Studenci Politechniki Śląskiej opracowują innowacyjną metodę recyklingu narzędzi z węglików spiekanych

W roku akademickim 2025/2026 na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Śląskiej zrealizowano projekt PBL pt. „Badania nad wykorzystaniem aluminium do samoistnej dezintegracji materiałów WC-Co jako innowacyjnej metody recyklingu narzędzi skrawających”.

Projekt dotyczył jednego z aktualnych wyzwań współczesnej inżynierii materiałowej, jakim jest odzysk wolframu i kobaltu ze zużytych narzędzi wykonanych z węglików spiekanych. Pierwiastki te należą do grupy surowców krytycznych, których pozyskiwanie z rud pierwotnych wiąże się z wysokimi kosztami ekonomicznymi i środowiskowymi. W związku z tym coraz większe znaczenie zyskują technologie umożliwiające ich efektywny odzysk i ponowne wykorzystanie.

Cel projektu

Celem badań było sprawdzenie, czy aluminium może zostać wykorzystane do inicjowania procesu samoistnego rozpadu materiałów WC-Co. Założono, że reakcja aluminium ze spoiwem kobaltowym doprowadzi do osłabienia struktury materiału, a w konsekwencji do jego dezintegracji i uzyskania proszku bogatego w cząstki węglika wolframu.

Zakres przeprowadzonych badań

W ramach projektu wykonano szereg badań eksperymentalnych obejmujących:

• przygotowanie próbek z dodatkiem aluminium,
• procesy przetopu w atmosferze ochronnej,
• analizę zmian masy podczas sezonowania,
• obserwacje mikrostrukturalne metodą SEM,
• analizę składu chemicznego metodą EDS,
• pomiary mikrotwardości,
• analizę granulometryczną produktów rozpadu.

Badania pozwoliły na szczegółową ocenę zmian zachodzących w materiale na kolejnych etapach procesu dezintegracji.

Najważniejsze wyniki

Przeprowadzone eksperymenty potwierdziły, że aluminium skutecznie inicjuje proces degradacji materiałów WC-Co. Zaobserwowano rozwój stref reakcyjnych, powstawanie porowatości oraz mikropęknięć prowadzących do stopniowego osłabienia struktury materiału.

Analizy mikrostrukturalne wykazały, że głównym obszarem reakcji jest spoiwo kobaltowe odpowiedzialne za utrzymywanie ziaren węglika wolframu. W wyniku zachodzących przemian dochodzi do utraty integralności materiału i jego samoistnego rozpadu.

Dodatkowo stwierdzono spadek twardości materiału o około 26%, co potwierdza postępujące osłabienie jego właściwości mechanicznych. Uzyskane produkty rozpadu poddano również analizie granulometrycznej, wykazując możliwość otrzymania drobnego proszku bogatego w fazę WC.

Opracowanie mechanizmu dezintegracji

Jednym z najważniejszych rezultatów projektu było opracowanie mechanizmu samoistnej dezintegracji materiału WC-Co obejmującego następujące etapy:

reakcja aluminium ze spoiwem kobaltowym → tworzenie faz międzymetalicznych → rozwój porowatości → powstawanie spękań → osłabienie struktury → samoistny rozpad → powstanie proszku bogatego w WC.

Uzyskane wyniki pozwoliły na pełniejsze zrozumienie procesów zachodzących podczas oddziaływania aluminium z materiałami narzędziowymi zawierającymi węglik wolframu.

Znaczenie projektu

Wyniki badań wskazują, że opracowana metoda może stanowić obiecującą alternatywę dla klasycznych technologii recyklingu węglików spiekanych. Jej zaletą jest możliwość selektywnego osłabiania spoiwa kobaltowego bez konieczności stosowania energochłonnego rozdrabniania mechanicznego.

Projekt przyczynił się również do rozwoju kompetencji badawczych studentów oraz umożliwił zdobycie doświadczenia w zakresie nowoczesnych metod charakteryzacji materiałów, recyklingu surowców krytycznych oraz prowadzenia badań eksperymentalnych.

Wykonali:

• Piotr Kaczmarek
• Wojciech Jarosz
• Paweł Pelka
• Tomasz Żorawik
• Robert Frola
• David Molla

Opiekunowie:

• dr inż. Tomasz Matuła
• dr hab. inż. Jarosław Piątkowski, prof. PŚ
• dr hab. inż. Katarzyna Nowińska, prof. PŚ
• Dr.-Ing. Alphonce Wikedzi