Jak opravit historické zvony bez svařování? Vědci z ČVUT využívají metodu, která urychluje částice kovu
Vědci z Českého vysokého učení technického vymysleli, jak opravit historické zvony. Použít k tomu chtějí metodu, při které se jemné částice kovu urychlují plynem na rychlost až Mach 3, tedy asi 3700 kilometrů za hodinu. Díky tomu se částice při dopadu pevně spojí s povrchem zvonu. Takzvanou nadzvukovou kinetizaci provádí v Česku Ústav fyziky plazmatu Akademie věd.
„Teď se do potrubí valí vysokotlaký dusík. Už je slyšet, jak dusík výstupní tryskou začíná plynout,“ zapíná Jan Čížek z Ústavu fyziky plazmatu přístroj, který nám za chviličku ukáže nadzvukovou kinetizaci neboli takzvaný cold spray.
„Je to teda vysokotlaký dusík pod tlakem 70 atmosfér. Sami si ho generujeme z tekutého dusíku, který má minus 200 stupňů Celsia,“ dodává, zatímco se plynný dusík zahřívá, a to klidně až na teplotu 1000 stupňů.
„Na konci toho metrového kanonu je mnohem užší tryska, do které vstupuje ten vysokorychlostní urychlený dusík a v jednom místě trubičkou vstupuje prášek, který je potřeba nanést. V našem případě zvonovina na opravu,“ popisuje vědec průběh procesu uvnitř přístroje.
„Na konci trysky vystupují ty urychlené částice, které letí strašnou rychlostí vstříc poškozenému zvonu. Tam dopadnou, velice pevně se spojí a vy tak dostáváte opravu poškozeného místa.“
Obrousit a dostříkat
Nejčastější poškození zvonů vzniká od jejich srdce, které bije neustále do stejného místa. Proto se dřív zvon čas od času pootočil o 30 stupňů. To je možné provést ovšem pouze šestkrát, pak se totiž srdce zvonu dostane do výchozí polohy a oprava je nevyhnutelná.
„My teď na maličkých vzorcích testujeme opravu, kdy poškozené místo mechanickým způsobem ještě více odebereme, a tím se začistí, zbaví se povrchových oxidů, a potom ho dostříkáme do původní geometrie naším práškem. A na světě je opravený zvon,“ nastiňuje Jan Čížek.
K nerozeznání od litého materiálu
Vědci z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské Českého vysokého učení technického metodou nadzvukové kinetizace dokonce vyrobili kompletně nový zvon. Chtějí tak ukázat, že poškozené historické zvony je možné touto metodou opravit bez zhoršení zvukových vlastností.
„Nadzvuková kinetizace dokáže vyrobit materiál, který je té zvonovině ekvivalentní z toho pohledu, že z ní můžeme vyrobit celý zvon,“ potvrzuje Ondřej Kovářík.
Na nich potom vědci testují vlastnosti takto vyrobeného materiálu. „Kolik ten materiál vydrží, když za něj taháme, případně zkoumáme, co se děje, když ten materiál namáháme cyklicky. A to jsou všechno parametry, které jsou v mechanicky velmi namáhaném materiálu zvonu velmi důležité,“ doplňuje výzkumník.
Od zvonů po rakety
Metodu zatím experti testují na vzorcích zvonoviny. Přestože mají už teď výborné výsledky, zkoumají ještě přilnavost neboli adhezi prášku na opravovaném místě.
„Jsme teď ve fázi, kdy zkoumáme adhezi. Až se dopracujeme do stavu, kdy budeme moct říct: Výborně, náš materiál drží velmi dobře na lité zvonovině, tak to je ten okamžik, kdy začneme shánět zvon. Čím dřív, tím líp,“ shrnuje slibně se vyvíjející testy Ondřej Kovářík.
Metodu nadzvukové kinetizace používá řada odvětví, a to nejen k opravám. V letectví se její pomocí nahrazují chybějící kusy nějaké hliníkové nebo hořčíkové slitiny, v energetice díky ní opravují lopatky turbín.
V automobilovém průmyslu se nadzvukovou kinetizací aplikují ochranné vrstvy na disky brzdových kotoučů. A ve vesmírném průmyslu se touto metodou vyrábí například trysky raketových motorů.
Jak do výroby zvonů promlouvají moderní technologie? Věděli jste, že žlučníkové kameny se liší nejen svou velikostí a tvarem, ale i složením? A proč voní jehličí? Poslechněte si celý Magazín Experiment.
