Projekt badawczy pt. „Odlewy z warstwami kompozytowymi wytwarzane metodami odlewania do form wirujących” finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki w latach 2011-2013 (nr. N N508 630540).

Głównym celem naukowym projektu było zagadnienie formowania metodami odlewniczymi funkcjonalnej warstwy kompozytowej z wykorzystaniem działania siły odśrodkowej powstającej
w trakcie wirowania kokili. Istotnym założeniem projektu było wykorzystanie zjawisk towarzyszących odlewaniu pod ciśnieniem odśrodkowym do infiltracji porowatych preform ceramicznych, które docelowo kształtują lokalną warstwę zbrojącą w założonym obszarze odlewu. Z kolei odlewanie w tych samych warunkach zawiesiny kompozytowej umożliwiło uzyskanie kształtek kompozytowych o funkcjonalnym rozmieszczeniu zbrojenia. Zgodnie z założeniami projektu do kształtowania warstw kompozytowych wykorzystano metody: odlewania odśrodkowego właściwego, w którym oś odlewu pokrywa się z osią wirowania formy (Rys. 1) oraz odlewania z ciśnieniem odśrodkowym (Rys. 2). Dokonano szczegółowej analizy poszczególnych czynników składowych mających istotny wpływ na kształtowanie struktury odlewów kompozytowych w wybranych procesach odlewania.

Rys. 1. Widok formy, odlewu w postaci tulei i przykłady struktury warstw kompozytowych.

Rys. 2. Widok formy, odlewu i przykłady struktury w obszarze wzmocnionym preformą ceramiczną.

Wykazano, że wszystkie wytworzone i badane materiały kompozytowe charakteryzują się większą stabilnością wymiarów i wyższą twardością w stosunku do niezbrojonego materiału osnowy. Stwierdzono, że na podstawowe parametry eksploatacyjne, takie jak: współczynnik tarcia (Rys. 3) oraz poziom zużycia, decydujący wpływ mają: udział fazy zbrojącej, jej rodzaj i morfologia.

Rys. 3. Porównanie zmian wartości współczynnika tarcia na dystansie 1000 m w skojarzeniu żeliwo - warstwa kompozytowa: a) z cząstkami ceramicznymi, b) z preformą Al₂O₃.

W ramach realizacji projektu opracowano koncepcję i zbudowano stanowisko umożliwiające kształtowanie funkcjonalnych odlewów kompozytowych metodami odlewania do form wirujących (Rys.4a). Zarówno stanowisko technologiczne, jak i proponowana metoda wytwarzania znalazły uznanie Komisji konkursowej i zostały nagrodzone główną nagrodą międzynarodowych Targów KOMPOZYT-EXPO® 2013 za opracowanie oryginalnej technologii otrzymywania lekkich kompozytów ceramiczno-metalicznych w kategorii technologie wytwarzania materiałów kompozytowych (Rys.4b).

Rys. 4. a) Stanowisko technologiczne; b) Dyplom Targów KOMPOZYT-EXPO w Krakowie.

Analiza uzyskanych rezultatów pozwoliła na opracowanie procedury materiałowo-technologicznej kształtowania funkcjonalnej warstwy kompozytowej w procesach odlewania do form wirujących. Wymiernym efektem końcowym projektu są odlewy kompozytowe o zróżnicowanych właściwościach powierzchni użytkowych z przeznaczeniem do pracy w warunkach obciążeń tribologicznych. Uzyskane wyniki potwierdziły poprawność przyjętych założeń materiałowo-technologicznych i były podstawą do złożenia wniosku o dofinansowanie dalszych prac w ramach Wspólnego Przedsięwzięcia Narodowego Centrum Nauki oraz Narodowego Centrum Badań i Rozwoju „TANGO 2”.