Studentská vědecká konference

Titan je kov vyznačující se nízkou hustotou a vysokou pevností. Je proto atraktivním materiálem pro použití v leteckém a kosmickém průmyslu. Vyniká i svou vysokou korozní odolností, ta ale prudce klesá s teplotou 600 °C vlivem vzniku méně stabilních oxidů. Snahou je tuto teplotní hranici posunout, a to povlakováním titanu intermetalickým povlakem na bázi Ti-Al. K přípravě intermetalika byla použita metoda reaktivní sintrace, jejíž velkou výhodou je oproti mechanickému legování vyšší čistota výsledných produktů. Použitím této metody vznikl porézní vzorek, na kterém bylo pozorováno nedostatečné proreagování směsi. Vzorek byl následně rozemlet a nanesen na titanový kompakt metodou slinování v plazmatu. Byl proveden příčný řez kompaktním vzorkem, který byl zkoumán pomocí SEM a EDS. Dále byly zkoumány jeho mechanické vlastnosti. Tímto postupem byl vytvořen povlak s nerovnoměrnou strukturou zrn, kterou se pomocí SPS nepodařilo dostatečně zhomogenizovat.

Cínový mor představuje jeden z typů degradace nejen historických materiálů vyrobených z čistého cínu. Jeho průběh je značně ovlivňován přítomností nečistot a legujících prvků. Vliv množství těchto příměsí je v literatuře popsán pouze částečně a vliv rozložení legur je většinou opomíjen. Cílem práce bylo zaznamenat a popsat chování mědi a železa v cínové a SnPb matrici. Tyčky mědi a železa byly umístěny do cínu a slitiny Sn0,8Pb a žíhány v časových intervalech od 36 s až po 100 h a poté analyzovány pomocí XRD a SEM–EDS. Bylo pozorováno, že měď postupně prodifundovala skrz celou matrici. Oproti tomu se na povrchu železa utvořila vrstva, která difúzi železa do matrice téměř úplně potlačila. Díky těmto výsledkům lze vyvodit, že přítomnost Cu ve slitinách Sn může při zvýšených teplotách vést k tvorbě intermetalických fází. Krystalizační tlaky mohou materiál mechanicky poškodit, a toto poškození může být při neodborném průzkumu zaměněno za cínový mor.

V současnosti se pro výrobu řezných materiálů hojně využívají slinuté karbidy, tvořené obvykle karbidem wolframu WC s kobaltovým pojivem.  Problémem těchto materiálů je, že kobalt i wolfram jsou velmi strategickými prvky patřícími ke kritickým surovinám ve státech s jeho nedostatkem. Z tohoto důvodu vznikly snahy o nalezení alternativ pro použití v nástrojových materiálech. Tato práce uvažuje o náhradě slinutých karbidů kompozity na bázi intermetalických sloučenin železa s křemíkem. Fázový diagram Fe-Si obsahuje několik intermetalických fází. Avšak fáze Fe₅Si₃ není při pokojové teplotě stabilní, a tak ani její vlastnosti nejsou popsané. Naším cílem byla příprava a stabilizace silicidu Fe₅Si₃ mechanickým legováním prášků a následnou kompaktizací metodou SPS. Byly zkoumány možnosti příprav a stabilizací již zmíněného silicidu, vyhodnocení mikrostruktur dané fáze a zkoušek tvrdosti. Výsledné vlastnosti této fáze byly porovnány s ostatními silicidy železa a byl zvažován jejich potenciál pro použití v nástrojových materiálech.  

V současnosti nejpoužívanějším materiálem pro výrobu obráběcích nástrojů jsou slinuté karbidy, známé například pod obchodním názvem Vidium. Slinuté karbidy obsahují wolfram v tvrdé karbidové fázi a kobalt jako pojivo. Tyto dva kovy mají svá ložiska v Asii a Africe a jsou pro Evropu obtížně dostupné. V rámci této práce je proto vyvíjen pro Evropu dostupnější kompozitní materiál. Tvrdou fází těchto kompozitních materiálů je silicid chromu Cr₅Si₃. Jako pojivo je použit aluminid železa FeAl nebo aluminid niklu NiAl. Práškové formy silicidu a obou aluminidů byly připraveny v laboratoři mechanickým legováním. Silicidová a aluminidová fáze byly smíchány v různých poměrech a slinuty metodou slinování v plazmatu (SPS) při teplotě 1000 °C s dobou výdrže na teplotě a tlaku 10 minut. U jednotlivých vzorků bylo zkoumáno fázové složení pomocí rentgenové difrakce a hodnocena mikrostruktura pomocí světelné i elektronové mikroskopie (SEM). Nakonec byly u vzorků změřeny vybrané mechanické vlastnosti.

