Najważniejsze informacje (kliknij, aby przejść)
Dr inż. Marcin Winnicki
Politechnika Wrocławska
PIT-RADWAR S.A.
Misją Spółki jest tworzenie innowacyjnych rozwiązań w zakresie elektroniki, teleinformatyki oraz technologii informatycznych wspierających bezpieczeństwo ludzi i infrastruktury.
O projekcie
Projekt dotyczy analizy oraz propozycji modyfikacji procesu napylania warstwy wolframu na styki kontaktronu. Kontaktron jest elementem stykowym o stykach magnetycznie miękkich zatopionych w hermetycznej rurce szklanej w atmosferze gazu lub próżni, sterowany polem magnetycznym cewki lub magnesu stałego. Charakteryzuje się dużą odpornością na narażenia klimatyczne i znajduje coraz większe zastosowanie w wielu dziedzinach techniki, między innymi w przemyśle samochodowym, sprzęcie medycznym i AGD, telekomunikacji, aparaturze kontrolno-pomiarowej. Projekt dotyczy kontaktronów próżniowych (ZP), które przeznaczone są do łączenia i separacji obwodów wysokonapięciowych.
Styki kontaktronu pokryte są powłoką wolframową o grubości 20 – 40 µm z domieszką złota. W związku z tym, że jakość powierzchni stykowej ma decydujący wpływ na parametry użytkowe kontaktronu, takie jak trwałość łączeniowa, rezystancja przejścia i wytrzymałość napięciowa, podjęto współpracę z Politechniką Wrocławską w celu optymalizacji parametrów procesu napylania.
Głównym celem projektu realizowanego w ramach partnerstwa będzie optymalizacja technologii nanoszenia powłok z wolframu na styki kontaktronów. Obecnie stosowana przez firmę PIT-RADWAR S.A. metoda natryskiwania plazmowego w atmosferze powietrza (z ang. Atmospheric Plasma Spraying – APS), wymaga prac optymalizacyjnych. Związane jest to z potrzebą poprawy parametrów elektrycznych kontaktronów. Dlatego na tym etapie przewiduje się szczegółową analizę procesu nanoszenia powłok na styki kontaktronów, która obejmować będzie ocenę obecnie wytwarzanych powłok na stykach kontaktronów poprzez badania metalograficzne, jak również ocenę samego procesu nanoszenia powłok.
W kolejnym kroku przeprowadzi się optymalizację procesu natryskiwania metodą APS, dobierając odpowiednie parametry. W celu potwierdzenia skuteczności wprowadzonych zmian przeprowadzone zostaną testy wytrzymałości napięciowej kontaktronów oraz badania trwałości elektrycznej.
W drugim etapie planowane jest zastosowanie nowych, innowacyjnych technologii natryskiwania cieplnego. Podjęte zostaną próby osadzania powłok metodami natryskiwania plazmowego z zawiesin (z ang. Suspension Plasma Spraying – SPS) oraz natryskiwania zimnym gazem (z ang. Cold Gas Spraying – CGS). Metoda SPS łączy zalety konwencjonalnego natryskiwania plazmowego (możliwość nakładania szerokiej gamy materiałów z zachowaniem wysokiej wydajności i przy zachowaniu niskich kosztów produkcji) oraz metod osadzania z fazy gazowej (możliwość deponowania powłok drobnoziarnistych, nawet nanometrycznych). W odróżnieniu od konwencjonalnej metody APS, w metodzie SPS konieczne jest przygotowanie i zoptymalizowanie specjalnego prekursora w formie zawiesiny opartej na drobnoziarnistym proszku.
Warto tu wspomnieć, że Politechnika Wrocławska jest pionierem w Polsce, jeśli chodzi o wytwarzanie powłok metodą SPS. Druga metoda – CGS - polega na deponowaniu powłok z proszku pozostającego w stanie stałym. Proszek metalu podczas natryskiwania nie topi się, co w zupełności eliminuje efekt zanieczyszczenia powłok, w szczególności tlenkami, jak również ogranicza porowatość powłoki. Metoda, która umożliwi uzyskać powłoki o lepszych właściwościach (wyższej wytrzymałości mechanicznej i cieplnej), zostanie w dalszej kolejności wdrożona w firmie PIT-RADWAR S.A.).
Dlatego etap ten ma na celu transfer wiedzy technologicznej (know-how), którą dysponuje naukowiec, do przedsiębiorstwa. Efektem optymalizacji procesu nanoszenia powłok wolframowych na styki kontaktronów będzie uzyskiwanie kontaktronów o wyższych parametrach. Drugi etap będzie polegał na przeprowadzeniu pilotażowych prób nanoszenia powłok na styki kontaktronów innowacyjnymi metodami. Jeśli próby zakończą się sukcesem, współpraca naukowca z firmą zostanie kontynuowana w celu modernizacji stanowiska do natryskiwania powłok.
Wyniki badań będą miały wpływ na rozwój technologii natryskiwania cieplnego. Metody natryskiwania cieplnego stosowane są przede wszystkim do nanoszenia powłok o grubości ponad 100 µm. Nie zbadane są właściwości powłok wysokowytrzymałych o tak małej grubości, rzędu 20-40 µm (takie są założenia powłok na stykach), nanoszonych metodą natryskiwania zimnym gazem. Co więcej, metoda natryskiwania plazmowego z zawiesin stosowana jest przede wszystkim do nanoszenia struktur kolumnowych stosowanych, jako bariery termiczne z różnego rodzaju ceramiki oraz w medycynie, gdzie wykorzystuje się hydroksyapatyt. Dlatego zastosowanie metody do nanoszenia powłok metalicznych wysokowytrzymałych, będzie niekonwencjonalnym zagadnieniem. Dzięki wynikom projektu technologie natryskiwania cieplnego mogą znaleźć nowe miejsca aplikacji, co przyczyni się do rozwoju dziedziny, w której specjalizuje się naukowiec.
W wyniku partnerstwa naukowiec będzie posiadał próbki powłok wolframowych naniesionych trzema różnymi metodami natryskiwania, które dotyczą realnego problemu występującego w przemyśle. Ułatwi to prowadzenie zajęć dydaktycznych.
Co skłoniło naukowca i firmę do podjęcia współpracy?
Produkty firmy PIT-RADWAR S.A., są cenione przez klientów zarówno w kraju, jak i za granicą. Dzieję się to dzięki najwyższym wymaganiom, jakie firma stawia swoim produktom. W przypadku poprawienia wytrzymałości napięciowej i zwiększenia zakresu działania kontaktronów, firma ma szansę na zajęcie dominującej pozycji na światowym rynku próżniowych kontaktronów wysokonapięciowych. Firma dokonała już rozeznania rynku nanoszenia powłok w poszukiwaniu stosownych technologii. Okazuje się, że usprawnienie produkcji może nastąpić przy zastosowaniu innowacyjnych rozwiązań, takich jak natryskiwanie cieplne metodami SPS czy CGS. Dlatego też została nawiązana współpraca z Katedrą Materiałoznawstwa, Wytrzymałości i Spawalnictwa Politechniki Wrocławskiej, która posiada laboratoria wyposażone w tego typu stanowiska, a co ważniejsze jest w stanie zaproponować rozwiązanie problemu przedsiębiorcy.