Naukowcy z WAT opracowali nowoczesną metodę otrzymywania spieków :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

Wydajność materiałowa - dostarczanie usług materiałowych przy mniejszej produkcji materiałów, Londyn, Wlk. Brytania

Nanorurki węglowe są obiecującym, "inteligentnym" materiałem do naprawy mózgu

Zespół z AGH opracował unikatową metodę detekcji uszkodzeń materiałów

"Nanorurki węglowe i materiały pokrewne: od właściwości fizykochemicznych po wpływ biologiczny i środowiskowy", Acquafredda di Maratea, Włochy

Nanorurki węglowe i materiały pokrewne - od właściwości fizykochemicznych po wpływ biologiczny i środowiskowy, Acquafredda di Maratea, Włochy

Europejska konferencja nt. materiałoznawczych technologii przemysłowych, Warszawa, Polska

Metalurgia proszków, polegająca na prasowaniu i spiekaniu w wysokiej temperaturze proszków metali lub ceramiki albo też mieszanin proszków metali i ceramiki, jest wydajną technologią otrzymywania elementów maszyn. Od lat stosuje się ją na dużą skalę m.in. w przemyśle motoryzacyjnym i w produkcji artykułów gospodarstwa domowego. Nowoczesną metodę otrzymywania spieków z mieszaniny proszków żelaza i aluminium opracowali naukowcy z Katedry Zaawansowanych Materiałów i Technologii Wydziału Nowych Technologii i Chemii Wojskowej Akademii Technicznej.

Technologia ta została nagrodzona złotym medalem na 58. Światowych Targach Wynalazczości, Badań Naukowych i Nowych Technik "Brussels INNOVA 2009".

Innowacyjność metody wynika z faktu, że podczas nagrzewania mieszaniny cząstek proszków żelaza i aluminium zostaje zainicjowana specjalna reakcja syntezy, określanej mianem samorozwijającej się wysokotemperaturowej syntezy (SHS), z wydzielaniem dużej ilości ciepła, co prowadzi do przebudowy miękkich, łatwych do ukształtowania składników wsadu w strukturę specjalnego stopu na osnowie faz międzymetalicznych.
Stopy takie, nazywane inaczej intermetalami, to tworzywa konstrukcyjne i wielofunkcyjne. Spośród innych dostępnych materiałów inżynierskich wyróżnia je to, że łączą w sobie cechy metali i ceramiki. Znajdują się wśród nich m.in. materiały spiekane na osnowie faz utworzonych przez atomy żelaza i aluminium, w szczególności fazy FeAl, zaliczane do nowej generacji materiałów wielofunkcyjnych.

Jak podkreśla prof. Zbigniew Bojar, kierujący pracami zespołu, otrzymywane spieki na osnowie FeAl wyróżnia względnie mały koszt wytworzenia i duża dostępność materiałów wsadowych. Ponadto charakteryzuje je wysoka odporność na korozję chemiczną i elektrochemiczną, stosunkowo mała gęstość oraz wysoka odporność na utlenianie i zużywanie ścierne.

"Stwarza to możliwość zastosowań w podwyższonej temperaturze, w warunkach narażenia na zużywanie w kontakcie z innymi elementami lub cząstkami stałymi zanieczyszczeń i przy oddziaływaniu środowiska korozyjnego" - dodaje prof. Bojar.

Jednakże, mimo wielu lat badań nad tymi materiałami, prowadzonych w znanych światowych centrach materiałowych, w tej dziedzinie pozostaje wciąż wiele nierozwiązanych problemów poznawczych i technologicznych.

"Problemem jest m.in. mała plastyczność i kruche pękanie tych stopów w temperaturze pokojowej, zdecydowanie utrudniające proces przetwarzania plastycznego - kucia, prasowania, walcowania półfabrykatów uzyskanych przez tradycyjne odlewanie. Problemem jest także niewystarczająca wytrzymałość mechaniczna stopów Fe-Al w podwyższonej temperaturze, określana jako mała odporność na pełzanie. Przez to obszar aktualnych zastosowań i liczba komercyjnych aplikacji intermetali z układu Fe-Al są nadal ograniczone" - mówi prof. Bojar.

Kierowany przez prof. Z. Bojara zespół naukowy, w którego skład wchodzą adiunkci: dr inż. S. Jóźwiak, dr inż. T. Durejko, dr inż. K. Karczewski, dr inż. D. Siemaszko oraz doktoranci mgr inż. E. Pocheć, mgr inż. M. Chojnacki i mgr inż. S. Lipiński, opracował i wdrożył w skali ponadlaboratoryjnej wiele modyfikacji metody spiekania materiałów intermetalicznych z udziałem faz z układu Fe-Al, pozwalających na efektywną kontrolę ich struktury i właściwości na etapie produkcji.

