1. 2009-2013 Projekt finansowany z funduszy Unii Europejsciej o akronimie H2-IGCC (FP7-239349). Projekt koordynowany przez ETN (European Turbine Network) zrzeszający 24 partnerów z 10 krajów:
· E.ON Engineering
· Electricite de France
· Enel
· Laborelec
· Nuon
· Ansaldo Energia
· Siemens
· Flame Spray Hungary
· DLR
· RSE
· Cenaero
· Cardiff University
· City University London
· Cranfield University
· Juelich Research Center
· National University of Ireland Galway
· Paul Scherrer Institiute
· RWTH Aachen University
· Technical University of Ireland Galway
· University of Genoa
· University of Sheffield
· University of Stavager
· University of Sussex
· University Roma TRE
Celem projektu było opracowanie technologii pozwalającej na dostosowanie istniejących turbin gazowych do pracy w systemie IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) z jednoczesnym spalaniem paliwa SYNGAS wzbogaconego w wodór, pozwalającego na ograniczenie emisji szkodliwych gazów cieplarnianych typu NOx, COx itp. Jednakże spalanie paliwa typu SYNGAS wzbogaconego w wodór skutkuje podwyższoną zawartością pary wodnej w spalinach. Zadaniami określonymi w projekcie było badanie zachowania materiałów stosowanych do wykonywania komponentów w turbinach gazowych podczas utleniania w atmosferze z podwyższoną zawartością pary wodnej. W trakcie trwania projektów zbadanych zostało cztery grupy materiałów:
· Superstopy niklowe: (PWA 1483, Rene 80, MARM-509, CM 247),
· Superstopy niklowe z powłokami typu MCrAlY (PWA 1483, Rene 80, ECY 786, Hastelloy-X)
· „Free standing” powłoki typu MCrAlY
· Powłokowe bariery cieplne
2. 2014-2016 Projekt finansowany z funduszy Unii Europejskiej o akronimie SAMBA (FP7-309849). Projekt koordynowany przez TU Delft zrzesza następujących partnerów:
· Delft University of Technology, TU Delft, The Netherlands
· Forschungszentrum Jülich, Germany
· University of Manchester, United Kingdom
· Institut National Polytechnique de Toulouse, INPT, France
· Ricerca sul Sistema Energetico, RSE SpA, Italy
· Alstom (Schweiz) AG, Switzerland
· GKN AEROSPACE SWEDEN AB, Sweden
· Flame Spray Technology, The Netherlands
Celem projektu jest opracowanie systemu zastosowania nowych ceramicznych TBC w najważniejszych częściach silników.
W ramach projektu konsorcjum opracowuje nowe systemy TBC posiadające właściwości samonaprawcze. Nowe powłoki ceramiczne składają się z warstwy tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ), który zwiera mikrometrycznych rozmiarów cząstki MoSi2, które umożliwiają proces samonaprawy: w czasie powstania pęknięcia MoSi2 utlenia się, a pęknięcie wypełnia się tlenkiem krzemu. Następnie tlenek krzemu wchodzi w reakcję z ZrO2 tworząc stabilne wypełnienie pęknięcia.
Zdolność ceramicznych TBC do samonaprawy niewielkich pęknięć może zatem potencjalnie wydłużyć okres użytkowania powłoki o 20-25%, a przez to znacznie obniżyć koszty utrzymania. Przełoży się także na zredukowanie liczby wymienianych części w okresie użytkowania silnika turbinowego.
Zadaniami określonymi w projekcie były badania materiałów używanych w projekcie:
· Stopy MoSi2 (czyste jak rownież domieszkowane B lub/i Al)
· Proszki na bazie MoSi2 (czyste jak rownież domieszkowane B lub/i Al)
· Istniejące (“state of the art”) systemy TBC
· Nowoczesne systemy TBC zawierające czynnik samonaprawczy (MoSi2)
3. 2016 - 2019, Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu "POLONEZ1" o temacie: "Optymalizacja kinetyki procesu utleniania poprzez obróbke powierzchni - strategia dla wytwarzania nowych materiałów". Okres realizacji projektu: 01.03.2017 - 28.02.2019 r.
