Jacek Kamieniak

Jacek Kamieniak
Politechnika Częstochowska
[email protected]
Kompozyty na osnowie stopu magnezu AZ91 z mikrosferami glinokrzemianowymi
Tematyka badań dotyczy wytwarzania nowych kompozytów na osnowie stopu magnezu
AZ91 (Mg- 9%Al- 1%Zn) z mikrosferami glinokrzemianowymi oraz charakterystyki
mikrostrukturalnej wytworzonych materiałów. Stop magnezu AZ91 jest powszechnie
stosowany
w
przemyśle,
odznacza
się
stosunkowo
dobrymi
właściwościami
wytrzymałościowymi oraz dobrą lejnością. Mikrosfery glinokrzemianowe stanowią frakcję
popiołów lotnych, będących ubocznym produktem spalania węgla w elektrowniach lub
elektrociepłowniach. Celem pracy jest wytworzenie lekkiego kompozytu odznaczającego się
równomiernym rozmieszczeniem niepękniętych i niewypełnionych stopem mikrosfer w całej
objętości materiału. Zakres badań obejmuje wytworzenie materiałów kompozytowych
dwiema metodami odlewniczymi, mianowicie: metodą odlewania grawitacyjnego suspensji
kompozytowej do formy metalowej, a także metodą infiltracji ciśnieniowej. Ze względu na
dużą reaktywność magnezu, jak również trudność wytworzenia kompozytu z mikrosferami
glinokrzemianowymi niepopękanymi – mikrosfery pokryto warstwą niklowo-fosforową
metodą bezprądowego osadzania. Praca obejmuje ponadto analizę zależności pomiędzy
parametrami procesu bezprądowego osadzania a jakością oraz grubością uzyskanej powłoki
Ni-P poprzez przeprowadzenie badań mikrostrukturalnych wytworzonych powłok (SEM,
AFM,
XRD,
SEM+EDS)
oraz
właściwości
mechanicznych
mikrosfer
pokrytych
(wytrzymałość na ściskanie/miażdżenie). Prowadzone badania zawierają również określenie
maksymalnej temperatury wygrzewania mikrosfer glinokrzemianowych pokrytych Ni-P,
w jakiej warstwa nie ulega pękaniu (w celu zmniejszenia szoku cieplnego w trakcie
wprowadzania mikrosfer do ciekłego stopu) oraz wytworzenie serii kompozytów
z zastosowaniem mikrosfer pokrytych Ni-P. Charakterystyka wytworzonych materiałów
obejmuje metalografię ilościową, analizy strukturalne (technikami mikroskopii optycznej
i skaningowej mikroskopii elektronowej - SEM) i fazowe (SEM+EDX), rentgenowską analizę
fazową (XRD), spektroskopię Ramana.
Nowe
lekkie
materiały
mogą
być
konkurencyjne
dla
obecnie
stosowanych
w przemyśle stopów, przede wszystkim stopów aluminium, a także stopów magnezu.
Wzrastające zainteresowanie materiałami kompozytowymi w wielu gałęziach przemysłu,
takich jak np.: przemył motoryzacyjny, lotniczy oraz kosmonautyka, wskazuje na wysokie
zapotrzebowanie badań nad rozwojem nowych materiałów kompozytowych, które znajdą
zastosowanie ze względu na posiadanie odpowiednich właściwości oraz stosunkowo niski
koszt wytworzenia.
Realizacja
prowadzonych
badań
angażuje
cały
szereg
czynności
naukowych,
technologicznych oraz organizacyjnych. Wykorzystanie mikrosfer, stanowiących frakcję
popiołów lotnych – ubocznego produktu spalania węgla, pozwala na obniżenie kosztów
procesu wytwarzania kompozytów oraz jest dobrym sposobem na ich zagospodarowanie,
a przez to ograniczenie szkodliwego oddziaływania przemysłu na środowisko. W ujęciu
ekonomiczności dużą rolę odgrywa również ich niska cena. Ponadto, zastosowanie lekkich
materiałów
kompozytowych
może
pozwolić
na
uzyskanie
dodatkowych
korzyści
ekonomicznych oraz ekologicznych poprzez zmniejszenie masy pojazdów (przemysł
motoryzacyjny, lotniczy). Może pozwolić to w pewnym stopniu wzmocnić konkurencyjność
gospodarki województwa śląskiego wobec innych regionów w Unii Europejskiej. Ze względu
na interdyscyplinarność pracy, poprzez szczegółową charakterystykę mikrosfer, pokrycie
mikrosfer warstwami Ni-P, wytworzenie kompozytów, analizy powiązań poszczególnych
parametrów pokrywania oraz wytwarzania – może pozwolić to również na zaangażowanie
wielu mniejszych przedsiębiorstw do współpracy między sobą. Praca może mieć bezpośredni
wpływ na takie gałęzie przemysłu, jak: energetyka (zagospodarowanie części odpadów),
przemysł metali nieżelaznych, odlewnictwo (wytwarzanie kompozytów), przemysł chemiczny
(produkcja odczynników potrzebnych do procesu osadzania) i wiele innych.