Jak zwiększyć wydajność silników lotniczych równocześnie zmniejszając emisję gazów cieplarnianych? Nad tym pracują naukowcy Łukasiewicz – Górnośląskiego Instytutu Technologicznego, którzy sprawdzają jak powłoki termiczne (TBC) mogą pomóc w osiągnięciu tego celu! Ich celem jest sprawdzenie, w jaki sposób strumień ciepła wpływa na elementy strukturalne silników lotniczych i jaki to ma wpływa na wydajność i trwałość.
Łukasiewicz – GIT jest liderem konsorcjum w ramach projektu o akronimie TBC4H2 pt. „Thermal Barrier Coatings for greener heat-to-power applications: understanding limits of operation under hydrogen combustion and sustainable outlook”. Koordynatorem projektu jest dr inż. Radosław Swadźba z Centrum Badań Materiałów w Łukasiewicz – GIT.
Celem projektu jest zdobycie nowej wiedzy na temat degradacji w wysokiej temperaturze powłokowych barier cieplnych (Thermal Barrier Coatings – TBC) na monokrystalicznych żarowytrzymałych nadstopach na bazie niklu pracujących w turbinach silników lotniczych. Ich zastosowanie pozwoli na podniesienie temperatury pracy i co za tym idzie sprawności turbin silników lotniczych, a tym samym zmniejszy zużycie paliwa przez samoloty nowej generacji i bezpośrednio przyczyni się do redukcji emisji CO2 do środowiska, zaspokajając tym samym globalne potrzeby w zakresie budowania neutralności klimatycznej. Zakładając, że zastosowanie w przyszłości wodoru jako paliwa spowoduje zwiększenie zawartości pary wodnej w spalinach, naukowcy chcą również określić wpływ pary wodnej w atmosferze na trwałość zaawansowanych powłokowych barier cieplnych podczas testów utleniania wysokotemperaturowego.
W ramach projektu opracowane zostaną powłokowe bariery cieplne (TBC) złożone z dyfuzyjnych i adhezyjnych międzywarstw oraz powłok ceramicznych do pracy w temperaturze przewyższającej możliwości niepokrytych nadstopów niklu – 1200°C. Aby uzyskać wiedzę na temat wpływu pary wodnej, która będzie obecna podczas spalania nowych paliw wodorowych, przeprowadzone zostaną zaawansowane testy porównawcze utleniania w temperaturze 1200°C w atmosferze suchego powietrza i atmosferze bogatej w parę wodną.
W skład konsorcjum projektu wchodzi 5 jednostek – 3 z Polski: Łukasiewicz – GIT, Politechnika Śląska i firma AvioAero oraz 2 partnerów zagranicznych – MINES Paris z Francji i Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS z Niemiec.
Fazy MAX
Dr inż. Radosław Swadźba jest również laureatem konkursu Weave-UNISONO w edycji 2022. Finansowane badania będą dotyczyć sposobów wytwarzania nanolaminatowych powłok z materiałów typu MAX z wykorzystaniem różnych metod fizycznego osadzania z fazy gazowej.
Materiały typu MAX to nowa grupa materiałów, które wypełniają lukę między materiałami ceramicznymi, a metalami ze względu na ich korzystne właściwości, takie jak odporność na szoki termiczne, utlenianie i korozję w połączeniu z korzystną wytrzymałością na zmęczenie i pełzanie. Z tego powodu mają one znaczny potencjał do zastosowań w środowiskach o wysokiej temperaturze, np. jako powłoki ochronne na elementy turbin stacjonarnych i lotniczych.
W ramach projektu naukowcy wykorzystają metody dostępne w partnerskich instytucjach w Polsce i w Niemczech: na Politechnice Śląskiej oraz w niemieckim RWTH Aachen University i German Aerospace Center (DLR). Sprawdzą też, jak przebiega degradacja wytworzonych powłok w wysokiej temperaturze i atmosferze zawierającej parę wodną.
Wykształcenie i doświadczenie
Dr Swadźba jest absolwentem Wydziału Inżynierii Materiałowej i Metalurgii Politechniki Śląskiej w Katowicach. W 2016 roku obroniłem z wyróżnieniem pracę doktorską pt. „Degradacja powłokowych barier cieplnych na monokrystalicznym żarowytrzymałym stopie niklu w warunkach wysokotemperaturowego utleniania”. Pracuje w Łukasiewicz – Górnośląskim Instytucie Technologicznym na stanowisku Zastępcy Lidera Grupy Badawczej Badań Właściwości i Struktury Materiałów, której liderem jest dr hab. inż. Krzysztof Radwański.
Najważniejszy projekt
Najważniejszym dotychczas projektem badawczym dra Swadźby był projekt TiAlMET (program Beethoven II z NCN) pt. „Surface modification of ɣ-TiAl alloys and its influence on Mechanical properties and phenomena under high Temperature conditions”, w którym pełnił rolę Principal Investigator (PI). Projekt był realizowany w konsorcjum z Politechniką Śląską oraz German Aerospace Center (DLR) i Karlsruhe Institute of Technology (KIT) z Niemiec.
