"Sposób wytwarzania struktur porowatych na powierzchni wyrobów metalowych"

Istota wynalazku:

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania struktur porowatych, który powoduje rozwinięcie powierzchni czynnej elementów metalowych, przykładowo powierzchni wymiany ciepła.
Najczęściej stosowaną technologią wytwarzania porowatych materiałów metalowych jest metalurgia proszków - metoda wytwarzania przedmiotów z proszków metali bez ich topienia. W metodzie tej cząstki proszków łączą się ze sobą w jednolitą masę podczas wygrzewania w atmosferze redukującej lub obojętnej. Proces metalurgii proszków jest wykorzystywany najczęściej do produkcji elementów o niewielkich prostych kształtach, w wyniku której uzyskuje się sprasowane komponenty. Produkty metalurgii proszków charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami mechanicznymi i odpornością na zużycie, dzięki czemu znajdują szerokie zastosowanie w różnych branżach, takich jak m. in. przemysł lotniczy i kosmonautyczny, przemysł drzewny itp. Struktury porowate stosowane są jako elementy filtrów czy membran, mogą stanowić wypełnienia pewnych konstrukcji, są wykorzystywane w różnych procesach chemicznych i fizycznych. Struktury porowate można wykorzystywać w celu intensyfikacji wymiany ciepła zwłaszcza w procesach przebiegających ze zmianą fazy (jakim jest wrzenie i skraplanie). Z analizy stanu wiedzy wynika, że w przypadku, gdy niezbędne jest uzyskanie dużej porowatości mikrostruktury, stosuje się spiekanie cząstek metalu, przy czym proces ten prowadzony jest w podwyższonej temperaturze w atmosferze redukującej lub w próżni. Takie powierzchnie mogą być wykorzystywane do intensyfikacji procesów wymiany ciepła.
Według wynalazku materiał rozdrobnionych struktur metalowych (np. z żelaza, w postaci granulatu) łączony jest w procesie lutowania z metalową powierzchnią (korzystnie ze stopów Haynes-230 lub Hastelloy X) po uprzednim rozprowadzeniu cienkiej warstwy mieszaniny lutu i topnika na powierzchni i dociśnięciu struktury materiałem izolacyjnym o dużej twardości (przykładowo płytą szklaną). Następnie powierzchnię metalową ogrzewa się oporowo w celu jej rozgrzania do temperatury, powyżej temperatury topnienia mieszaniny lutu i topnika. Po ochłodzeniu powierzchni należy mechanicznie usunąć górną warstwę rozdrobnionych struktur metalowych, nie połączonych lutem do materiału podłoża i niedostatecznie zespolonych z elementem metalowym.
Przedstawiony wynalazek pozwala łączyć metalowe struktury porowate z metalową powierzchnią w inny, mniej pracochłonny i mniej kosztowny sposób, który jest również niskotemperaturowy, energooszczędny i nie wymaga posiadania specjalistycznej aparatury (jak piece próżniowe) - poprzez zastosowanie procesu lutowania z wykorzystaniem mieszaniny lutu i topnika. Sposób wytwarzania struktur porowatych na powierzchni wyrobów metalowych według zgłaszanego wynalazku jest szczególnie przydatny do wytworzenia metalowych powierzchni o dużym rozwinięciu, wówczas gdy nie ma możliwości przeprowadzenia spiekania powierzchni w piecach próżniowych (np. brak dostępu do wykonania spieku lub gdy wielkość powierzchni przekracza gabaryty komory roboczej pieca). Metoda daje możliwość uzyskania struktury z wyselekcjonowanego materiału rozdrobnionego metalu (proszki, włókna), z możliwością kontrolowania przebiegu procesu wytwarzania struktury.
Załącznik nr 3 prezentuje widok powierzchni metalowej ze strukturą porowatą (zdjęcia oraz topografia 3D).

Potencjał komercjalizacyjny wynalazku:

Wynalazek może znaleźć zastosowanie w konstrukcji wymienników ciepła, zwłaszcza bardziej efektywnych, wykorzystujących zjawisko zmiany fazy czynnika roboczego. Istnieje możliwość wykorzystania wynalazku do zastosowań w wysokospecjalistycznych, urządzeniach czy ich podzespołach, bez nadmiernych nakładów na opracowanie zmian/konfiguracji istniejących procesów produkcyjnych, nawet wykorzystanie go do wytworzenia pojedynczych egzemplarzy będzie ekonomiczne. Możliwe jest łatwe i tanie uzyskanie pokryć z granulatu metalowego (ale też ceramicznego lub z odpornych tworzyw sztucznych) bez wykorzystania specjalistycznych urządzeń, takich jak urządzenia laserowe czy obrabiarki. Wielką zaletą jest także potencjalna niezależność od instalacji stacjonarnych - w warunkach terenowych, przy zachowaniu należytej staranności i przestrzeganiu procedur, można wykonywać pokrycia ze struktur porowatych, w praktycznie każdej lokalizacji (np. w firmie u klienta).