 30 kpl, Julkaisuja 250 kpl IDS on käytössä tutkimuslaitoksissa ja teollisuudessa eri puolilla maailmaa Prof. Lauri Holappa, Metallurgian laboratorio Virtausten ja pintaaallon matemaattinen mallintaminen TKK:ssa kehitetty IDS jähmettymismalli on pisimmälle ke- hitetty teräksen ja kupariseosten jähmettymisen simulointimalli todellisissa valuolosuhteissa IDS simuloi myös syntyvän mikrorakenteen Eri ilmiöille on rakennettu osamalleja; esim. TEMPSIMU on lämmönsiirron simulointimalli, joka on yhdistetty IDS-malliin
Metallituotteiden valmistus Muovaustutkimus Prof. Seppo Kivivuori, Materiaalien muokkauksen ja lämpökäsittely laboratorio Numeerinen painomuovaus: TKK:lla on tutkittu numeerisen painomuovaustekniikan hallintaa ja mallintamista. Saavutettavat materiaalivenymät ovat tavanomaista levynmuovausta suurempia. Muovaussolun keskeinen osa on teollisuusrobotti. Muovaus tapahtuu tietokoneohjauksella ja varsinaisia muotteja ei tarvita. Partnerit: Rautaruukki Oyj, Outokumpu Oyh, MAG, John Deere Forestry Oy, T-Drill Oy, SMI Oy Relicomp Oy, Sabriscan Oy Tuloksia Menetelmä on otettu käyttöön suomalaisessa yrityksessä Väitöskirjoja valmisteilla 2 kpl Diplomitöitä 1 kpl
Metallituotteiden valmistus Liittämistutkimus Prof. Hannu Hänninen, Koneenrakennuksen materiaalitekniikan laboratorio FSW-menetelmä: TKK:lla on kehitetty TWI:lta hankitun tutkimuslisenssin turvin menetelmät alumiini- ja kupariseosten sekä lujien ruostumattomien terästen kitkahitsaukseen pyörivällä työkalulla. Partnerit: Luvata Oy, Metso Paper Oy, Metso Materials Technology Oyj, Posiva, Sandvik Ab, Mäkelä Alu Oy, Nordic Aluminium Oy, Purso Oy, KMT-Group, Talgo-Transtech, Aker Finnyards, VTT Tuloksia Menetelmä on otettu käyttöön kahdessa suomalaisessa yrityksessä Väitöskirjoja valmisteilla 2 kpl Diplomitöitä 1 kpl
Toiminnallisten materiaalien kehittäminen MSM- Materiaalit (1998-) Prof. Simo-Pekka Hannula, Materiaalitieteen laboratorio MSM -ilmiön tutkiminen ja hallitseminen: TKK:lta mukana useita laboratorioita: mm. materiaalitiede, fysiikka, lääketieteentekniikka, konetekniikka, polymeeritekniikka MSM -ilmiön hyödyntäminen eri sovelluksissa: Osallistuvat yritykset: Adaptamat Oy, Outokumpu Oyj, ABB Oyj, Nokia Oyj, Metso Oyj, Teknikum Oy, Perlos Oyj, Tikkurila Oy, Rautaruukki Oyj H=f(t), K u suuri, σ TW pieni 2000, K. Ullakko, O. Heczko, and A. Sozinov
Toiminnallisten materiaalien kehittäminen MSM- Materiaalit (1998-) Tuloksia Teknologian tason merkittävä nosto; mekanismin ymmärtäminen, maksimisiirtymä 10 %, maksimikäyttölämpötila 65 C Tieteellisiä julkaisuja 250 kpl Väitöskirjoja 7 (Yossef Ezer 2002, Jussi Enkovaara 2003, Outi Söderberg 2004, Ilkka Suorsa 2005, Antti Hakola 2006, Yanling Ge 2007, Ladislav Straka 2007) Diplomitöitä 3 (Kari Koho 2002, Jukka Seuranen 2003, Eemeli Erola 2005) Haasteita Kaksosrajan liikkeeseen vaikuttavat tekijät Kiteen kasvatuksen hallinta
