Pełna nazwa: Sposób wytwarzania spiekanych elementów o osnowie aluminiowej cechujących się resztkową porowatością

Zespół
Prof. dr hab. inż. Jan Kazior – kierownik
dr inż. Tadeusz Pieczonka
dr inż. Marek Hebda
mgr inż. Mateusz Laska

Istota wynalazku

Wszelkie układy, w których panuje podwyższone ciśnienie gazów, wymagają stosowania elementów konstrukcyjnych charakteryzujących się nie tylko odpowiednią wytrzymałością, lecz także wysoką szczelnością. Elementy w postaci różnego rodzaju złączek dla takich układów wytwarzane są najczęściej metodą odlewania ciekłych metali do form lub metodą skrawania litych bloków metalowych. Obie te metody cechują się wysoką energochłonnością i jednocześnie dostarczają dużych ilości odpadów. Rozwiązanie proponowane w zgłoszonym rozwiązaniu przewiduje wytwarzanie wymienionych części metalowych z proszków metali, czyli tzw. technologią metalurgii proszków. Wykorzystanie tej nowoczesnej metody produkcji wiąże się z korzyściami ekonomicznymi i ekologicznymi, co wyraża się niskim jednostkowym zużyciem energii oraz wysokim stopniem wykorzystania surowca. Dzięki tym cechom produkcji technologia metalurgii proszków uważana jest za technologię czystą lub bezodpadową.

Objętość zajmowana przez materiał sypki, w tym także sproszkowany metal, wypełniona jest nie tylko cząstkami tego materiału, lecz również wolnymi przestrzeniami zalegającymi między cząstkami. Realizując technologię metalurgii proszków doprowadza się do tworzenia trwałych połączeń między początkowo indywidualnymi cząstkami i równocześnie dąży się do likwidacji wolnych przestrzeni, czyli porów, które w sposób naturalny osłabiają gotowy produkt i jednocześnie mogą go czynić przepuszczalnym dla gazów. Od wyrobów, jakie są przedmiotem wynalazku, wymaga się by były gazoszczelne, także w warunkach podwyższonego ciśnienia gazów. Dodatkowo: powinny być lekkie i zgodne pod względem składu chemicznego z materiałami, które mają łączyć, czyli rurkami aluminiowymi.

Wymagania te mogą dobrze spełniać stopy aluminium przetwarzane metodami metalurgii proszków pod warunkiem, że proces konsolidacji proszku metalowego będzie na tyle zaawansowany, by wyrób był rzeczywiście gazoszczelny. Na proces konsolidacji proszku składają się zabiegi wywierania nacisku na porcję proszku umieszczoną w matrycy (prasowanie) oraz obróbki termicznej zwanej spiekaniem. Obie operacje wywołują scalanie cząstek proszku, przy czym pierwsza z wymienionych odpowiedzialna jest głównie za nadanie porcji proszku kształtu gotowego wyrobu, natomiast dzięki drugiej uzyskuje się gotowy wyrób zwany spiekiem o odpowiednich właściwościach mechanicznych (głównie wytrzymałości). W im większym stopniu materiał zostanie zagęszczony (czyli im więcej porów zostanie zlikwidowanych), tym wyższą będzie miał wytrzymałość i jednocześnie gazoszczelność. Istota wynalazku polega na doborze składu stopu aluminium w stanie proszku oraz wskazaniu optymalnych parametrów całego procesu konsolidacji tego proszku, które pozwalają w prostym (tanim) cyklu złożonym tylko z operacji formowania i spiekania wytworzyć wyrób spełniający wszystkie stawiane mu wymagania.

Korzyści

Główną zaletą technologii metalurgii proszków jest jej konkurencyjność wobec innych sposobów produkcji wyrobów metalowych o niewielkiej masie (do ok. 300 g). Szczególnie wysokie korzyści ekonomiczne uzyskuje się przy wielkoseryjnej produkcji wyrobów, których głównym odbiorcą jest przemysł samochodowy. Dzięki zastosowaniu rozwiązań proponowanych w zgłoszonym wynalazku pojawi się możliwość zastąpienia znacznie droższych elementów stosowanych obecnie, które są wytwarzane technikami konwencjonalnymi, czyli metodami odlewania lub obróbki skrawaniem, tańszymi elementami wytworzonymi z proszków metali. Warto dodać, że w efekcie tej zamiany nie nastąpi obniżenie sprawności układów, w których elementy są stosowane. Niska energochłonność produkcji wyrobów z proszków metali oraz praktycznie brak odpadów produkcyjnych składają się nie tylko na korzyści ekonomiczne, lecz także ekologiczne.

Potencjał komercjalizacji

Jednymi z inspiratorów badań w zakresie wyrobów produkowanych z proszków stopów aluminium byli przedstawiciele przemysłu, produkujący techniką metalurgii proszków drobne elementy metalowe dla przemysłu samochodowego. Są oni zainteresowani proponowanym wynalazkiem i jego wykorzystaniem do rozszerzenia swojej oferty produkcyjnej. Równocześnie przeprowadzone przez nich oraz własne rozpoznanie rynku spiekanych wyrobów aluminiowych wskazuje na duży potencjał komercjalizacyjny zgłoszonego wynalazku. W Europie tylko kilka zakładów produkuje spieki aluminiowe, a zapotrzebowanie na nie wyraźnie wzrasta, gdyż są atrakcyjne ze względu na to, że są lekkie i tanie. Komercjalizacja może się odbywać na kilka sposobów i dotyczyć nie tylko rynku polskiego, ale i europejskiego.