Czarne szkła jako powłoki ochronne dla żaroodpornych stopów w warunkach korozji wysokotemperaturowej


                

Kierownik projektu:

Numer grantu:

  • DI2016 004046

Data rozpoczęcia:

  • 2017-09-08

Data zakończenia:

  • 2020-09-07
Głównym celem projektu jest otrzymanie warstw ochronnych, na bazie czarnych szkieł, na stopach metalicznych w celu poprawy ich odporności na korozję wysokotemperaturową oraz optymalizacja procesu nanoszenia warstw jako kluczowego etapu decydującego o jakości powłok.
Zjawisko korozji wysokotemperaturowej jest częstym problemem pojawiającym się w trakcie użytkowania elementów konstrukcyjnych, takich jak elementy silników spalinowych czy ogniw paliwowych typu SOFC (z ang. Solid Oxide Fuel Cells), poddawanych w trakcie eksploatacji działaniu agresywnego środowiska gazowego 
i wysokiej temperatury. W celu podniesienia odporności materiałów metalicznych na korozję wysokotemperaturową można modyfikować skład poprzez wprowadzanie domieszek [1,2] lub stosować ceramiczne warstwy ochronne np. na bazie perowskitów [3,4]. Jednakże, pomimo początkowych sukcesów, duże koszty i problemy związane z degradacją badanych materiałów powodują, że stale poszukuje się nowych sposobów ochrony stopów metalicznych przed tym zjawiskiem. W naszej ocenie bardzo obiecującą grupę materiałów mogących znaleźć zastosowanie jako wspomniane warstwy ochronne stanowią czarne szkła, czyli ceramiczne materiały oparte na oksywęgliku krzemu Si-O-C. Są to szkła o strukturze amorficznej krzemionki (-SiO2), 
w których nastąpiło podstawienie dwóch jonów O2- jednym jonem C4-, czego konsekwencją jest lokalny wzrost gęstości wiązań prowadzący do gwałtownego wzrostu własności mechanicznych oraz odporności termicznej 
i chemicznej szkła krzemionkowego. Co więcej własności czarnych szkieł mogą być „regulowane” w bardzo szerokim zakresie poprzez ilość jonów węgla wprowadzonych do sieci szkła krzemionkowego. W rezultacie, poprzez odpowiedni dobór prekursorów można otrzymywać materiały o własnościach pożądanych z punktu widzenia ich aplikacji. Wszystko to sprawia, że czarne szkła są bardzo atrakcyjne (w formie warstw) z punktu widzenia ochrony materiałów metalicznych przed agresywnym działaniem środowiska zewnętrznego zwłaszcza 
w warunkach wysokiej temperatury.
O własnościach użytkowych warstw ochronnych, oprócz właściwości fizykochemicznych zależnych od składu chemicznego, decyduje przede wszystkim stan ich powierzchni (szczelność) oraz siła i sposób wiązania 
z podłożem. Z naszych doświadczeń wynika, że o sposobie i sile wiązania warstw z czarnych szkieł z podłożem metalicznym decyduje skład chemiczny prekursorów użytych do ich otrzymania oraz sposób przygotowania 
i/lub funkcjonalizacji podłoża. Z kolei o szczelności warstw decyduje w głównej mierze sposób nakładania warstw oraz proces ich obróbki termicznej.
W związku z tym za główny cel naukowy projektu przyjęto określenie wpływu rodzaju użytych prekursorów, sposobu przygotowania podłoża oraz warunków nanoszenia i obróbki termicznej na własności użytkowe warstw 
z czarnych szkieł na podłożach metalicznych.