Väitös konetekniikan alalta, DI Nurul Anwar

Kohti ympäristöystävällisempää hiekkavalua.

Hiekkavalu on vanhimpia valmistusmenetelmiä. Sillä on merkittävä rooli valmistusketjuissa, huomionarvoisia käyttökohteita mm. moottorikomponentit, laakerit, venttiilit, pumpunrungot tai tuulimyllyjen roottorinavat. Hiekkavalu tarjoaa kustannustehokkaan tavan valmistaa laajaa kirjoa metalliseoksia monissa mittakaavoissa. Lyhyesti kuvattuna, prosessissa sulaa metallia muovataan haluttuun muotoon muottionkaloiden avulla. Hiekkamuotit valmistetaan muottihiekan, side- ja lisäaineiden avulla. Tällä hetkellä huolenaiheena on laajalti käytetyt orgaaniset sideaineet, joiden haitallisia palotuotteita syntyy muotin kontaktissa kuumaan sulaan. Reaktiotuotteet ovat terveydelle haitallisia, aiheuttaen haasteita työympäristön hajuhaitoista kaasuperäisiin valuvikoihin. Tekniikan haasteet eivät rajaudu vain sideaineisiin, vaan myös hiekkaan. Kvartsihiekka on käytetyin materiaali hiekkamuottien valmistuksessa, mutta sitä korvaavia materiaaleja etsitään mm. pölykeuhkosairauden välttämiseksi ja raakahiekan kaivuun aiheuttamien ympäristövaikutusten vähentämiseksi.

Nämä tekijät ovat syy kasvavaan kiinnostukseen, varsinkin rautapohjaisilla valumetalleilla, siirtyä käyttämään epäorgaanisia sideaineita, joilla haitallisia reaktiotuotteita ei synny. Orgaaniset sideaineet syrjäyttivät käytettävyydellään epäorgaanisia viime vuosisadalla, mutta edellä kuvatut teemat ajavat teollisuuden paluuta niiden pariin. Siirtymä ei kuitenkaan ole helppo, sillä valimot tarvitsevat lisää tietoa sideaineiden vaikutuksesta muottien ja valujen laatuun. Tämä väitöstyö keskittyy eri hiekka- ja sideainekombinaatioiden tutkimiseen, kulminoituen epäorgaanisten sideaineiden toimivuuden testaamiseen rautapohjaisilla valumateriaaleilla. Työn tulokset tähtäävät siirtymän edistämiseen luoden uutta tietoa muottimateriaaleista hiekka-, muotti ja valutestien kautta. Työssä käytettyjä kokeellisia tekniikoita ovat mm. hiekkojen perusominaisuuksien testit, muottien lujuustestit, hehkutushäviöiden testit, kaasunmuodostuksen testaus, hiekkasidosten elektronimikroskopia, sekä mallivarusteiden, muottien ja valukappaleiden metrologia. Perinteisten nestemäisten sideaineiden lisäksi työssä selvitettiin alkutilassa jauhemaisen sideaineen käytettävyyttä muottien valmistuksessa. Jauhemaisella sideaineella on potentiaalia mm. ratkaista haasteita hiekkamuottien 3D-tulostuksessa. Työn tuloksilla on mahdollista edistää epäorgaanisten sideaineiden käyttöönottoa pääasiallisena vaihtoehtona hiekkamuottiprosesseissa.

Tohtoriopiskelija: Nurul Anwar

Vastaväittäjä: Prof. Rafal Danko, AGH University of Krakow, Puola

Kustos: Prof. Juhani Orkas, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu, konetekniikan laitos

Väitöstilaisuus järjestetään Luentosalissa 216, Otakaari 4 ja Zoom-issa

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Tohtoriopiskelijan yhteystiedot:

Tekniikan korkeakoulujen väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/49