W połowie lat 90. Instytut Metali Nieżelaznych opatentował nowoczesną technologię produkcji drutu płaszczowego w procesie ciągnienia oraz dyfuzyjnego wyżarzania.

Piotr Kieraciński

Aby wolframowy żarnik w żarówce świecił, trzeba do niego doprowadzić prąd. Używa się do tego bardzo cienkich drutów płaszczowych. Mają one żelazny rdzeń, miedziany płaszcz, a pokryte są cienką warstwą boraksu. Jedynym w Europie Środkowej producentem tego rodzaju drutów jest INMET, zakład Instytutu Metali Nieżelaznych w Gliwicach. Druty płaszczowe mają także wiele innych zastosowań: mogą tworzyć rdzeń kabli koncentrycznych, w krajach wysokorozwiniętych bywają stosowane do produkcji kabli energetycznych, dostarczają prąd do diod i kondensatorów.

TRWAŁE ZESPOLENIE

Na hali w Gliwicach, na specjalnym urządzeniu, przez cały szereg metalowych krążków i bloczków przesuwa się zwój drutu stalowego o grubości 5 mm. To przyszły rdzeń drutu płaszczowego, na który nawijany jest cieniutki płaszcz z miedzi. Tak zaczyna się produkcja doprowadników prądu do żarówek. Efektem końcowym procesu technologicznego jest bimetaliczny drut płaszczowy o grubości 0,3 mm, pokryty warstwą boraksu, tlenku miedzi lub niklu – zależnie od zastosowania i wymagań klienta. Aby taki drut otrzymać, trzeba trwale zespolić dwa metale o odmiennych własnościach. Dotychczas na świecie uzyskiwano druty płaszczowe metodą lutowania: między miedziany płaszcz i żelazny rdzeń wprowadzano cienką warstwę mosiądzu i rozgrzewano całość do temperatury, w której następowało połączenie warstw. Jednak tą metodą nie da się uzyskać produktu bardzo wysokiej jakości. Wprowadzenie mosiądzu i cynku zakłóca przewodnictwo elektryczne, a połączenie metali przy pomocy lutowania nie jest trwałe.

W połowie lat 90. Instytut Metali Nieżelaznych opatentował nowoczesną technologię produkcji drutu płaszczowego w procesie ciągnienia oraz dyfuzyjnego wyżarzania. Opisany przed chwilą pięciomilimetrowy drut żelazny owinięty miedzią jest wielokrotnie ciągniony. W procesie tym następuje trwałe połączenie obu metali. Suma zgniotu, potrzebna do uzyskania połączenia, chroniona jest patentem. Wyżarzanie w temperaturze ok. 650 stopni powoduje dyfuzję atomów miedzi do rdzenia i atomów żelaza do płaszcza. Dzięki temu uzyskuje się bardzo trwałe połączenie obu metali. – Tylko na pozór wszystko jest proste – mówi dr inż. Stanisław Księżarek, główny technolog INMET-u. – Materiały stosowane do wytwarzania drutów płaszczowych muszą mieć specjalnie dobrane własności. Na przykład, rdzenie robimy z żelaza o dużym stopniu czystości oraz stopu żelazo-nikiel 42. Płaszcz wytwarzany jest z miedzi próżniowej beztlenowej. Ważna jest nie tylko odpowiednia czystość metalurgiczna metali, ale także odpowiednie aktywowanie mechaniczne powierzchni rdzenia. Musi być ona odpowiednio rozwinięta, by uzyskane połączenie było jak najtrwalsze. Jeżeli drut płaszczowy ma doprowadzać prąd do żarówki wykonanej ze szkła, rozszerzalność cieplna użytego do jego produkcji bimetalu musi być identyczna z rozszerzalnością cieplną szkła, z którego wykonana jest żarówka. W przeciwnym wypadku mogłoby dochodzić do pękania szkła i nie udałoby się uzyskać szczelnego połączenia szkła z metalem. Z wnętrza żarówki zniknęłaby próżnia lub argon. Dlatego też drut pokrywa się dodatkowo warstwą boraksu. Obecnie coraz częściej zamiast boraksu stosuje się warstwę tlenku miedzi lub nikiel. – Mamy opanowane wszystkie te technologie – mówi dr Księżarek.

KOŁO DRUTU TRZEBA CHODZIĆ

Druty pokryte boraksem kupują producenci żarówek z całej niemal Europy Środkowowschodniej: Ukrainy, Czech, Estonii, Łotwy, Rumunii oraz z dalekiego Kazachstanu. Kupują też zakłady Philipsa w Pabianicach, mimo że koncern ten produkuje w Holandii własne druty płaszczowe, nawiasem mówiąc – w starej technologii, opartej na lutowaniu obu warstw. Zakłady Philipsa w Pile kupują druty pokryte tlenkiem miedzi. Zakłady Osram w Niemczech zainteresowane są drutami pokrytymi niklem. Dotychczas sprowadzały tego rodzaju druty z Ameryki. Pierwsza duża partia polskich drutów płaszczowych przeszła pomyślnie wszelkie etapy atestacji u niemieckiego klienta. – Jeżeli zdołamy przebić Amerykanów – mówi Bronisław Besztak, dyrektor INMETu – otworzy się przed nami ogromny rynek niemiecki i zachodnioeuropejski. Tymczasem zakład jest na granicy możliwości produkcyjnych i wkrótce trzeba będzie myśleć o rozbudowie potencjału produkcyjnego.

Na razie, w imię zapewnienia jakości produkcji, INMET przygotowuje się do wdrożenia systemu ISO 9002. – Mamy już za sobą wszystkie procedury, wdrażanie systemu na poszczególne stanowiska pracy. W przyszłym roku chcemy uzyskać certyfikat – mówi dyr. Besztak. O tym, jak ważna jest jakość, świadczy fakt, iż wystarczą trzy wadliwe zgrzewki doprowadnika o długości ok. 2 cm z żarnikiem, aby fabryka zwróciła cały zwój drutu, czyli kilka tysięcy metrów. – Koło tego drutu trzeba chodzić – mówi dyr. Besztak. – Na szczęście udało nam się stworzyć zespół ludzi, którzy lubią i umieją to robić.

Uwagi.