Celem projektu jest określenie wpływu sposobu obróbki powierzchni na kinetykę reakcji oraz rodzaj uformowanej zgorzeliny dla stopów metali pracujących w wysokiej temperaturze w obecności agresywnych atmosfer utleniających.
Dzięki analizie wyników projektu będzie można uzyskać zarówno jakościową oraz ilościową charakterystykę podstawowych procesów przebiegających w materiałach podczas pracy w wysokich temperaturach i agresywnych środowiskach utleniających. Za pomocą uzyskanych wartości stałych kinetyki reakcji stopy metali zostaną sklasyfikowane i uszeregowane pod względem odporności na korozję wysokotemperaturową. Określenie wpływu rodzaju obróbki powierzchni na kinetykę reakcji pozwoli na zoptymalizowanie procesu wytwarzania materiału do konkretnych zastosowań. Model matematyczny wpływu stopnia obróbki powierzchni materiału na kinetykę reakcji będzie narzędziem za pomocą którego możliwe będzie prognozowanie czasu życia komponentów wykonanych z materiałów metalicznych pracujących w wysokich temperaturach.
4. 02.2021 - 10.2021: Projekt dofinansowany z Podkarpackiego Centrum Innowacji pn. „Optymalizacja prędkości wzrostu warstwy aluminidkowej w procesach technologicznych.” Projekt realizowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackiego na lata 2014-2020 w ramach konkursu nr 1/2020, nr wniosku N2_035. Termin realizacji: 02.2021 - 10.2021
Projekt dotyczył wyznaczenia wpływu składu chemicznego mieszaniny proszków do aluminiowania i wpływu chropowatości powierzchni elementów aluminiowanych na kinetykę procesu aluminiowania metodą kontaktowo-gazową („in-pack cementation”). Prowadzone badania będą polegały na wytworzeniu warstw aluminidkowych na stopach niklu o zróżnicowanej chropowatości powierzchni przy użyciu mieszaniny proszków o zróżnicowanych proporcjach aktywatora, wypełniacza i aluminium. Rezultatem badań będzie optymalizacja procesu wytwarzania warstw aluminidkowych.
5. 2021 - obecnie: Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu "OPUS 20" o temacie: „Stopy o wysokiej entropii w parze wodnej - optymalizacja odporności na korozję wysokotemperaturową do nowoczesnych zastosowań”. Okres realizacji projektu: 08.2021 - 07.2025r.
Materiały metaliczne stanowią obecnie najszerzej stosowaną grupę materiałów w niemalże każdej dziedzinie naszego życia. W porównaniu do materiałów ceramicznych i polimerowych, wcześniej wspomniane materiały metaliczne cechują się bardzo dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym, jak również bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi jak wysoka wytrzymałość i twardość. Materiały tego typu są szeroko stosowane w warunkach wysokiej temperatury, jak np. w silnikach turboodrzutowych lub stacjonarnych turbinach gazowych. W obecnych czasach silny nacisk kładzie się na zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Stąd też, zaznacza się silny trend odchodzenia od paliw kopalnych w kierunku paliw alternatywnych, jak np. paliw wzbogaconych w wodór. Spalanie wodoru, oprócz obniżenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, wiąże się jednak z pewnymi konsekwencjami. Po pierwsze, spalanie wodoru zwiększa temperaturę spalin, a co za tym idzie, temperaturę pracy materiałów stosowanych w częściach gorących turbin. Po drugie, spalanie wodoru zwiększa zawartość pary wodnej w spalinach. Podwyższona temperatura spalania praktycznie eliminuje nadstopy niklu z ich zastosowania, ponieważ już na chwilę obecną temperatura ich pracy osiągnęła maksymalny limit temperatury ich stosowania. Dlatego też poszukuje się materiałów mogących potencjalnie zastąpić stosowane nadstopy niklu i, co więcej, sprostać nowym wymaganiom.