Vzhledem k poréznímu charakteru betonu, pronikají do jeho matrice látky vyvolávající korozi ocelových výztuží, např. chloridy, které jsou přítomny v posypových solích a přímořských oblastech. Na rychlost průchodu porézní strukturou má vliv jak struktura betonu, tak vložené elektrické pole při použití elektrochemických ochran. Dalším způsobem, jak zpomalit průchod chloridových aniontů, je přítomnost specifických doplňkových materiálů (SCM). Příkladem může být mikrosilika (MS) nebo elektrárenské popílky (FA), které vyplňují póry čímž snižují permeabilitu betonu. Práškové vzorky betonů o různém složení na bázi portlandského cementu a doplňkových materiálů (mletý vápenec, mikrosilika) byly podrobeny sorpčním testům. Byly zhotoveny dvě sady vzorků, přičemž jedna byla před sorpcí vystavena DC (20 V, 24 h). Zkušební roztoky obsahovaly vzrůstající koncentraci chloridů. Výsledky ve formě sorpčních izoterm ukázaly významný vliv DC na vaznost chloridů v betonech. Proudově ovlivněnou sorpci v koncentračním rozsahu 5-200 mmol/l Cl^- lze popsat Freundlichovým i Langmuirovým vztahem.  

S cílem dosáhnout lepších mechanických vlastností (pevnost, odolnost proti tečení) je v rámci ocelí využíváno zpevnění matrice disperzí oxidů (ODS oceli). Nejčastěji je jako výztuž využíván Y₂O₃. Výsledné materiály jsou uvažovány pro vysokoteplotní aplikace, například v jaderných reaktorech příští generace. Tyto materiály jsou připravovány standardně postupy práškové metalurgie zahrnující společné mletí matričního prášku a výztuže a kompaktizaci např. metodou izostatického lisování za tepla. V rámci práce byly studovány austenitické ODS oceli připravené mechanických legováním prášku korozivzdorné oceli 316 a čistého Y. Vytvořená slitina v práškové podobě byla kompaktizována metodou sintrace v plazmatu (SPS). Naším cílem bylo otestovat vliv podmínek přípravy na mikrostrukturu materiálu včetně možné in-situ tvorby Y₂O₃.  

Karbidy přechodných kovů vynikají zajímavou kombinací vlastností, mezi které patří vysoké body tání, vysoké hodnoty Youngova modulu pružnosti, extrémní tvrdost a dobrá chemická odolnost. Díky této kombinaci mají široké využití od obráběcích nástrojů, po ochranné povlaky nebo pro použití v extrémních podmínkách jako je například jaderný průmysl. Karbidy mohou být připraveny metodou mechanického legování za použití odpadních produktů pyrolýzy jako zdroje uhlíku, který se vyskytuje v tomto produktu také ve svých 2D formách. Tento přístup umožňuje vytvoření vysoce jemnozrnných karbidů díky mechanickému mletí při současném snížení náročnosti jejich přípravy jak po stránce technologické, tak ekonomické. Cílem této práce byla příprava karbidů wolframu a titanu mechanickým legováním. Připravené práškové karbidy byly dále zkompaktizovány slinováním v plazmatu. Pro přípravu byla určena vhodná délka mechanického legování karbidů na základě kinetiky jejich vzniku. Zároveň byl studován vliv množství uhlíku na kinetiku tvorby karbidů, stejně jako mechanické vlastnosti připravených kompaktních vzorků. Příprava prášků karbidů poslouží k dalšímu výzkumu jejich vlivu na vlastnosti slitin s vysokou entropií.

Oblíbeným materiálem pro výrobu obráběcích nástrojů jsou slinuté karbidy, jejichž hlavní složky však EU řadí mezi kritické suroviny. Vhodnou náhradou mohou být kompozitní materiály z intermetalických sloučenin, například kompozit NiAl-FeSi. Ten vykazuje vysokou tvrdost, srovnatelnou s tvrdostí dnes používaných materiálů, ale zároveň je také velmi křehký. V minulosti byl prokázán pozitivní vliv boru na mechanické vlastnosti a lomovou houževnatost kompozitu s podobnou matricí. Hlavním cílem této práce bylo sledování vlivu boru na mechanické vlastnosti a strukturu zmíněného kompozitu.