Studentská vědecká konference

Slitiny na bázi zinku se zdají být vhodným materiálem pro budoucí použití v medicíně v oblasti odbouratelných (biodegradovatelných) materiálů. Hlavní aplikací mohou být implantáty ve formě výztuží, které by dočasně fixovaly zlomenou kost, alternativní možností je i výroba stentů.   Tématem práce bylo popsání struktury, mechanických a korozních vlastností slitiny Zn-0,8Mg-0,2Ca při různých podmínkách tuhnutí a tepelného zpracování. Korozní vlastnosti byly měřeny pomocí expozičních testů a elektrochemických metod v modelových tělních prostředích, konkrétně ve fyziologickém roztoku a SBF. Výsledkem této práce je popsání vlivů změn parametrů při zpracování na výsledný materiál a výpočet korozních rychlostí slitiny v modelovém prostředí.

Nitinol je slitina Ni-Ti, která má vlastnost tvarové paměti nebo superelasticity. Tato vlastnost je dána fázovou přeměnou mezi nízkoteplotním martenzitem a vysokoteplotním austenitem. Jedním ze způsobů přípravy je prášková metalurgie. V této práci byly připraveny vzorky kombinací metod SHS, mletí a SPS, při které však dochází v důsledku značné plastické deformace ke ztrátě transformačního chování. Cílem práce bylo nalézt podmínky následného tepelného zpracování, které by obnovilo transformační chování materiálu. Vzorky byly vyžíhány za různých teplot (400-900 °C). Byl zkoumán rozdíl ve fázovém složení, chemickém složení jednotlivých intermetalických fází, mechanických vlastnostech a výskytu transformačních teplot.  

Cílem této práce bylo popsání struktury a mechanických vlastností slitin na bázi Al-Cr-Fe připravených pomocí atomizace taveniny tlakovým médiem a kompaktizovaných pomocí slinování v plazmatu za využití extrémně vysokého kompaktizačního tlaku. Dále bylo úkolem tyto slitiny porovnat se slitinami o témže složení sintrovaných pomocí konvenčního slinování v plazmatu. Zkoumán byl taktéž výchozí rychle ztuhlý prášek vzniklý atomizací taveniny. Na základě dosažených výsledků byla posouzena vhodnost využití extrémního tlaku při sintraci v plazmatu pro rychle ztuhlé hliníkové slitiny.

Práce se zabývá popisem vysokoteplotního chování vybraných slitin Ti-Al-Si připravených kombinací mechanického legování a slinování v plazmatu. Tyto slitiny jsou charakterizovány velmi nízkou hustotou, vysokou odolností proti oxidaci, dobrou tepelnou stabilitou, a proto patří mezi perspektivní materiály, cílené na použití v extrémních podmínkách, např. v leteckých tryskových motorech. U vybraných slitin, které obsahovaly různé poměry hliníku a křemíku, bylo sledováno chování za vysokých teplot pomocí cyklických oxidačních zkoušek, které probíhaly při teplotách 800 °C a 1000 °C. První z teplot byla zvolena z důvodu ověření mezní teploty použitelnosti, do které jsou stabilní intermetalika na bázi Ti-Al.  Druhá teplota byla stanovena vyšší pro zdůvodnění předpokladu pozitivního vlivu křemíku na daná intermetalika. Na základě cyklických oxidačních zkoušek byla popsána kinetika vysokoteplotní oxidace a fázové složení oxidických vrstev vybraných slitin systému Ti-Al-Si.  

Self-healing materiály zažívají v posledních letech veliký rozvoj. Kovové self-healing materiály mají potenciál s ohledem na delší životnost a nižší náklady spojené s opravami než běžné kovy. S tím jsou ovšem spojeny značné nároky na takové materiály. V práci byla sledovaná struktura, mechanické a self-healing vlastnosti rychle ztuhlé slitiny AlCa5 a její tepelná stabilita. Struktura byla pozorována optickým mikroskopem, skenovacím a transmisním elektronovým mikroskopem. Bylo zjištěno, že AlCa5 je tepelně nestálý a měkký materiál. Self-healing vlastnosti se nepovedlo prokázat.  

β slitiny titanu disponují vynikajícími pevnostními vlastnostmi, korozní odolností a na rozdíl od současně používaných slitin titanu a čistého titanu také nižším modulem pružnosti. Výrazně odlišný modul pružnosti od lidské kosti může vést až k uvolnění implantátu. Výše zmíněné slitiny jsou legovány Nb, Ta, Zr nebo Sn. Předmětem této práce bylo porovnat korozní chování β slitiny Ti25Nb4Ta8Sn (v hm.%) připravené metodami práškové metalurgie a standardní metalurgickou technologií vůči slitině Ti6Al4V, běžně užívané v lékařství. Byla porovnávána korozní odolnost slitin v různých korozních prostředích. Korozní chování bylo stanoveno elektrochemickými metodami – měřením samovolného korozního potenciálu, polarizačního odporu, potenciodynamických křivek a elektrochemické impedanční spektroskopie. Náchylnost k nerovnoměrným formám koroze byla určena pomocí metody potenciostatické polarizace a obousměrné potenciodynamické polarizace.  Výsledky prokázaly, že slitina Ti25Nb4Ta8Sn připravená metodou práškové metalurgie disponuje lepší korozní odolností než porovnávané slitiny pouze v prostředí v přítomnosti fluoridových iontů. V ostatních korozních prostředích vykázala výrazně horší korozní odolnost. Náchylnost k nerovnoměrným formám koroze nebyla u této slitiny prokázána.  