Odnotowano, że obecność pary wodnej w atmosferze podczas ekspozycji nadstopów niklu w wysokiej temperaturze negatywnie wpływa na ich odporność na korozję. Dodatkowo, formowanie się zgorzeliny tlenkowej skutkuje zubożeniem materiału w strefie przypowierzchniowej, co z kolei powoduje zmiany w mikrostrukturze materiałów w tych obszarach. Właściwości wytrzymałościowe silnie zależą od mikrostruktury materiałów metalicznych, dlatego też zmiana mikrostruktury stopów powoduje zmianę ich właściwości mechanicznych. Z tego powodu pożądany jest materiał wykazujący dużą stabilność mikrostruktury w wysokiej temperaturze. Stopy wysokiej entropii (HEA’s) stanowią najbardziej obiecującą grupę materiałów wykazującą dużą stabilność mikrostruktury w wysokiej temperaturze. Pomimo tego, że odporność na korozję wysokotemperaturową stopów wysokiej entropii w atmosferach suchych (nie zawierających pary wodnej) została zbadana, brak jest informacji o odporności na korozję wysokotemperaturową w atmosferze zawierającej parę wodną.
Dlatego też, celem niniejszego projektu jest wytworzenie stopów wysokiej entropii cechujących się wyśmienitą odpornością na korozję wysokotemperaturową w atmosferze zawierającej parę wodną. W tym celu zostaną zoptymalizowane warunki procesu obróbki cieplnej, co skutkować będzie różną mikrostruktura stopów HEA’s. W wyniku tego, zostanie jednoznacznie opisany wpływ mikrostruktury stopów HEA’s na ich odporność na korozję wysokotemperaturową w mokrych gazach. Dodatkowo zostanie utworzony model matematyczny pozwalający na przewidywanie odporności na korozję wysokotemperaturową stopów HEA’s w warunkach utleniania w gazach zawierających parę wodną.
Zaproponowany projekt jest pionierski w tej dziedzinie, ponieważ po raz pierwszy stopy wysokiej entropii (HEA’s) zostaną zbadane w atmosferze zawierającej parę wodną. Dodatkowo zostanie określony wpływ mikrostruktury stopów HEA’s na ich odporność korozyjną w atmosferach mokrej i suchej. Uzyskane wyniki dostarczą zupełnie nowych informacji o zachowaniu stopów HEA’s w atmosferach zawierających parę wodną w wysokiej temperaturze w zależności od ich mikrostruktury. Różna mikrostruktura natomiast zostanie uzyskana poprzez modyfikację parametrów procesu ich obróbki cieplnej. Wyniki uzyskane w projekcie znacznie poszerzą wiedzę na temat zachowania HEA’s w wysokiej temperaturze w wilgotnej atmosferze. Stworzony model matematyczny będzie użytecznym narzędziem do przewidywania właściwości stopów HEA’s podczas pracy w warunkach wysokiej temperatury w parze wodnej.
6. 2023 - obecnie: Projekt Nr: VIAN.RN.22.001- Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego pn. Stopy wysokoentropowe (HEA) do zastosowań na powłoki o zwiększonej odporności na zużycie w różnych warunkach eksploatacji. Okres realizacji: 01.04.2023 r. – 31.07.2025 r. (28 m-cy)
Opis projektu:
Materiały metaliczne stanowią grupę tworzyw najszerzej stosowanych na elementy konstrukcyjne ze względu na ich doskonałe właściwości wytrzymałościowe oraz anizotropowość tychże właściwości jak również możliwość ich aplikowania w postaci powłok. Bardzo często materiały metaliczne, w szczególności stale, stosowane są w warunkach narażających te materiały na zużycie ścierne i erozyjne. Zużycie to może następować na skutek różnych mechanizmów. Materiały stosowane do wytwarzania narzędzi skrawających czy też elementów połączeń ciernych ulegają zużyciu na skutek interakcji tribologicznych. Z kolei materiały metaliczne stosowane w silnikach lotniczych mogą ulec zniszczeniu na skutek erozji w niskiej temperaturze. Przykład może tutaj stanowić zasysanie pyłów wulkanicznych obecnych w powietrzu lub pyłu piaskowego powodujące erozję łopatek wentylatora czy też sprężarki. Procesy erozyjne mogą zachodzić również w wysokiej temperaturze, jak w przypadku przedostania się wspomnianych pyłów bądź odpadającej powłoki tlenkowej do komory spalania lub turbiny wysokotemperaturowej. Z kolei stopy, z których wykonane są elementy urządzeń służących do transportu płynów (wody zimnej lub gorącej, paliwa czy też pary wodnej) narażone są na działanie kawitacji i ulegają degradacji na skutek oddziaływania erozji kawitacyjnej. Stąd istnieje konieczność zwiększenia odporności stopów np. poprzez opracowywanie nowych stopów o pożądanych właściwościach takich jak odporność na zużycie lub stosowanie powłok ochronnych cechujących się zwiększoną odpornością na zużycie.