Toiminnallisten materiaalien kehittäminen Materiaalien käyttöominaisuuksien parantaminen yhteistyössä VTT:n kanssa: Kovuus, lujuus, kulumiskestävyys Sitkeys, Tiiveys, korroosionkestävyys Väitöstyöt: Erja Turunen, VTT, 2005, Ari Hirvonen, Osaka, 2005 Diplomityöt: Teppo Fält 2005, Suvi Perälä 2007 Toiminnallisuuden lisääminen pinnoitteisiin ja komponentteihin: Antibakteerisuus Ympäristön havainnointi Turvaominaisuudet Diplomityöt: Eemeli Erola 2005, Juha Larismaa 2007 Nanokomposiitit (2004-) Prof. Simo-Pekka Hannula, Materiaalitieteen laboratorio Al 2 O 3 Oy, Ion Hawk Oy Ni Metso Paper Oy, OMG Kokkola Chemicals Oy, Luvata Pori Oy, Electro Optical Systems Finland Oy, Exote Oy, Genano Oy, Stratum Oy, Rautaruukki Oyj, Teknos Oy, KCL, Pikoteknik Oy, Millidyne Oy, Metso Automation Oy, Fortum Power and Heat Oy, Virtasen Moottori Oy, Oseir Oy, Condens Oy, ABR Innova
Toiminnallisten materiaalien kehittäminen Puhtaana pysyvät metallituotteet (2004-) Prof. H.Hänninen, Koneenrakennuksen materiaalitekniikka, Prof. S-P. Hannula, Materiaalitiede Materiaalien pinta- ja käyttöominaisuuksien parantaminen uusilla pinnoitteilla (Sol-Gel & ALD) VTT:n kanssa: likaantumattomuus itsepuhdistuvuus skaalaus valmistusteknologia Väitöstyöt: Mika Kolari, Tiina Vuorio, tekeillä Diplomityöt: Tiina Vuorio 2005, Jyrki Jaakkola 2007 Teolliset partnerit: 12 yritystä
PM terästen tutkimus ja kehitys Tutkimusyhteistyö Metso Materials Technology Oy:n kanssa Prof. H.Hänninen, Koneenrakennuksen materiaalitekniikka Tavoite: Korroosionkestävien, lujien, termisesti stabiilien ja hyvin hitsattavien austeniittisten ja austeniittis-ferriittisten ruostumattomien terästen kehittäminen PM reittiä hyväksikäyttäen. Tulos: Paperi- ja kartonkikoneen imutelan uusi valmistusteknologia ja siihen materiaalit (Duplok22 ja 27 ); tuote on yksi maailman suurimmista jauhemetallurgisista (HIP) tuotteista Väitöstyöt: 4 kpl Lisensiaattityöt; 3 kpl Diplomityöt: 2 kpl
Metallimatriisikomposiittien tutkimus Tutkimusyhteistyö Metso Materials Technology Oy:n kanssa Prof. Simo-Pekka Hannula, Materiaalitiede Tavoite: Materiaalien (kulutus)kestävyyden parantaminen vaativiin käyttöolosuhteisiin (mm. kiven murskaus) Sovellettavat teknologiat: PM, Kuumaisostaattinen puristus, sulakerrostus, lämpökäsittely Kumppanit: Metso Materials Technology Oy, Fortum Oil and Gas Oy, Foster Wheeler Oy, Wärtsilä Oy) Väitöstyöt: Päivi Kivikytö-Reponen 2006, Xuwen Liu 2003, Emmanuel Pagounis, 1999 Diplomityöt: Jussi Hellman 1999, Sanna Ala.Kleme 2004, Sakari Siipilehto 2004
Lopuksi UMK:lla on huippuluokan materiaalitieteen ja tekniikan osaamista, joka hyödyttää merkittävää osaa Suomen metallinjalostus- ja metallituoteteollisuudesta sekä näiden asiakkaista. UMK luo omalta osaltaan puitteita tämän osaamisen edelleen kehittämiseen ja uuden tutkimustiedon tuottamiseen. Yhdessä VTT:n vahvan materiaalitekniikan osaamisen kanssa UMK muodostaa merkittävän keskittymän alalla myös kansainvälisesti ja on merkittävä voimavara kone- ja metallituoteteollisuuden osaamisklusterikokonaisuuden muodostamisessa.
Kiitos!