OPRACOWANIE WYSOKOWYDAJNEJ I BEZODPADOWEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA NANOKOMPOZYTÓW MAGNETYCZNIE MIĘKKICH DLA WYSOKOCZĘSTOTLIWOŚCIOWEGO PRZETWARZANIA DUŻYCH MOCY
Projekt nr: TECHMATSTRATEG1/347200/11/NCBR/2017
Akronim: SEEMAG
Celem projektu jest opracowanie wysokowydajnej i bezodpadowej technologii wytwarzania wysoko-indukcyjnych i nisko-stratnych nanokompozytów magnetycznie miękkich dla wysokoczęstotliwościowego przetwarzania dużych mocy. Obszar związany z energetyką i odpowiednim gospodarowaniem energia elektryczną jest strategiczny dla polskiej gospodarki, co implikuje strategiczną wartość niniejszego projektu. Przedkładane rozwiązania mają przede wszystkim na celu umożliwienie odpowiedniego wykorzystania energii elektrycznej przy poszanowaniu środowiska naturalnego. Niniejszy projekt skupia się na badaniach nad nowymi grupami magnetycznie miękkich nanokompozytów projektowanych pod kątem zastosowań w energoelektronice w szerokim zakresie częstotliwości do kilkuset kHz.
Nowe technologie będą dotyczyły wytwarzania materiałów magnetycznych w formie rdzeni na podzespoły bierne (dławiki, transformatory), stojanów nanokrystalicznych oraz drukowanych magnetycznych materiałów z pamięcią kształtu. Nowymi produktami będą niskostratne transformatory i elementy indukcyjne oraz silniki PM BLDC ze stojanem nanokrystalicznym. W celu realizacji założonego celu projektu zaplanowano trójetapowy plan działań obejmujący w pierwszym etapie zadania dotyczące zaprojektowania i opracowania technologii wytwarzania nowych materiałów magnetycznych wraz z ich pełną charakteryzacją. Wśród nowych technologii w zakresie wytwarzania rdzeni toroidalnych zastosowane będą m.in. metoda szybkiego schładzania stopu z fazy ciekłej w celu otrzymania szkieł metalicznych w postaci taśm i dalej ich ultraszybka obróbka cieplna z zastosowaniem technik grzania przelotowego czy blokowego. Poznanie mechanizmów krystalizacji otrzymanych materiałów oraz poznanie korelacji kinetyki krystalizacji z właściwościami magnetycznymi pozwoli na opracowanie technologii wytwarzania wysokoinducyjncyh i niskostratnych materiałów magnetycznie miękkich. W etapie tym zoptymalizowana zostanie również technologia wytwarzania metodą szybkiego schładzania stopu z fazy ciekłej domieszkowanych stopów Ni-Ma-Ga, pod kątem uzyskania materiałów charakteryzujących się najbardziej obiecującymi właściwościami i zakresem temperaturowym przemiany martenzytycznej. Otrzymane taśmy o najlepszych właściwościach będą dalej proszkowane mechanicznie i wykorzystane do otrzymania podzespołów masywnych poprzez prasowanie na gorąco bądź technikami przyrostowymi. W drugim etapie projektu opracowane zostaną technologie wytwarzania magnetycznych proszków sferycznych metodą atomizacji gazowej oraz ultradźwiękowej w celu ich dalszego wykorzystania jako materiału wsadowego w procesie wytwarzania podzespołów masywnych techniką druku 3D poprzez topienie wiązką laserową. W ramach tego etapu we współpracy z partnerem przemysłowym opracowane zostaną dalej technologie wytwarzania wielożłobkowych stojanów z wykorzystaniem rdzeni drukowanych, prasowanych oraz pakietowanych z taśm. Opracowane zostaną również projekty silników bezszczotkowych i ustalone wymagane kształty elementów biernych tj. dławików i transformatorów. W etapie tym zoptymalizowana zostaną założenia technologiczne procesu druku 3D stopów Ni-Mn-Ga z pełną charakteryzacją ewolucji mikrostruktury i jej wpływu na właściwości użytkowe stopów. Ostatni etap projektu będzie dotyczył fazy przygotowania do wdrożenia. Nowe technologie oraz produkty będące rezultatami niniejszego projektu mają charakter interdyscyplinarny, a co za tym idzie mamy możliwość wykorzystania rezultatów projektu zarówno w obszarze związanym z elektromobilnością jak również napędy elektryczne małych mocy mogą być wykorzystane w medycynie, w szczególności w pompach wspomagających pracę serca. Strategiczną wartością projektu będzie również pozyskanie wiedzy, która umożliwi opracowywanie nowoczesnych materiałów proszkowych przeznaczonych do produkcji technikami przyrostowymi wyrobów dla różnych dziedzin gospodarki.
Projekt realizowany przez konsorcjum w składzie:
Instytut Metali Nieżelaznych – Lider
Konsorcjanci:
- Politechnika Warszawska
- Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego Polskiej Akademii Nauk
- Uniwersytet w Białymstoku
- Akademia Górniczo-Hutnicza
- ENEL-PC Sp. z o.o.
- FluxCom Jakość Energii Elektrycznej Mirosław Łukiewski
Kierownik projektu: dr hab. Aleksandra Kolano-Burian
Okres realizacji projektu: 02.01.2018-31.12.2020
Całkowity koszt realizacji projektu: 7 907 560 zł, w tym dofinansowanie: 7 594 055 zł
Projekt współfinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Strategicznego Programu Badań Naukowych i Prac Rozwojowych „Nowoczesne technologie materiałowe” TECHMATSTRATEG II.