Nowoczesnymi technologiami stosowanymi do wytwarzania powłok odpornych na zużycie tarciowe i erozyjne są napawanie laserowe oraz natryskiwanie plazmowe. Materiały dotychczas stosowane na powłoki to głównie klasyczne kompozycje składu chemicznego na osnowie żelaza, niklu lub kobaltu, materiały kompozytowe lub ceramiczne. Aktualnie na rynku komercyjnym nie ma stopów wykazujących pożądaną odporność na zużycie w różnych warunkach eksploatacyjnych, szczególnie w przypadku synergii oddziaływania zjawisk tribologicznych. Obiecującym rozwiązaniem wydają się być stopy wysokoentropowe HEA. Stanowią dynamicznie rozwijającą się grupę materiałów. Materiały będące przedmiotem niniejszego projektu, a mianowicie stopy o wysokiej entropii (HEA), są stosunkowo nowym rodzajem materiałów metalicznych, które składają się z co najmniej pięciu głównych pierwiastków stopowych. Każdy główny pierwiastek powinien mieć stężenie od 5 do 35% at.. Oprócz głównego pierwiastka, HEA’s mogą być domieszkowane niewielkim dodatkiem innych pierwiastków, jednak ich łączne stężenie powinno być niższe niż 5% at.
Jednak największe dotychczasowe zastosowanie stopów HEA to zastosowania w warunkach korozyjnych. Systematycznie zwiększa się ilość prac naukowych z zakresu oceny mikrostruktury stopów HEA natomiast nie ma żadnej pracy skupiającej się na jednoczesnej ocenie odporności na zużycie ścierne, odporności na erozję kawitacyjną oraz odporności na erozję przez cząstki stałe ocenianej w temperaturze pokojowej i podwyższonej. Stopy HEA umożliwiają modyfikację składu chemicznego z zachowaniem stabilności ich mikrostruktury, a tym samym wysoce prawdopodobne jest uzyskanie materiałów o pożądanej odporności na zużycie w różnych warunkach eksploatacyjnych. To stwierdzenie poparte jest wynikami badań własnych zespołu projektowego. Dlatego też w ramach niniejszego projektu jako materiał stosowany do wytwarzania powłok zwiększających odporność na zużycie cierne i erozyjne proponuje się stopy o wysokiej entropii mieszania (HEA). Nowoczesnym i zarazem ekonomicznie uzasadnionym podejściem jest wytwarzanie powłok ochronnych na dostępnych materiałach zamiast wytwarzania kompletnych komponentów z nowych materiałów. Powłoki, w zależności od metody wytwarzania, mogą mieć jednak poważne ograniczenia. Powłoki natryskiwane plazmowo wykazują dużą porowatość, słabą przyczepność do podłoża i niejednorodną mikrostrukturę. Z kolei powłoki wytwarzane przy użyciu lasera zapewniają wysoką przyczepność do podłoża. Dlatego też, w niniejszym projekcie powłoki wytworzone zostaną metodami plazmową oraz laserową.
Stąd też odpowiednio dobrany program badań w zakresie poznania charakterystyk odporności na zużycie ścierne, erozję przez cząstki stałe oraz erozję kawitacyjną przyczyni się do przewidywania właściwości, projektowania i praktycznych zastosowań materiałów HEA. Szczególnie, iż w niniejszym projekcie zostaną opracowane stopy HEA o oryginalnym składzie chemicznym, wcześniej nie odnajdywane w literaturze. Analiza danych literaturowych oraz badania własne autorów projektu wskazują, że tematyka badawcza podjęta wydaje się aktualna i w pełni uzasadniona. W związku z powyższym sformułowano następujący cel projektu pn: Opracowanie i wytworzenie powłok z oryginalnego stopu wysokoentropowego charakteryzujących się zwiększoną odpornością na zużycie w różnych warunkach eksploatacji.
