Uniwersytet Śląski w Katowicach

Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego zaproponowali rozwiązanie, które ma ulepszyć proces produkcji łopatek wykorzystywanych w budowie turbin silników lotniczych. Dzięki wynalazkowi elementy te będą trwalsze, co przełoży się na wydłużenie czasu ich eksploatacji oraz zmniejszenie kosztów obsługi serwisowej silnika.

Łopatki, o których mowa, wykonane są  w postaci monokrystalicznej z nadstopu na bazie niklu. To trwały materiał, który charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi. Jest odporny zarówno na wysokie temperatury, jak i na działanie agresywnego środowiska. Nic dziwnego, że sprawdza się doskonale przy wytwarzaniu elementów silnika lotniczego, które są narażone na mechaniczne uszkodzenia, temperatury rzędu 1300–1400°C czy działanie wielu niekorzystnych czynników chemicznych, takich jak reaktywne gazy powstające w komorze spalania silnika. Trwałość łopatek zależna jest jednak nie tylko od użytego materiału, lecz również od ich kształtu, obróbki cieplno-chemicznej oraz technik kontroli jakości stosowanych w procesie produkcji.

Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego zainteresowali się jednym z etapów produkcji. Okazało się bowiem, że wiele defektów mających wpływ na obniżenie wytrzymałości i odporności chemicznej oraz cieplnej odlewów powstaje już na początkowym etapie wytwarzania, tj. w czasie kierunkowej krystalizacji techniką Bridgmana. W półproduktach otrzymanych w wyniku tego procesu może dochodzić do pojawiania się naprężeń odlewniczych sieci krystalicznej, powodujących degradację żaroodpornych i żarowytrzymałych powłok ochronnych nakładanych na odlewy w jednym z ostatnich etapów produkcji. To z kolei wpływa na trwałość i jakość łopatek.

Rozwiązaniem tego problemu może być określenie miejsc występowania wspomnianych naprężeń według sposobu opracowanego przez dr. inż. Roberta Paszkowskiego, dr. hab. Włodzimierza Bogdanowicza, prof. UŚ oraz dr. Jacka Krawczyka z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych UŚ. W tym celu naukowcy zastosowali metodę dyfrakcyjnej topografii rentgenowskiej, której zaletą jest między innymi możliwość badania większych elementów odlewów, w tym całych łopatek, bez radykalnej ingerencji w strukturę samej części. Wskazanie miejsc w odlewach, w których na późniejszym etapie może dojść do uszkodzenia powłok ochronnych,  pozwoli na  precyzyjną modyfikację procesu produkcyjnego w celu eliminacji naprężeń. Dzięki temu możliwe będzie ograniczenie ilości defektów powstających na początkowym etapie produkcji, jeszcze przed nałożeniem powłok ochronnych, co docelowo przełoży się na otrzymanie produktu o lepszych właściwościach wytrzymałościowych. Rozwiązanie zostało objęte ochroną patentową.

Autorzy patentu z grupy badawczej „Technologia i charakteryzacja monokrystalicznych łopatek turbin silników lotniczych”. Od lewej: dr Jacek Krawczyk, dr inż. Robert Paszkowski, dr hab. Włodzimierz Bogdanowicz, prof. UŚ (lider grupy). | fot. archiwum dr. inż. Roberta Paszkowskiego