Jak mówi prof. Bojar, nagrodzone technologie obejmują wytwarzanie intermetalicznych spieków Fe-Al o zadanej gęstości, zadanym składzie fazowym i o kontrolowanych właściwościach, np. o podwyższonej plastyczności. W zmodyfikowanych procesach spiekania, wykorzystuje się w tym celu m.in. cyklicznie zmienne obciążenie podczas spiekania oraz przyrostową technikę sterowanego numerycznie komponowania wsadu - z możliwością zmiany np. wzajemnego udziału żelaza i aluminium, zmiany wielkości cząstek proszków wsadowych, czy możliwością dodatkowego wprowadzania cząstek (a nawet nanocząstek) ceramicznych.

Tym sposobem, w zmodyfikowanych procesach spiekania wytwarzane są nowoczesne wielofunkcyjne materiały gradientowe (o lokalnie zmieniającej się strukturze i właściwościach), a także materiały o kontrolowanej porowatości. Powstałe w ten sposób intermetaliczne spieki Fe-Al mają szansę być wykorzystane w przemyśle energetycznym, m.in. jako elementy kotłów, palników i instalacji energetycznych, samochodowym, petrochemicznym i spożywczym.

"Próby komercyjnych zastosowań poprzedzone są trwającymi obecnie testami eksploatacyjnymi, m.in. tulei samosmarujących i porowatych filtrów do pracy na gorąco oraz elementów narażonych na intensywną erozję i zużywanie ścierne w kontakcie udarowym, a także w kontakcie dynamicznym w instalacjach przygotowania i transportu mieszaniny pyłowo-powietrznej do kotłów energetycznych o przedłużonej żywotności" - mówią członkowie zespołu badawczego.

Po udanych próbach zastosowania stopu na osnowie fazy Fe3Al do wykonania łopatek kierujących w proekologicznej konstrukcji niskoemisyjnego palnika stosowanego w kotłach energetycznych, w wybranej elektrociepłowni prowadzone są próby trwałości płytek spieków Fe-Al jako wykładzin młynów do rozdrabniania węgla i wykładzin zasobników pyłu węglowego, a także elementów instalacji przesyłania mieszaniny pyłowo-powietrznej.

Aplikacje energetyczne to jeden z obszarów perspektywicznych zastosowań, niemniej specyficzne właściwości spieków Fe-Al rokują przydatność tych tworzyw m.in. także w zastosowaniach dla potrzeb przemysłu obronnego, co - obok innych zastosowań - jest przedmiotem prowadzonych w Katedrze projektów badawczych i rozwojowych.

Źródło:
PAP - Nauka w Polsce, Elżbieta Szumiec-Zielińska

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Fotoasocjacja (spektroskopia fotoascocjacji) - proces otrzymywania cząsteczek z atomów pod wpływem pola elektromagnetycznego zazwyczaj generowanego laserem, stosowany do otrzymywania zarówno ultrazimnych cząsteczek o temperaturze poniżej 1 K, jak i cząsteczek w gazie ultragorących atomów o temperaturach rzędu 1000 K. pełny tekst

Aluminium glin o czystości technicznej, zawierający różne ilości zanieczyszczeń, zależnie od metody otrzymywania. W wyniku rafinacji elektrolitycznej otrzymuje się aluminium zawierające 99,9599,955% Al. Aluminium hutnicze, otrzymywane przez elektrolizę tlenku glinu w stopionym kriolicie, zawiera 99,099,8% Al. pełny tekst

Proces Halla-Héroulta - podstawowy proces używany do elektrolitycznego otrzymywania aluminium. Opracowany w 1886 roku niezależnie przez C. M. Halla (18631914) i P. L. Héroulta (18631914). pełny tekst

Destylacja z parą wodną destylacja z użyciem strumienia nasyconej lub przegrzanej pary wodnej, prowadząca do otrzymywania kondensatów dwufazowych (faza wodna i organiczna), odbieranych w temperaturze niższej od temperatury wrzenia najniżej wrzącego składnika mieszaniny (zobacz heteroazeotrop). pełny tekst

Koagulacja to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Istnieje koagulacja odwracalna i nieodwracalna, a także spontaniczna i wymuszona. W wyniku koagulacji może następować zjawisko żelowania, tworzenia się past i materiałów stałych, sedymentacji lub pokrywania powierzchni mieszaniny warstwą fazy rozproszonej. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".