Ekologiczne powłoki części samochodowych i samolotowych
Tradycyjne techniki powlekania metalicznych podzespołów motoryzacyjnych i lotniczych, tj. osadzanie fluidyzacyjne i pokrywanie galwanicznymi powłokami chromu (IV) są często niewydajne i szkodliwe dla środowiska. Obie metody korzystają z proszków, środków aktywujących i kwasów, które mogą być toksyczne i tworzyć szkodliwe odpady wymagające specjalnego przetwarzania. Dodatkowo techniki te są energochłonne i wymagają wysokich temperatur oraz dwukrotnego procesu utwardzania termicznego w celu uzyskania niezbędnej mikrostruktury powlekanej glinkiem. Z naukowego punktu widzenia już dawno dostrzeżono, że powlekanie galwaniczne aluminium (Al) z cieczy jonowych (IL) na substratach umożliwia doskonalenie tego procesu ze względu na unikalne cechy komponentów (stabilność na utlenianie i redukcję, wysoka rozpuszczalność soli metalicznych, niskie ciśnienie pary, nieistotna kruchość wodoru, łatwe odzyskiwanie wytrąconych metali i niska toksyczność). Wyzwania związane z użyciem zamkniętych systemów wypełnionych gazem obojętnym na potrzeby procesu powlekania galwanicznego (działanie elektrolitów jest niemożliwe w atmosferze zawierającej wilgoć) stanowiły jednak główną przeszkodę w zastosowaniu tej techniki na skalę przemysłową. Uczestnicy pracujący w ramach finansowanego ze środków UE projektu SCAIL-UP z powodzeniem zaprojektowali, zbudowali i przeprowadzili walidację 200-litrowego pilotażowego zakładu działającego w skali przemysłowej, który dysponował możliwością powlekania galwanicznego aluminium na dostępnych prototypowych polimerowych (ABS) i metalowych (stopy niklu) częściach przemysłowych 3D za pomocą IL. Nowe estetyczne i odporne podzespoły Bazując na wiedzy zdobytej w ramach poprzednich projektów, uczestnicy projektu SCAIL-UP mogli, korzystając z dwóch ścieżek, zmodyfikować, za pomocą IL, warunki procesu na potrzeby zwiększenia skali powlekania galwanicznego aluminium. Dr Mónica Solay wyjaśnia, że "proces standaryzowania jest kluczowym czynnikiem umożliwiającym produkcję przemysłową, tak więc dążymy do walidacji tego procesu oraz realizacji podstawowych zadań umożliwiających standaryzację przy użyciu prototypów motoryzacyjnych i lotniczych". Na początek zespół skoncentrował się na sektorze motoryzacyjnym i opracował podstawę z tworzyw sztucznych (polimeryczne substraty) metalizowaną aluminium. Dzięki wielowarstwowej strukturze podstawy powierzchnia zyskuje różne korzyści, na przykład wysoką odporność korozyjną. Dodatkowo mniejsza masa pojazdu wymaga mniejszej energii. Proces umożliwia również zastąpienie niebezpiecznych procesów, takich jak powlekanie galwaniczne niklem i chromem. Po drugie koncentrując się na zastosowaniach aeronautycznych, a zwłaszcza na wydajnych łopatkach i skrzydłach turbin gazowych, zespół podjął się opracowania nowej technologii aluminizowania, która umożliwia dyfundowanie Al w dwuetapowym procesie składającym się z początkowego powlekania galwanicznego za pomocą IL, po którym następuje próżniowy proces obróbki termicznej generujący materiał międzymetaliczny (glinek niklu). W efekcie uzyskano powłokę powierzchniową z rozproszonym aluminium odporną na korozję i utlenianie w wysokich temperaturach. Projekt umożliwił również analizę dodatkowych cech, takich jak odporność na ścieranie i smarowność. Po rozwiązaniu poważnych problemów, takich jak ochrona przed wilgocią, korozja IL, automatyka itd. proces został dostosowany do warunków przemysłowych, na potrzeby których zaprojektowano i zbudowano linię pilotażową. Ekologiczna przewaga konkurencyjna dla unijnych fabryk Oferując rozwiązanie alternatywne dla powłok z sześciowartościowego chromu, projekt SCAIL-UP bezpośrednio przyczynia się do realizacji unijnych celów środowiskowych. Dr Mónica Solay wyjaśnia, że "według Europejskiego Biura Ochrony Środowiska nowoczesne metale stanowią jeden z kluczowych obszarów docelowych, które należy uwzględnić w kolejnym programie działań w zakresie środowiska naturalnego w celu osiągnięcia w najbliższej przyszłości europejskich celów rozwojowych. Ten projekt po raz pierwszy umożliwi sektorowi motoryzacyjnemu i aeronautycznemu wybór ekologicznych produktów wysokiej jakości oraz zwiększy poziom świadomości społecznej w zakresie unijnego programu środowiskowego". W perspektywie krótkofalowej rozwijana technologia, zwłaszcza w sektorze aeronautycznym, będzie poddawana testom w zakładach pilotażowych w celu doskonalenia tego procesu. W obliczu sporego zainteresowania ze strony konsumentów technologia zostanie zastosowana komercyjnie w projektowych zakładach pilotażowych zaraz po jej sfinalizowaniu i zoptymalizowaniu. Jeśli w późniejszym czasie technologia zyska na popularności, można będzie utworzyć zakład na skalę przemysłową, który będzie miał znacznie większą wydajność.
Słowa kluczowe
SCAIL-UP, motoryzacyjny, aeronautyczny, powłoki, ekologiczna produkcja, powlekanie galwaniczne, aluminium, ciecze jonowe, komponenty