Materiaalinvalintatutkimus pölyerottimen osalle

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tehtiin materiaalinvalintatutkimus pölyerottimen osalle, joka altistuu nopeille hiukkasvirtauksille. Pölyerottimen tehtävänä on erotella pieniä pölyhiukkasia ilmavirtauksesta. Työn tavoitteena oli löytää nykyistä parempia materiaaleja, jotka kestävät kulutusta ja ovat kustannustehokkaita. Toimeksiantajana toimi Filtrabit Oy, joka valmistaa innovatiivisia pölynerotinlaitteistoja teollisuuteen. Työ tehtiin yleisen materiaalinvalintaprosessin mukaan, jossa kartoitettiin vaatimukset, tehtiin ominaisuusprofiili ja vertailulukutaulukko. Materiaalien tarkastelu jaoteltiin perusmateriaaliin ja pinnoitusmateriaaliin. Materiaalitiedon keräämisessä ja vertailussa käytettiin Ansys Granta Selector -ohjelmaa, ja tiedonhallinnassa ja laskutoimituksissa käytettiin Excel-ohjelmistoa. Teoriaosiossa käsitellään myös hiukkasten ominaisuuksia ja niiden aiheuttamaa kulumista, materiaalien kulumiskestävyyttä ja muita materiaalien ominaisuuksia sekä lyhyesti pinnoitusmenetelmiä ja pintakäsittelyitä. Parhaimmat vaihtoehdot valittiin halvemman hinnan, seosaineiden, koneistettavuuden, painon ja muiden parempien ominaisuuksien perusteella. Parhaat teräkset ovat AISI M7, M10 ja T15, keraameista alumiinioksidi 96 % ja piikarbidi (HIP). Vertailulukua käytettiin hyödyksi, mutta parhaimpia vertailulukuja ei todettu parhaiksi materiaaleiksi hinta-laatusuhteeltaan. Parhaat pinnoitusmenetelmät ovat kaasufaasipinnoitus (CVD/PVD) tai termiset ruiskutukset (esim. HVOF). Ne soveltuvat keraameille ja työkaluteräksille. Pinnoitusmenetelmän valinta riippuu pohjamateriaalista. Kehitysehdotuksena on tutkia kulumismekanismia tarkemmin, jotta materiaalinvalintaprosessissa saadaan painotettua oikeita materiaaliominaisuuksia. Tutkimusta voi tehdä tekemällä kappaleen virtausdynamiikkasimulointia ja käytännön testauksia. Näiden avulla nähtäisiin kulumiskohtia, ja kulumisnopeutta voitaisiin arvioida eri materiaaleille.

This thesis involved a material selection study for a dust separator component exposed to high-velocity particle flows. The dust seperator’s function is to separate small dust particle from the airflow. The goal was to identify the best materials that are both durable and cost-effective. The thesis was commissioned by Filtrabit Oy, a company that manufactures and develops innovative dust separation equipment for industrial use. The study followed a general material selection process. The materials were categorized into base material and coating materials. Ansys Granta Selector software was used for material data collection and comparison, while Excel-programme was used for data management and calculations. The theoretical part covered particle properties, material properties and their wear resistance, and coating methods. The best options were selected based on lower cost, alloying elements, machinability, weight, and other superior properties. The best steels identified were AISI M7, M10 and T15, while the best ceramics were 96 % alumina and silicon carbide (HIP). Although the comparison table was useful, the materials with the highest comparison scores were not necessarily the best in terms of cost-effectiveness. The best coating methods were chemical vapor deposition (CVD/PVD) and thermal spraying (e.g., HVOF), suitable for ceramics and tool steels. The choice of coating method depends on the base material. Further development is recommended to study wear mechanisms with flow dynamic simulations and practical tests, which would help identify the wear points and estimate wear rates.