Giełda wynalazków i projektów. Inteligentne powłoki

Badania nad technologiami antykorozyjnymi, którymi od lat zajmuje się Instytut Mechaniki Precyzyjnej, przynoszą coraz bardziej niezwykłe aplikacje. W 2014 r. na wystawach światowych tryumfy święcił „Innowacyjny funkcjonalny system powłokowy dla stopów Mg przeznaczonych na implanty wchłaniane". Jest to dzieło Zakładu Korozji i Technologii Antykorozyjnej pod kierunkiem dr. inż. Lecha Kwiatkowskiego.

Jednym z wyzwań dla technologów implantów medycznych są substancje biodegradowalne bez skutków ubocznych dla organizmu. Chodzi o to, by implant sam się „rozpuścił" po pewnym czasie, by nie trzeba było po raz kolejny operować pacjenta, by ten implant wyjąć, kiedy już spełni swoje zadanie. Do kategorii takich implantów należą wzmocnienia kości wykonane z magnezu. Szybkość korozji, jakiej ulega magnez w płynach ustrojowych, przewyższa jednak dopuszczalne dawki jonów metalu. Wyzwaniem badawczym jest więc tak spowolnić ten proces, by uwalnianie jonów korespondowało z zapotrzebowaniem organizmu na magnez.

Magnez się wchłonie

IMP zaproponował ochronny system powłokowy obejmujący warstwę tlenkową utworzoną w ekologicznym innowacyjnym procesie plazmowego utleniania anodowego stopu magnezu oraz zewnętrzną powłokę polieteroimidu zawierającą nanocząstki hydroksyapatytu. Doświadczenia na zwierzętach potwierdziły słuszność tego rozwiązania – nie stwierdzono uszkodzeń narządów wewnętrznych i innych znaczących zmian w organizmie związanych z implantacją. Powłoki ochronne skutecznie opóźniały inicjację korozji i minimalizowały uwalnianie jonów wodoru. Dotąd stosowane wzmocnienia metalowe lub ceramiczne, które pozostawiano w ciele pacjenta, są jednak obcym ciałem. W tym przypadku mamy do czynienia ze znikającym implantem, który przestaje być problemem po wykonaniu zadania regeneracji kości. Ten wynalazek może dość szybko wejść do praktyki medycznej, gdyż stoi za nim nie tylko autorytet naukowy IMP, lecz także Instituto Superior Technico i Facultate de Medicina Dentaria z Lizbony oraz spółki Materials Engineers Group. Z tymi podmiotami IMP zrealizował program europejski MNT ERA NET. Jest to kolejny krok ku „powłokom inteligentnym", a więc takim, które mogą działać i zmieniać się według szczegółowo określonych programów.

Piec błyskawiczny

Poważne ekonomiczne znaczenie może mieć wynalazek Innowacyjnej metody nagrzewania elementów stalowych w piecach próżniowych i atmosferowych. To również jest owoc wieloletnich doświadczeń nad technologiami obróbki cieplnej . W dotychczas stosowanych piecach do nagrzewania elementów stalowych w celu dalszej obróbki powierzchniowej elektryczne elementy grzejne umieszczane były pomiędzy retortą a wymurówka pieca. Opóźniało to nagrzewanie oraz wymagało dużych ilości energii na ogrzanie retorty z koszem zawierającym detale stalowe. Nowa metoda polega na wyjęciu elementów grzejnych wraz z pokrywą pieca, a następnie na wprowadzeniu detali do retorty i opuszczeniu elementów grzejnych także do wnętrza retorty. Następnie wymusza się cyrkulację atmosfery wewnątrz pieca. Możliwość wyjmowania „grzałek" na zewnątrz znakomicie ułatwia ich konserwację i wymianę. Takie rozwiązanie wiąże się więc z zupełnie nową konstrukcją pieca retortowego, zapewniającą znacznie wygodniejszą obsługę i ogromne oszczędności energii. Do tego rozwiązania wkład wnieśli zwłaszcza nieżyjący już dyrektor IMP prof. Aleksander Nakonieczny oraz dr hab. inż. Tomasz Babul.

Obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej dotyczy także nagrodzony w 2014 r. wynalazek „Nowa metoda obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej w złożu aktywnym chemicznie narzędzi do przetwórstwa tworzyw sztucznych” (zwana CarNiTermoFluid). Jest to kolejna wersja wypracowanej w Instytucie metody obróbki stopów metali żelaznych, przeznaczonych do bardzo wyrafinowanych narzędzi i urządzeń. W tym przypadku chodziło o nadanie wysokiej odporności korozyjnej elementom m.in. form pracujących w agresywnych chemicznie środowiskach podczas przetwórstwa tworzyw sztucznych, m.in. PCV. W tym procesie intensywne działanie chloru niszczy chemicznie kosztowne elementy instalacji. Ta metoda obróbki powierzchniowej uodpornia powierzchnię metalu na działanie chloru. Najnowszą nagrodą dla tej technologii jest Złoty Medal Innova 2014 w Brukseli.

Gaz z opon

Nieco pobocznym nurtem zainteresowań IMP są technologie recyclingu, ale i tu mamy efektowne osiągnięcia. W Brukseli nagrodzono „Ekologiczną instalację i technologię odzysku oleju i gazu energetycznego z opon samochodowych i innych odpadów organicznych elastomerowych metodą rozkładu termicznego w obiegach zamkniętych”. Dla tego procesu opracowano ogrzewany przeponowo reaktor o poziomej osi obrotu, z ruchomym złożem w temperaturze 320-400°C przy ciśnieniu do 0,5 b. Nad tego typu urządzeniami pracuje wiele ośrodków, ale bogaty zasób doświadczeń IMP z piecami elektrycznymi pozwala dobrze rokować temu rozwiązaniu, bo w tej kategorii zapewne decydująca będzie sprawność energetyczna przeróbki odpadów i koszt urządzeń. W idei III generacji biopaliw chodzi właśnie o przeróbkę organicznych odpadów przemysłowych, a nie o gazyfikację masy roślinnej. 

jaz

Piec do obróbki cieplnej detali metalowych.

Prosty implant magnezowy (a)  i efekty jego wchłaniania przez tkankę kostną (b).