Współpraca naukowa z Beijing University of Technology - SMSE
Koordynatorem projektu po stronie chińskiej jest Prof. Hong Li ze School of Materials Science & Engineering, Beijing University of Technology. Oprócz przedstawicieli ze School of Materials Science & Engineering, BJUT w skład zespołu badawczego wchodzą także naukowcy z State Key Laboratory of New Metal Materials, University of Science & Technology, Beijing oraz Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University. W skład polskiego zespołu badawczego wchodzą dr inż. Mariusz Bober (koordynator), prof dr hab. inż. Jacek Senkara, dr hab. inż. Marek Pawlikowski, prof. PW oraz dr inż. Michał Baranowski.
Zasadniczym celem projektu jest opracowanie nowego stopu lutowniczego bez wspomnianych MPD, który spełniałby wymagania dotyczące wymaganych właściwości lutów (temperatura topnienia, właściwości kapilarne, kinetyka zwilżania nadstopów Ni, możliwość zeszklenia dla otrzymania folii) i uzyskiwanych przy jego udziale połączeń (odpowiednia wytrzymałość, odporność na korozję w podwyższonej temperaturze, stabilność struktury - pożądana jednofazowość lutowiny). Kandydatem jest stop o wysokiej entropii (high entropy alloy - HEA) z układu Al-Co-Cu-Fe-Mn-Ni (kolejność pierwiastków alfabetyczna).
HEA stanowią nowy kierunek inżynierii materiałowej, zwłaszcza w obszarze materiałów konstrukcyjnych, natomiast koncepcja ta, poza nielicznymi wyjątkami, nie była dotąd stosowana do stopów lutowniczych. Szczególne cechy metody HEA, takie jak elastyczność doboru pierwiastków stopowych i ich ilości, mała szybkość dyfuzji oraz rosnąca stabilność temperaturowa takich stopów, czynią HEA bardzo dobrą opcją dla wysokotemperaturowych lutów przeznaczonych do wytwarzania jedno- i różnoimiennych złączy nadstopów Ni.
Metodologia badań obejmuje obliczenia przy zastosowaniu oprogramowania Thermo-Calc, wytwarzanie lutów w postaci folii amorficznej metodą topienia w piecu łukowym i wylewania na szybkoobracający się bęben miedziany, badania zakresu temperatury topnienia (DSC) oraz kinetyki zwilżania i rozpływania się lutu. Poza analizą właściwości nowego lutu jako takiego, planowane jest badanie wpływu poszczególnych pierwiastków, zwłaszcza Al i jego zawartości na efekt HE, a także parametrów procesu lutowania laserowego (alternatywnie próżniowego) oraz obróbki cieplnej, na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne połączeń lutowanych w podwyższonej temperaturze. Złącza lutowane będą poddane również badaniom korozyjnym, w tym na korozję naprężeniową i zmęczeniową, oraz korozję w podwyższonej temperaturze. Wysokotemperaturowe luty twarde na osnowie niklu (temperatura lutowania 1000 - 1200ºC) są stosowane do lutowania próżniowego odpowiedzialnych części z superstopów niklu (grupa Hastelloy, Inconel) w przemyśle lotniczym i przez wytwórców turbin energetycznych. Luty te są wieloskładnikowe i zawierają między innymi pierwiastki obniżające temperaturę topnienia (melting point depressants - MPD), takie jak bor i krzem. Materiały tego rodzaju są bardzo trudne do obróbki plastycznej i jako luty stosowane przeważnie w postaci folii amorficznych lub past. Ważnym problemem, dotąd do końca nie rozwiązanym, jest tworzenie się podczas lutowania tymi stopami kruchych borków i innych faz międzymetalicznych, a niekiedy także niskotopliwych eutektyk, obniżających właściwości mechaniczne złączy i degradujących ich żaroodporność. Dodatkowo w niektórych przypadkach stosowanie stopów lutowniczych zawierających B nie jest dozwolone.
Ważne linki:
