Giełda wynalazków i projektów. W głąb magnetycznych tajemnic

Lutowe targi wynalazków IPITEx w Bangkoku zakończyły się sukcesem dla Politechniki Częstochowskiej. Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów oraz Wydział Elektryczny przywiozły z Tajlandii 6 medali. To kontynuacja osiągnięć z lat poprzednich. Już w zeszłym roku uczelnia nalazła się w gronie pięciu wyróżnionych ośrodków, które najaktywniej promowały innowacyjne rozwiązania na świecie. Otrzymała statuetkę oraz dyplom Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za Wybitne Osiągnięcia Wynalazcze na Arenie Międzynarodowej w latach 2016-2017.

Na Międzynarodowej Wystawie IWIS 2018 także zabłysnęła, dostając nagrodę Międzynarodowej Federacji Stowarzyszeń Wynalazców IFIA. Na wystawach w 2018 r. w Genewie i Bangkoku uznanie zdobyło rozwiązanie „Sposób otrzymywania kompozytu magnetycznego do układów retencyjnych w medycynie”. Decydujący wkład w ten wynalazek należy do Katedry Chemii PCz.

Magnetyczna szczęka

Magnesy w protetyce stomatologicznej to rzecz znana fachowcom, ale dla laików dość zagadkowa. Magnes stomatologiczny to precyzyjny element składający się z części montowanych osobno w protezie i na filarze zęba, oddziałujących na siebie poprzez pole magnetyczne. Magnesy jako zaczepy do protez stosowane były od wielu lat. Rozwój technologii pozwolił uzyskać magnesy o bardzo małej masie i silnym oddziaływaniu pola. Magnesy stosowane obecnie w stomatologii to stopy zawierające pierwiastki ziem rzadkich, czyli magnesy samarowo-kobaltowe (SmCo). Najsilniejszy jest stop neodymowo-żelazowo-borowy (NdFeB) i magnesy AlNiCo (aluminiowo-niklowo-kobaltowe). Niestety okazały się bardzo wrażliwe na wilgoć i szybko korodując, traciły swoje właściwości.

Wynalazek dotyczy metody wytwarzania kompozytów magnetycznych na bazie wytrawionych proszków magnetycznych zawierających w składzie pierwiastki ziem rzadkich (RE) i metale przejściowe (M), które zostały skonsolidowane z biopolimerem. Proszek magnetyczny o uziarnieniu od 100 do 200 μm poddaje się trawieniu 5% kwasem cytrynowym albo 5% kwasem szczawiowym przez 3 do 5 minut w temperaturze 20°C. Następnie do 97% wagowych proszku magnetycznego dodaje się 3% wagowe polimetakrylanu metylu w postaci proszku utwardzonego płynnym monomerem w postaci metylometakrylanu, a uzyskaną mieszaninę homogenizuje się, wsad umieszcza się w formie i poddaje prasowaniu pod ciśnieniem od 20 do 50 b, a wypraskę polimeryzuje się w kąpieli wodnej w temperaturze od 20°C do 90°C. Utwardzoną wypraskę poddaje się magnesowaniu. Otrzymuje się w ten sposób odporny kompozyt metaliczno-polimerowy o dużej sile utrzymującej protezę.

Jeszcze mocniejszy

Materiały magnetycznie miękkie, czyli magnesy o najwyższych parametrach użytkowych, stosowane w urządzeniach elektrycznych jak transformatory, generatory czy silniki, są przedmiotem badań wielu ośrodków. Wynalazek amorficznego stopu objętościowego na osnowie żelaza przyniósł Wydziałowi Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów kolejne laury.

Amorficzny stop na osnowie żelaza zawiera (atomowo) 65% żelaza, 20% boru, 5-6% itru, 5% niobu oraz 4-5 % Hf i jest materiałem magnetycznie miękkim. Przy chłodzeniu stopów amorficznych z prędkością 104-106 K/s można uzyskiwać tylko taśmy lub płatki o grubości zaledwie 25-35 µm. Nie da się formować innych kształtów. Stop będący przedmiotem wynalazku, wytwarzany przy obniżonych prędkościach chłodzenia, pozwala na otrzymanie próbek o różnych kształtach i wymiarach – płytek do 0,5 mm grubości, prętów do 2 mm średnicy, rurek itp. Otrzymuje się w ten sposób materiał pozwalający na formowanie wszelkich elementów elektrotechnicznych, zwłaszcza rdzeni transformatorów.

Dla spawalniczych robotów

W 2017 r. w konkursie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju na „Badania naukowe i prace rozwojowe" pierwszą pozycję na liście projektów rekomendowanych do dofinansowania zajęło „Opracowanie technologii i uruchomienie produkcji niklowanych drutów spawalniczych o podwyższonej odporności na korozję”, zgłoszone przez konsorcjum naukowo-przemysłowe Politechniki Częstochowskiej i przedsiębiorstwa Metalurgia S.A. Radomsko. Ze względu na powszechność spawania automatycznego z użyciem takiego drutu, jest to projekt szczególnie obiecujący i zapewne przyniesie nagrody w najbliższej przyszłości.

Obecnie stosowane druty miedziowane oraz pokrywane warstwami niemetalicznymi są słabo przyczepne, a warstwa miedzi się łuszczy, co powoduje przyspieszoną korozję drutów, zapychanie się urządzeń spawalniczych i ich niestabilną pracę. Nowy produkt będzie miał istotną przewagę konkurencyjną w stosunku do dotychczas stosowanych, szczególnie w atmosferze powodującej zwiększoną korozję materiału. Wyniki projektu będą adresowane do odbiorców zarówno krajowych, jak i zagranicznych (Metalurgia S.A. należy do czeskiego konsorcjum „MORAVIA”). Ukończenie prac ma nastąpić w końcu 2020 r. Kierownikiem merytorycznym projektu jest dr hab. inż. Sylwia Wiewiórowska.

jaz.

Przykłady taśm ze stopów amorficznych

Robot spawalniczy