Mgr inż. Zbigniew Stefański – kierownik zespołu, dr inż. Irena Izdebska-Szanda, dr hab. inż. Aleksander Karwiński – prof. IO
Istota wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest „kompozycja warstwy ceramicznej do wytwarzania form odlewniczych”. Kompozycja ta ma zastosowanie do wykonywania ceramicznych form odlewniczych, w których wykonywane będą odlewy precyzyjne metodą wytapianych modeli. W formach tych mogą być wytwarzane odlewy wysokiej jakości, ze stopów aluminium, magnezu, miedzi, cynku, żelaza. Technologia ta jest bardzo istotna szczególnie w przypadku odlewów ze stopów aluminium i magnezu, a także tytanu, których rozwój produkcji w ostatnim okresie czasu jest bardzo intensywny.
Formy według wynalazku wykonuje się z odpowiedniej jakości wyselekcjonowanego surowca, należącego do minerałów z grupy oliwinów, o odpowiednio dobranym składzie chemicznym oraz uziarnieniu, a także z zastosowaniem odpowiedniego spoiwa. Opracowane właściwości fizyko-chemiczne i technologiczne formy ceramicznej pozwalają na otrzymanie odlewów o wymaganych wysokich właściwościach technologicznych, korzystniejszych od obecnie uzyskiwanych w znanych rozwiązaniach.
Podstawowa korzyść związana z zastosowaniem nowego rozwiązania, to możliwość zastosowania form do wykonywanie odlewów ze szczególnie reaktywnych stopów, to jest magnezu i aluminium.
Ze względu na duże powinowactwo chemiczne magnezu do tlenu, odlewów tych nie można wykonywać w formach, gdzie w powszechnie stosowanym materiałem jest piasek kwarcowy. Podczas ich zalewania ciekłym stopem magnezu następuje rozpad krzemionki, utlenianie magnezu tlenem zawartym w krzemionce, a w konsekwencji zapalenie się stopu. Ponadto w czasie zachodzących reakcji krzem przechodzi do stopu magnezu jako pierwiastek szkodliwy. Wykonanie form z zastosowaniem opracowanej kompozycji pozwala na uniknięcie tych szkodliwych zjawisk.
Jedną z niezbędnych operacji technologicznych stosowanych w metodzie wytapianych modeli, jest nagrzewanie form do wysokich temperatur, to jest około 8500C, w takiej temperaturze formy te są zalewane ciekłym metalem. W metodzie według wynalazku istnieje możliwość wychłodzenia nagrzanych form do temperatury pokojowej przed ich zalaniem ciekłym metalem oraz zalewania ich w takim stanie. Zalewanie wychłodzonych form pozwala na szybkie i kierunkowe stygnięcie i krzepnięcie odlewów, warunkujące uzyskanie zwartej i drobnoziarnistej struktury zastosowanego stopu, oraz uniknięcie wad odlewniczych. Konsekwencją jest uzyskanie wysokich właściwości mechanicznych odlewów. Jest to szczególnie istotne dla odlewów odpowiedzialnych oraz skomplikowanych konstrukcyjnie o zróżnicowanej grubości ścianki.
Wymienione zalety nowego rozwiązania dotyczące możliwość wychłodzenia nagrzanych form przed ich zalaniem są nie do uzyskania w przypadku stosowanego powszechnie piasku kwarcowego w formach samonośnych, ponieważ z chwilą ich zalewania nie nagrzanych następuje ich spękanie oraz zniszczenie. Problem ten jest związany ze znacznymi zmianami wymiarowymi ceramiki kwarcowej, przemianami w sieci krystalograficznej osnowy formy, zachodzącymi podczas szoku termicznego podczas zalewania zimnych form gorącym ciekłym metalem.
Dlatego w przypadku wykonywania odlewów odpowiedzialnych, formy w tej technologii wykonywane są z materiałów takich jak cyrkon, elektrokorund i podobnych. Materiały te są wielokrotnie droższe od nowych zaproponowanych.
Przedstawione w tym opisie zalety wynikające z zastosowania opracowanej „kompozycji warstwy ceramicznej do wytwarzania form odlewniczych” zostały potwierdzone w czasie badań zrealizowanych w ramach Projektu Celowego nr ROW-III-240/2012 z dnia 05.07.2012.
Potencjał komercjalizacji
Opracowane rozwiązanie wychodzi naprzeciw obecnym oczekiwaniom związanym z coraz wyższymi wymaganiami stawianymi wyrobom, w zakresie ich jakości, parametrów użytkowych, dokładności wymiarowej. Sprzyja zmniejszeniu ilości wadliwych wyrobów oraz powoduje obniżenie kosztów produkcji, a także poprawie ekologii wytwarzania wyrobów. Rozwiązanie to prowadzi do poszukiwania bardziej nowoczesnych rozwiązań technologicznych, może mieć bardzo istotne znaczenie zarówno w kraju jak
i na skalę światową.
Z powyższych względów rozwiązania to zgłoszono do opatentowania w kraju. Celem uzyskanie międzynarodowej ochrony patentowej w krajach Europy oraz w innych, zostało zgłoszone w roku 2012 jako propozycja projektu, do konkursu Ministerstwa Rozwoju Regionalnego, do Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, tytuł: „wsparcie ochrony prawnej własności przemysłowej….”.
Nadmieniamy, że niniejszy patent został już przyznany w dwóch krajach: Stany Zjednoczone i Ukraina.
Waga opracowanych rozwiązań została doceniona przez komisję, projekt został przyznany. Jego numer UDA-POIG.01.03.02-12-029/12-00, jest on realizowany od 18 06 2013 r.
