Studentská vědecká konference

Zinkové slitiny se jeví jako potenciálně vhodné bioabsorbovatelné materiály zejména pro oblast regenerativní medicíny. Výhodou slitin na bázi zinku je jejich nižší korozní rychlost oproti konkurenčně vyvíjeným materiálům na bázi hořčíku a dobrá biokompatibilita. Čistý zinek však z hlediska mechanických vlastností (zejména pevnosti a odolnosti proti tečení za zvýšené teploty) nesplňuje požadované standardy. Jako postup pro zlepšení jeho mechanických vlastností je velmi často uvažována kombinace vhodného legování a termomechanického zpracování. Zajímavé řešení pak nabízí příprava materiálů postupy práškové metalurgie. V této práci byly připraveny slitiny na bázi Zn-2Mn a Zn-2Cu (hm. %) konvenčními metodami i postupy práškové metalurgie. V mikrostrukturách takto připravených slitin byly v souladu s rovnovážnými fázovými diagramy pozorovány intermetalické fáze, které v kombinaci s vyšší rozpustností prvků v tuhém roztoku Zn vedly ke zvýšení tvrdosti a pevnosti v tlaku a ohybu. U slitiny Zn-2Mn připravené mechanickým legováním prášků a jejich následnou kompaktizací metodou sintrace v plazmatu došlo vlivem nerovnovážného obsahu Mn v tuhém roztoku Zn ke zvýšení plasticity. Následnou extruzí této slitiny bylo dosaženo dalšího zvýšení pevnosti.  

Titové slitiny jsou hojně využívané v oblasti medicíny. Konkrétně slitina TiAl6V4, původně vyvinutá pro letecký průmysl, našla své místo v medicíně. Vyniká vysokou korozní odolností, mechanickou pevností a svou biokompatibilitou. Díky těmto výhodám je často využívána v ortopedii. Vývoj 3D tisku kovových materiálů je pro biomedicínské aplikace velmi zásadní změnou, neboť dovoluje vyrábět implantáty na míru, s komplexní geometrií a povrchovými strukturami pro lepší biokompatibilitu. V práci byly analyzovány dvě 3D tištěné struktury TiAl6V4. Jedná se o struktury tvaru diamond a gyroid, připravené metodou Selective Laser Melting (SLM). Byly testovány mechanické vlastnosti (pevnost jednoosým tlakem, tvrdost), dále byla studována mikrostruktura a morfologie povrchu vzorku pomocí světelného i elektronového mikroskopu. Závěrem práce bylo zhodnotit vliv tvaru tištěné struktury na mechanické vlastnosti a určit vhodnější materiál. Další studium materiálů se bude zabývat eliminací kovového prášku, který při tisku ulpěl na povrchu struktury.

Povrchové úpravy nanášením povlaků jsou efektivním vylepšením vlastností kovových materiálů. Vhodným povlakem je možné výrazně zvýšit například otěruvzdornost, tvrdost povrchu či korozní odolnost. Takto lze zásadně zlepšit životnost a spolehlivost technologicky využívaných komponent či snížit spotřebu energie, a tedy i omezit provozní náklady. K depozici vysoce otěruvzdorných povlaků, které mají nahradit tvrdé chromování, jsou dnes nejvíce používány techniky termálního nástřiku. Jedná se o metody vyvíjející vysoké teploty a rychlosti nanášených částic. Tato práce byla zaměřena na metody vysokorychlostního nástřiku plamenem (HVOF) a atmosférického plazmatického nástřiku (APS). Byly studovány tři typy povlaků: I. kompozitní WC-10Co4Cr (HVOF), II. kovové Tribaloy T-400 a T-800 (HVOF), III. keramické Al₂O₃-13TiO₂ (APS). Jádrem práce bylo extenzivní tribologické testování povlaků proti aluminovým a ocelovým tělesům, kdy byly získány koeficienty tření a objemy otěru. Opotřebené vzorky byly dále zkoumány pomocí mikroskopie, profilometrie a analýz fázového a chemického složení. Bylo zjištěno, že úpravou depozičních parametrů a chlazení substrátu nebo vhodným tepelným zpracováním je možné u jednotlivých povlaků zlepšit chování při kluzném opotřebení a snížit koeficient tření a míru otěru.

Zánět je nežádoucí komplikací implantace, který může v případě pozdního zásahu vést až k selhání implantátu. Zánětlivý proces vede k významnému poklesu pH, jehož detekce by mohla pomoct efektivně optimalizovat léčbu. Jako čidlo lze použít materiál, který je v těle inertní, ale zároveň schopný spolehlivě reagovat na změny pH v okolí implantátu. Cílem této práce bylo otestovat možnost využití slitiny Ti25Nb4Ta8Sn jako pH čidla. Zároveň bylo studováno chování slitiny Ti35Nb6Ta a cínu. Měření probíhala v pufrovaném fyziologickém roztoku o pH 7,4 a 6,4. Nejprve byla měřena změna potenciálu v čase pro různé úpravy povrchu slitiny Ti25Nb4Ta8Sn. Z měření vyplynulo, že potenciál vykazuje velký rozptyl hodnot, zejména v nižším pH. Původ tohoto chování byl dále zkoumán na základě měření polarizačního odporu, impedance a potenciodynamických křivek všech uvedených materiálů. Bylo zjištěno, že slitina Ti35Nb6Ta splňuje požadavky na stabilitu, zatímco cín vykazuje na nižší hladině pH významnou elektrochemickou aktivitu, která zásadním způsobem ovlivňuje chování slitiny Ti25Nb4Ta8Sn. Z výsledků plyne, že slitina Ti25Nb4Ta8Sn není vhodná pro použití jako čidlo pH v prostředí lidského těla.    

