Wykorzystanie potencjału nowych powłok
Powłoki stosuje się w różnych sektorach przemysłu do poprawiania właściwości materiałów poprzez zwiększenie ich wytrzymałości bądź zmniejszenie podatności na zużycie lub korozję, która sprzyja powstawaniu pęknięć lub pogorszeniu właściwości w zakresie zwilżania (rozprowadzania cieczy po powierzchni, np. wody na szybie samochodu). Złożone stopy metali (CMA, Complex Metal Alloys) stanowią podstawę nowej klasy powłok, których potencjału nie udawało się dotąd wykorzystać z powodu problemów technicznych w obrębie procesu powlekania. Stopy CMA to obszerna rodzina związków stopowych zawierających pierwiastki metaliczne połączone z innymi metalami lub niemetalami. Tworzone przez nie struktury krystaliczne cechują się niespotykanie wysoką liczbą atomów w każdej komórce kryształu. Każda komórka kryształów soli kuchennej (chlorku sodu) ma tylko dwa atomy, natomiast komórki krystaliczne stopów CMA mogą składać się nawet z tysięcy atomów, co przekłada się na nietypowe właściwości fizyczne. Na przykład borek związku glinu i magnezu (AlMgB14) to stop CMA o 16 atomach na komórkę krystaliczną, pod względem wytrzymałości ustępujący tylko diamentowi. Europejscy naukowcy pracują nad procesami powlekania, które pozwoliłyby uwolnić potencjał stopów CMA poprzez wykorzystanie ich w powłokach obrabiarek i form odlewniczych, a także w odpornych na zwilżanie powłokach podwozi samolotów. Dofinansowanie przyznane projektowi APPLICMA (Development of wear resistant coatings based on complex metallic alloys for functional applications) przez UE umożliwiło naukowcom przełamanie bariery stojącej na drodze do powszechnego stosowania stopów CMA w powłokach. Naukowcy zaczęli od analizy różnych stopów CMA, po czym skoncentrowali się na stopie najbardziej obiecującym pod względem zastosowania w używanym procesie osadzania powłoki – fizycznym osadzaniu z fazy gazowej (PVD). Po zoptymalizowaniu procesu uczeni przygotowali części demonstracyjne, na które naniesiono powłokę. Powleczone elementy poddano następnie testom, porównując je z częściami powleczonymi metodami konwencjonalnymi oraz częściami niepowlekanymi. Wykorzystano między innymi elementy demonstracyjne takie jak wiertła, frezy, noże skrawające, matryce, formy odlewnicze, śruby i prawdziwe podwozie samolotu. Poza wspomnianymi częściami demonstracyjnymi naukowcy przeprowadzili szczegółowe badania w zakresie struktury elektronowej, chropowatości, grubości i mikrotwardości powłok wykonanych ze stopów CMA. Skupiono się również na ujawnieniu podstawowych mechanizmów przejść fazowych zachodzących w procesie produkcji określonych powłok, a także sposobach minimalizacji tarcia i zużycia materiałów w procesie formowania. Zapotrzebowanie na materiały o wysokich parametrach technologicznych, wysokiej odporności i długiej żywotności, przeznaczone do zastosowań w skali makro, jest bardzo duże. W ramach projektu APPLICMA opracowano kompletny proces powlekania, uzyskując stopy kompatybilne z konwencjonalnymi procesami osadzania powłok w powszechnie stosowanych urządzeniach przemysłowych.
Słowa kluczowe
Powłoki, narzędzia, produkcja, złożone stopy metali, podwozia samolotów, APPLICMA
