Timanttityökaluja kovaan käyttöön

Timantti on yksi maailman kovimmista materiaaleista. Timantteja käytetään korujen lisäksi kovien materiaalien työstämiseen tarkoitetuissa työkaluissa. Niiden kiinnittäminen on kuitenkin haastavaa. Veli-Jussi Laurila tutki timanttierilliskiteiden kiinnittämistä nikkelipohjaisilla juotemateriaaleilla. Tutkimustuloksia käytetään muun muassa Valmet Technologies Oy:n Galileo-teknologian kehittämisessä.

Työkaluissa käytettävät timantit voidaan kiinnittää työkalun runkoon monin eri tavoin. Mekaanisesti parhaat, kuormaa kantavat liitokset saadaan kuitenkin aikaan kovajuottamalla.

”Kun työkalulta vaaditaan huomattavaa olosuhteiden tai kuormituksen kestävyyttä, timantit joudutaan juottamaan työkalun pintaan suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Tällöin on tärkeää pystyä hallitsemaan timantin reaktioita ja kiinnittymistä käytettävään kovajuotteeseen”, kertoo TTY:llä väittelevä Veli-Jussi Laurila.

Timanttien kiinnittämiseen juottamalla voidaan käyttää monen tyyppisiä kovajuotemateriaaleja, kuten kupari- ja hopeapohjaisia juotteita. Näillä kuitenkin esimerkiksi korroosionkestävyys ja mekaaninen lujuus jäävät vaatimattomaksi. Tarvitaan siis juotemateriaaleja, jotka muodostavat timanttien yhteyteen lujan ja kovia käyttöolosuhteita kestävän kiinnityksen. Tällaisiksi osoittautuivat nikkelipohjaiset materiaalit, joita Laurila tutki väitöstyössään.

Hän tarkasteli erityisesti timanttikiteiden ja juotemateriaalien rajapinnalle muodostuneita reaktiorakenteita. Ne ovat avainasemassa, kun kehitetään rankkoja olosuhteita kestäviä timanttityökaluja.

”Timanttien kiinnittäminen olisi yksinkertaisempaa, jos juotteen ja timantin välisiä reaktioita voitaisiin hallita nykyistä paremmin. Reaktiot vahvistavat juotteen ja timantin välistä liitosta, mutta samalla heikentävät timanttia mekaanisesti”, Laurila kertoo.

Laurilan tutkimustuloksia käytetään muun muassa Valmet Technologies Oy:n Galileo-teknologian kehittämisessä.

”Timanttierilliskitein päällystettyä hiontapintaa käytetään hiokemassan valmistukseen paperin ja kartongin raaka-aineeksi. Tätä Galileo-teknologiaa hyödyntäviä laitteita on toiminnassa ympäri maailmaa. Menetelmällä voidaan saavuttaa merkittäviä energiansäästöjä ja huomattavaa parannusta massan tasalaatuisuudessa”, Laurila sanoo.

Tekniikan lisensiaatti Veli-Jussi Laurilan Materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Structure and properties of nickel based braze surface with diamond grits – Interaction phenomena between brazing alloy and diamond grits (Timanttien liittäminen nikkelipohjaisella juotteella - Timanttikiteiden ja juotemateriaalin väliset reaktiot) tarkastettiin marraskuussa Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) teknisten tieteiden tiedekunnassa.