Studentská vědecká konference

PVD je univerzální postup pro depozici anorganických tenkých filmů na různé substráty. Adheze filmů závisí na způsobu vzniku filmu a na jeho interakci se substrátem. Dvoukroková tvorba filmu na substrátu, tedy nukleace a růst, jsou silně ovlivněny podmínky depozice, ale také vlastnostmi substrátu, jako je chemické složení, mikrostruktura a hrubost povrchu. Cíl této práce je depozice kovovo-keramického filmu metodou PVD magnetronového naprašování na kovový substrát s různou mikrostrukturou pro zjištění vlivu mikrostruktury na adhezi filmu a jeho vlastnosti. Jako substrát byly použity vzorky oceli 100Cr6 a AISI 316L.  

Nanostrukturování vrstevnatých systémů Některé materiály mohou být pro lidský organismus alergenní či toxické. Řešením tohoto problému může být odstínění povrchu vrstvou, která, která bude biokompatibilní, popřípadě bioaktivní.  Cílem práce bylo najít vhodné podmínky pro vytvoření nanostruktury na vrstvě Ti-39Nb, která byla deponována na korozivzdorné oceli REX 734. Výchozí vrstva měla tloušťku 5 µm. Nanostruktura byla vytvořena metodou anodické oxidace v elektrolytu standardně používaném pro tento typ materiálu. Nicméně, vzhledem k porozitě vrstvy docházelo ke kontaktu elektrolytu s podkladovým materiálem. To vedlo k jejímu podkorodování a následné delaminaci. Z tohoto důvodu byly realizovány experimenty s upravenými elektrochemickými podmínkami. Jelikož je korozní odolnost podkladového materiálu výrazně nižší než u slitiny TiNb, nebylo možné úpravou podmínek zajistit vznik nanostruktury, aniž by došlo ke ztrátě soudržnosti vrstvy. Řešením se ukázalo až vytvoření vrstvy tloušťky 50 mm, zde již byly defekty eliminovány a nanostrukturování proběhlo úspěšně. Dále byla testována adheze vrstvy a nanostruktury. Napětí nutné na odtržení nanostruktury bylo 21 MPa, což je dostačující pro biomateriálové aplikace.  

Cílem této práce bylo anodickou oxidací vytvořit nanostrukturu trubkovitého tvaru na povrchu slitiny Ti-39Nb. Tato modifikace má za cíl zlepšit její bioaktivitu. Byl sledován vliv vloženého napětí a doba expozice na velikost a tvar vrstvy. Byly pořízeny snímky z elektronového mikroskopu, na kterých byly analyzovány průměry trubek a tloušťka vrstvy. Takto vytvořená nanostruktura byla poté tepelně zpracována. Prvkové složení povrchu bylo měřeno pomocí fotoelektronové spektroskopie (XPS). Modifikované povrchy byly testovány v simulované tělní tekutině (SBF). Cílem experimentu bylo určit vliv stavu povrchu na bioaktivitu, ta by se projevila precipitací kalcium fosfátu na povrchu. Děje na fázovém rozhraní byly monitorovány pomocí elektrochemické impedanční spektroskopie. Díky tomuto měření byla získána informace o čase vzniku nové vrstvy na povrchu vzorku. Bylo potvrzeno, že vliv vloženého potenciálu má vliv na průměr nanotrubek a expoziční čas na tloušťku nanostruktury. Průměr nanotrubek ovlivňuje bioaktivitu. Pozitivní vliv na precipitaci Ca-P soli má tepelné zpracování.

Tato práce se zabývá slitinami Al s přechodnými kovy pro jejich potenciální využití jako tepelně odolný materiál s vysokými mechanickými vlastnostmi s možností nahradit Ti a navíc se „self reporting“ vlastnostmi. „Self reporting“ je schopnost oznámení změny vnějších podmínek změnou svých fyzikálních vlastností a její přítomnost spočívá na množství kvazikrystalů, jejichž různé obsahy a jejich vliv na výsledné vlastnosti jsou v této práci studovány. Kvazikrystaly byly přidávány do prášku ve formě vyloužených částic z původního rychle ztuhlého prášku, čímž dojde k jejich zvýšené koncentraci v kompaktu a zvýšení pravděpodobnosti výskytu charakteristických vlastností pro kvazikrystaly. Pro zachování kvazikrystalů bylo nutno zvolit vhodné podmínky kompaktizace takové, aby výsledný produkt byl kompaktní s co možná nejnižší mírou porozity při současném zachování kvazikrystalů. V experimentální části byla studována mikrostruktura, tvrdost a mechanické vlastnosti v tlaku slitiny Al-6Cr-2Fe-1,5Ti-1Si (v hm. %). a změny, ke kterým dochází při použití různé velikosti vstupních prášků, různých přidaných dílů loužených částic obsahující kvazikrystaly a vliv tepelných a mechanických procesů. Výsledné mechanické vlastnosti byly porovnány s literaturou.