Pro moderní odvětví průmyslu, například jadernou energetiku, letecký a kosmický průmysl, jsou klíčové slitiny s vysokou tepelnou odolností a výbornými mechanickými vlastnostmi. V těchto aplikacích jsou v současnosti používány zejména niklové superslitiny. Ty však za vysokých teplot ztrácejí mechanické vlastnosti. Pro tyto účely je zkoumána možnost použití žárupevných slitin s vysokou entropií (RHEA), což jsou multi-komponentní slitiny, tvořené zejména kovy s vysokou teplotou tání. Mnoho z těchto slitin se vyznačuje výbornou žárupevností, ale nedostatečnou žáruvzdorností. Dále většina RHEA krystalizuje v BCC krystalové mřížce a je tak křehká. Značná rozmanitost RHEA a obtížná předpověď jejich chování vyžaduje experimentální určení vlastností konkrétních slitin. V této práci byla připravena slitina CrNbNiTaW kombinací mechanického legování a slinování v plasmatu. U připravené slitiny bylo analyzováno fázové a chemické složení a byly stanoveny hodnoty základních mechanických vlastností. Žáruvzdornost byla vyhodnocena na základě hmotnostního přírůstku vznikajících oxidů.

Hořčík a slitiny hořčíku jsou považovány za perspektivní materiály pro použití v biomedicínských aplikacích díky jejich biokompatibilitě, biodegrabilitě a biomechanické kompatibilitě. Vysoká korozní rychlost hořčíkových slitin v tělním prostředí vede k degradaci a rychlé ztrátě mechanických vlastností, což je nežádoucí. Účinným způsobem pro snížení korozní rychlosti a zlepšení mechanických vlastností je legování vybranými prvky. Mezi vhodné legující prvky lze zařadit Y a Zn. Tato práce byla zaměřena na slitiny hořčíku s ytriem a zinkem s potenciálem vytvářet v mikrostruktuře materiálů LPSO (long-period stacking ordered) fáze. Materiály byly připraveny kombinací procesů lití, tepelného zpracování a extruze. U výsledných slitin byla zkoumána mikrostruktura a základní mechanické vlastnosti. Získané výsledky prokázaly klíčový dopad tepelného zpracování na vyloučení LPSO fází a jejich charakter.   

Při výrobě kovových obráběných součástek je nutné používat nástroje z materiálů s vysokou tvrdostí a otěruvzdorností. Takovými jsou v současné době například slinuté karbidy. Na jejich přípravu je potřeba dostatek wolframu a kobaltu. Tyto strategické suroviny se nacházejí především v Číně a Rusku, a proto je pro zvýšení soběstačnosti Evropy důležité hledat vhodné alternativy pro přípravu obráběcích a tvářecích nástrojů a vysoce namáhaných součástek. Tato práce se zabývá přípravou třífázového kompozitu silicid–aluminid–keramika, který by mohl mít požadované vlastnosti. Nejprve byly připraveny fáze FeSi a NiAl metodou mechanického legování. Následně byly namíchány 3 vzorky s rozdílným obsahem Al₂O₃, které byly pomocí slinuty metodou SPS. Vzorky byly následně analyzovány pomocí SEM–EDS a byla změřena a vzájemně porovnána jejich tvrdost a otěruvzdornost vhledem k podílu keramické fáze.

Při některých nádorových a kardiovaskulárních onemocněních je potřeba obnovit průchodnost a tím i funkci tepen, jícnu, žlučníku či plic. K tomuto účelu se používají stenty. Aby si udržely potřebnou elasticitu a pevnost i v agresivním prostředí lidského těla, vyrábějí se z korozně vysoce odolných slitin (nitinol, ocel 316L). Přesto se potýkají s problémem nerovnoměrné koroze, který může vést až k jejich selhání v těle pacienta a stane se z nich jen další překážka v tělní trubici. Běžně se stává, že ostré konce drátů probodnou okolní tkáň a následně do ní zarůstají. To může vést ke značným zdravotním komplikacím a zejména u starších pacientů se jedná o velké zatížení organismu, spojené s nutností další operace. Další komplikací je nebezpečí uvolňování iontů niklu do okolní tkáně. Navíc dochází k jejich akceleraci vlivem prostředí (koncentrace Cl^- iontů, pH, usazováním na povrchu etc.). Jednou z možností, jak jim předejít, je úprava povrchu drátů stentu. Cílem této práce bylo popsat korozní chování nitinolu v prostředí trávicího traktu a najít vhodné povrchové úpravy nitinolových drátů, které by zvýšili jejich korozní odolnost. Pro nastínění vlivu úpravy na průmyslově vyrobený stent byly provedeny kroky simulující následné technologické postupy zpracování.