WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WYSOKOTEMPERATUROWE WŁAŚCIWOŚCI CIEKŁYCH STOPÓW NIKLU ORAZ ICH ODDZIAŁYWANIE WZAJEMNE Z WYBRANYMI TLENKAMI METALI

Streszczenie

Praca stanowi syntetyczny opis wyników uzyskanych w ramach realizacji projektu badawczego własnego Nr NN507 450634 i finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i realizowanego w Instytucie Odlewnictwa w Krakowie w latach 2008-2011. Celem naukowym projektu było opracowanie teoretycznych podstaw sterowania procesem wysokotemperaturowego oddziaływania wzajemnego pomiędzy stopami niklu w stanie ciekłym i ciekło-stałym a wybranymi materiałami ceramicznymi na bazie tlenków metali. Zakres prac projektu obejmował metodologiczne, naukowe i praktyczne aspekty zjawisk wysokotemperaturowych, występujących w procesach ciekło-fazowych wytwarzania wyrobów ze stopów niklu i ich łączenia z różnorodnymi materiałami. Przedmiotem badań były następujące grupy materiałów:
1) czysty nikiel i jego podwójne stopy z Cr, W, Co i Al jako głównymi dodatkami stopowymi, stosowanymi do wytwarzania superstopów niklu oraz przemysłowy stop Inconel 740;
2) czysty Al, jako materiał odniesienia, ze względu na szerokie stosowanie aluminium jako dodatku stopowego w przemysłowych stopach niklu oraz wysoką reaktywność Al względem wielu tlenków metali;
3) tlenki proste na bazie układu podwójnego Me-O typu MeO: MgO, Al2O3, Y2O3, ZrO2;
4) tlenki na bazie układów potrójnych typu MexAlyOz: MgAl2O4, YAlO3 i Y2Al5O12 Mg2SiO4.

W celu wyjaśnienia mechanizmu oddziaływania, w uzasadnionych przypadkach oprócz polikrystalicznych podłoży ceramicznych stosowano monokrystaliczne podłoża wybranych związków o wysokiej czystości chemicznej, idealnej gładkości powierzchni (ok. 8Å). Oprócz opracowania nowych metod i procedur badawczych, istotnymi wymiernymi efektami praktycznymi danej pracy są:
1) baza danych właściwości termofizycznych szerokiej grupy stopów na bazie niklu, zwłaszcza ich zwilżalności i reaktywności w kontakcie z tlenkami metali, najczęściej stosowanymi do wytwarzania materiałów ceramicznych na oprzyrządowanie odlewnicze i do elementów aparatury do badań wysokotemperaturowych, w tym do badań charakterystyk termofizycznych i termodynamicznych;
2) wyjaśnienie mechanizmu powstawania wad odlewniczych w odlewach ze stopów niklu, zwłaszcza wtrąceń niemetalicznych i porowatości;
3) rekomendacje praktyczne w zakresie doboru materiałów na tygle i formy odlewnicze do topienia i odlewania stopów niklu wraz z doborem odpowiednich sposobów odlewania, istotne z punktu widzenia zwiększenia trwałości i żywotności oprzyrządowania odlewniczego, zmniejszenia zanieczyszczenia stopów niklu wtrąceniami niemetalicznymi oraz ograniczenia zawartości rozpuszczalnych w stopie składników oprzyrządowania;
4) rekomendacje praktyczne w zakresie łączenia ceramik specjalnych za pomocą stopów niklu z zastosowaniem technik ciekło-fazowych lub wytwarzania materiałów kompozytowych na bazie stopów niklu zbrojonych fazą tlenkową bądź o osnowie tlenków z dodatkami fazy metalicznej (Ni lub jego stopy).
Do badań wykorzystano aparaturę badawczą zakupioną w ramach realizacji projektu strukturalnego POIG.02.02.00-00-012/08 pt. „Doposażenie infrastruktury badawczej Małopolskiego Centrum Innowacyjnych Technologii i Materiałów” w ramach PO IG 2007-2013.