Slitiny hořčíku se řadí k materiálům, které mají potenciální využití v oblasti medicíny jako odbouratelné fixátory zlomenin. Bohužel současné hořčíkové slitiny nedisponují dostatečnými mechanickými a především korozními vlastnostmi umožňující podobné aplikace. Jeden z hlavních problémů je příliš vysoká korozní rychlost, což může vést k předčasnému selhání nosné funkce implantátu. Mezi studované materiály pro výše zmíněné aplikace se řadí slitiny Mg-Nd-Zn a Mg-Y-Nd, jejichž mechanické i korozní vlastnosti se řadí mezi nejlepší v oblasti hořčíkových slitin. Jedním ze způsobů, jak lze tyto vlastnosti ještě dále vylepšit je příprava slitin postupy práškové metalurgie. Tato práce se zabývá slitinami Mg-3Nd-0,5Zn a Mg-4Y-3Nd připravenými postupy práškové metalurgie zahrnující mechanické legování a následnou kompaktizaci spékáním prášků. V  práci jsou hodnoceny mikrostruktura a mechanické vlastnosti připravených materiálů (tvrdost, mechanické vlastnosti v tlaku). Výsledky prokázaly, že mechanické legování je zajímavou a slibnou alternativou pro přípravu těchto materiálů.

U žáropevných ocelí jsou hlavní podmínkou pro bezproblémové použití vysoká odolnost proti tečení a dostatečná korozní odolnost pracovnímu prostředí. Odolnost oceli vůči oxidaci v prostředí vodní páry vysokých parametrů lze zvýšit legováním prvků stabilizujících uhlík ve struktuře nebo zjemněním zrna. Cílem této práce bylo zhodnotit změnu korozní odolnosti se změnou struktury žáropevných vysoce legovaných ocelí Super 304H a TP 347HFG, u kterých byly rozpouštěcím žíháním při 1350 °C nasimulovány podmínky svařování. Následné precipitační žíhání při různých teplotních režimech napodobovalo provozní teploty. Byla zkoumána změna mikrostruktury oceli se změnou teplotního režimu a její náchylnost k mezikrystalové korozi po expoziční zkoušce. Ta byla hodnocena jak opticky, tak pomocí reaktivačního měření. Výsledky ukázaly, že pro každou ocel je nutné zvolit správný teplotní režim jak provozu, tak tepelných úprav při konstrukci. Bylo též prokázáno, že zjemnění mikrostruktury zlepšuje korozní odolnost v prostředí páry.

Struktura a vlastnosti slitin Ni-Ti-X vyrobených práškovou metalurgií Práce se zabývá možností úpravy fázového složení a zlepšení vlastností slitiny Ni-Ti legováním dalšími prvky. Tato slitina je řazena se mezi slitiny s tvarovou pamětí, které jsou označovány jako „Shape memory alloys“. Díky svým výjimečným vlastnostem, jako je například jev tvarové paměti nebo superelasticita, jsou slitiny Ni-Ti hojně využívány v mnoha odvětvích. Při výrobě klasickou tavnou i práškovou metalurgií obsahuje slitina Ni-Ti kromě požadované fáze NiTi také další fáze (Ti₂Ni, Ni₃Ti, Ni₄Ti₃), jejichž přítomnost může být  nežádoucí. Možným řešením je přídavek legujících prvků, které by tyto fáze destabilizovaly nebo by zabránily jejímu vzniku. Cílem práce bylo popsat vliv legujících prvků v množství 1 a 3 hm. % (Co, Fe, Si, V) na mikrostrukturu a fázové složení, na tvrdost a teploty fázových přeměn ve slitině Ni-Ti-X vyrobené postupem práškové metalurgie s využitím reaktivní sintrace.

Korozní chování stříbra ve fyziologickém roztoku   Pro správnou funkci implantátu je nezbytná pozitivní interakce buněk s jeho povrchem. Narušení procesu osteointegrace mezi tkání a kovovým biomateriálem může být způsobeno přítomností patogenů, které mají za následek vznik infekce ohrožující zdraví pacienta. Inkorporované nanočástice antibakteriálních látek na povrchu implantátu dokáží minimalizovat výskyt bakterií a inhibovat jejich vliv na organizmus. Jedním z materiálů, který vykazuje dostačující antibakteriální vlastnosti a zároveň nízkou toxicitu vůči hostitelské tkáni, je stříbro. Primárním cílem této práce bylo stanovit korozní rychlost a korozní mechanizmus Ag při samovolném korozním potenciálu ve fyziologickém roztoku a popsat morfologii vznikající vrstvy. Dále byla práce zaměřena na určení vlivu potenciálu na korozní chování stříbra ve fyziologickém roztoku. Z výsledků vyplynulo, že ve všech případech se stříbro nejintenzivněji rozpouštělo v prvních 24 hodinách. Následně byl zaznamenán pokles a ustálení rychlosti rozpouštění stříbra. Z potenciostatických měření bylo zjištěno, že od potenciálu 0,075 V/ACLE dochází ke korozi stříbra, avšak na povrchu vzorku precipitují chloridové komplexy. Ty vytvářejí pórovitou vrstvu, která částečně blokuje uvolňování stříbrných iontů.

