Przetwarzanie cząstek pozwala uzyskać lepsze powłoki
Powłoki termiczne stosuje się między innymi w turbinach parowych służących do wytwarzania energii, silnikach lotniczych, reaktorach chemicznych i materiałach budowlanych. Są one powszechnie używane, a udoskonalone powłoki o lepszych parametrach i niższej cenie mają duży potencjał rynkowy. Finansowany ze środków UE zespół badawczy zainicjował projekt PARTICOAT w celu opracowania powłoki, która łączyłaby takie właściwości, jak ochrona przed działaniem wysokich temperatur, ochrona przed ogniem oraz izolacja elektryczna w wysokich temperaturach. Badaczom udało się zrealizować wszystkie założenia wyszczególnione we wniosku oraz stworzyć różne powłoki. Wybrali oni do prac mikrocząstki glinu o rozmiarach od 1 do 20 mikrometrów. Cząstki te skutecznie wiążą się z powierzchnią podłoża. Zastosowana obróbka cieplna pozwoliła ponadto na stworzenie z pierwotnych cząstek metalowych pustych kuleczek tlenków, formujących powierzchnię o strukturze przypominającej piankę. Pod tą powierzchnią tworzy się warstwa dyfuzyjna, pełniąca jednocześnie rolę warstwy wiążącej oraz antykorozyjnej. Testy odporności na wysokie temperatury powłok z glinu wykazały obniżenie temperatury o nawet 25% przy grubości warstwy powierzchniowej wynoszącej 170 mikrometrów. Powłoki dobrze przylegały do podłoża i były odporne na zarysowania. Badacze wykorzystali mikrocząstki utlenionego glinu, tworzące warstwę wewnętrzną, oraz inne cząstki umieszczone w warstwie ogniotrwałej, dzięki czemu uzyskali dwie różne powłoki przeciwogniowe. Obie przeszły testy odporności na działanie płomieni i wysokich temperatur, dla obu opracowano też technikę produkcji przemysłowej. Naukowcy opracowali trzy powłoki do miedzianych przewodników stosowanych w wysokotemperaturowych elementach grzejnych. Po wykonaniu wszystkich testów dotyczących odporności na zarysowania, adhezji, erozji, ogniotrwałości oraz oporu elektrycznego, badacze przystąpili do prób terenowych. W projekcie PARTICOAT z powodzeniem stworzono koncepcje powłok termicznych, w których warstwa wiążąca i warstwa wierzchnia powstają w jednym etapie obróbki cieplnej. Zastosowanie sferycznych cząstek glinu pozwala na wytwarzanie warstwy wiążącej, a ich utlenianie prowadzi do powstania pustych kulek, które pełnią rolę bariery termicznej. Te tanie powłoki wielofunkcyjne spotkały się już z zainteresowaniem partnerów dotyczącym zastosowania w elementach komór wstępnych spalania oraz rurach termozłączy.
Słowa kluczowe
Wysokotemperaturowe powłoki ochronne, formuły wielofunkcyjne, bariera termiczna, ochrona przed ogniem, izolacja elektryczna, glin, mikrocząsteczki, puste kule tlenku