Průmyslovým problémem, který tato práce zkoumá, je zjištění náchylnosti žárupevné chromové oceli k mezikrystalovému zcitlivění po různých režimech tepelného zpracování. Cílem je odhadnutí změny vlastností při vysokoteplotní oxidaci pomocí elektrochemických metod. Během vysokoteplotní oxidace těchto ocelí bývají pozorována místa na povrchu oceli, vykazující odlišnou odolnost k oxidaci, čímž dochází k nárůstu členité a nehomogenní vrstvy oxidů. Byla zdokumentována mikrostruktura optickým mikroskopem a zjištěna tvrdost (HB) v závislosti na tepelném zpracování. Následně byla změřena odolnost vůči mezikrystalové korozi Straussovou zkouškou a metodou reaktivační polarizace. Pomocí rentgenové difrakce a fluorescence (XRD, XRF) byly analyzovány oxidické vrstvy po vysokoteplotní oxidaci na vzorcích s odlišnou přípravou povrchu před expozicí. Zásadním zjištěním je výrazné ovlivnění povrchu a růstu oxidických vrstev po otryskávání balotinou, kdy jsou do povrchu zaneseny prvky ze skla, které následně působí negativně na korozní odolnost a ochranné vlastnosti oxidů na povrchu oceli. Otryskávání balotinou se používá jako poslední finální úprava pro korozivzdorné oceli, a proto může být vliv kontaminace povrchu zásadní pro další analýzu nehomogenního růstu oxidů při expozici.

Slitiny Mg-Y-Nd-Zr jsou již delší dobu zvažovány pro užití ve zdravotnictví jako materiál pro výrobu biodegradovatelných implantátů (např. šrouby určené k fixaci zlomených kostí, nebo dočasné výztuže). Hlavními důvody jsou s lidskou kostí srovnatelné hodnoty modulu pružnosti a hustoty. Legující prvky (Y, Nd a Zr) jsou v uvažované slitině přítomny z důvodu zlepšení nedostatečných korozních i mechanických vlastností čistého hořčíku. Tématem této práce je vliv struktury slitiny hořčíku Mg-Y-Nd-Zr na její strukturu a korozní vlastnosti. V rámci práce byla studována slitina připravená dvěma různými postupy tvářená za zvýšené teploty (extruze a ECAP). Korozní chování bylo zkoumáno v modelových tělních prostředích (fyziologický roztok pufrovaný i nepufrovaný a SBF). Korozní vlastnosti slitin byly měřeny pomocí expozičních testů a elektrochemických metod (potenciodynamické křivky, polarizační odpor). Výsledky prokázaly velmi dobrou korozní odolnost obou připravených materiálů z pohledu možných aplikací v medicíně, zároveň však zásadní dopad volby korozního prostředí na průběh korozního procesu.

Slitiny zinku, podobně jako slitiny hořčíku, jsou v posledních letech zkoumány pro využití v medicíně jako biodegradovatelné materiály. Samotný zinek nemá dostatečné mechanické vlastnosti, avšak legováním prvky jako jsou hořčík a vápník dochází k výraznému zlepšení těchto vlastností. Uvažované legující prvky jsou navíc dobře přijatelné organismem. Během rozpouštění zinku nedochází k uvolňování vodíku, který negativně ovlivňuje proces hojení poškozené tkáně, jako je tomu v případě hořčíkových slitin. V této práci byly zkoumány slitiny Zn-1,5Mg a Zn-1,5Mg-0,5Ca připravené litím s následnou extruzí za tepla. U připravených materiálů byla zkoumána mikrostruktura, mechanické a korozní vlastnosti. U materiálů byly zjištěny vysoké hodnoty mezí kluzu a mezí pevnosti, zároveň však i velmi nízká tažnost. Průměrná korozní rychlost studovaných materiálů je přijatelná pro aplikace v medicíně, problematický je však výskyt lokalizovaného napadení.

Heterogenní svarové spoje se vyskytují v důležitých zařízeních jaderné energetiky, kde se často stávají uzlem, který ovlivňuje celkovou životnost zařízení. Strukturní složky heterogenních svarových spojů, v oblasti ztavení a tepelně ovlivněné oblasti, mají odlišnou korozní odolnost ve srovnání s nenatavenou ocelí. Na hranici ztavení heterogenního svarového spoje bude zviditelněna a zdokumentována potenciální aktivní cesta a bude určen její charakter.