Nanostrukturování povrchu titanových slitin je v oblasti biomateriálů předmětem mnoha výzkumů. Takto upravený povrch umožňuje lepší adhezi a proliferaci buněk spolu s urychlením osseointegrace. Jednou z metod jeho přípravy je anodizace v elektrolytu obsahujícím fluoridové ionty. Ty leptají vznikající oxidovou vrstvu a vytvářejí tak nanotrubky. V těch však po procesu zůstává fluor, který je považován za toxický, a je jej tedy nutné ze struktury odstranit tepelným zpracováním. V rámci práce byly hledány optimální parametry tepelného zpracování nanostrukturované beta slitiny Ti-27Nb-4Ta-8Sn připravené práškovou metalurgií a zkoumán vliv přítomnosti fluoridových iontů v nanostruktuře na elektrochemické vlastnosti pomocí elektrochemické impedanční spektroskopie a Mott-Schottkyho křivek.  

Cílem práce byla příprava Ni-P povlaků s různými obsahy fosforu, jejich charakterizace a charakterizace jejich vlivu na substrát hořčíkové slitiny AZ91. Výsledné vlastnosti připravených povlaků závisí jednak na obsahu fosforu v deponované Ni-P vrstvě, jednak také na kvalitě a operačních podmínkách samotného depozičního procesu, či na preciznosti a charakteru postupu předúpravy hořčíkového substrátu. Množství vznikajícího fosforu je řízeno celou škálou parametrů a faktorů. Hlavními z nich jsou pH a složení niklovací lázně. Aplikací Ni-P povlaků na hořčíkové slitiny lze získat materiál, který je na povrchu velmi tvrdý, odolný proti opotřebení či korozi a navíc disponuje nízkou hmotností. Před aplikací Ni-P povlaku byl substrát AZ91 vhodně předupraven, poté již následovala chemická depozice v niklovacích lázních. Výsledné povlaky byly charakterizovány pomocí světelné a elektronové mikroskopie, prvkové složení a mapping byly provedeny pomocí SEM s EDS detektorem. Následovalo měření mikrotvrdosti dle Vickerse a pro stanovení mikrostruktury analýza XRD. Byly optimalizovány podmínky předúpravy substrátu AZ91 a v závislosti na obsahu fosforu ve vrstvě byla měřena tvrdost výsledného povlaku a velikost krystalitů.  

Hořčík a jeho slitiny jsou uvažovanými materiály pro výrobu biodegradovatelných implantátů díky jejich dobré biokompatibilitě a mechanickým vlastnostem, které se velmi podobají lidské kosti. Velkým problémem hořčíku je jeho vysoká korozní rychlost. Koroze je doprovázena tvorbou vodíku, který má negativní dopad na proces léčby. Korozní odolnost i mechanické vlastnosti materiálu lze zlepšit například vhodným legováním, povrchovými úpravami nebo termomechanickým zpracováním, či přípravou materiálu progresivními metodami práškové metalurgie. Tato práce je zaměřena na spojení postupů práškové metalurgie a povrchového zpracování.  Atomizovaný prášek hořčíku byl v rámci projektu loužen v kyselině fluorovodíkové. Na povrchu jednotlivých částic prášku vznikají málo rozpustné vrstvy MgF₂, které dokáží zpomalit degradaci materiálu. Následnou kompaktizací je tak připraven kompozitní materiál se spojitým síťovým MgF₂, který efektivně zpomaluje rychlost degradace. U připravených vzorků byla zkoumána mikrostruktura, mechanické a korozní vlastnosti.  Výsledky prokázaly, že aplikace této metody vede ke zlepšení korozních i mechanických vlastností výsledného materiálu.  

Slitiny Ni-Ti jsou slitiny niklu s titanem s přibližně ekvimolárním množství prvků. Tyto slitiny mají mnoho zajímavých vlastností jako je paměťový efekt, superelasticita, pseudoplasticita, jednocestný paměťový efekt, dvoucestný paměťový efekt, biokompatibilita a korozní odolnost. Slitiny Ni-Ti se skládají z různých fází. Fáze NiTi jim dodává jejich charakteristické vlastnosti. Při výrobě vznikají společně s touto fází i nežádoucí fáze (Ti₂Ni, Ni₃Ti, Ni₄Ti₃), které výhodné vlastnosti slitin potlačují. Jedním z možných řešení, jak tyto fáze destabilizovat, je přidání legujících prvků. V této práci byly popsány struktura a vlastnosti vzorků legované slitiny Ni-Ti vyrobené metodou práškové metalurgie pomocí reaktivní sintrace. Jako legující prvky byly do slitiny přidány Zr, Nb, Cr v množství 1 a 3 hm. %. Byl pozorován vliv legujících prvků na mikrostrukturu, fázové složení, mechanické vlastnosti a transformační chování slitiny.  

Materiály na bázi zinku jsou v současné době uvažovány pro aplikace v oblasti biodegradovatelných materiálů určených např. k fixaci zlomenin. Relativně dlouho jsou pro podobné účely studovány slitiny hořčíku, které však narážejí na úskalí vysoké korozní rychlosti spojené s nadměrným uvolňováním vodíku a předčasnou ztrátou mechanické integrity implantátu. Zinek se vyznačuje nižší korozní rychlostí v důsledku tvorby ochranných vrstev a při jeho rozpouštění v organismu nedochází k uvolňování vodíku. Proto se o zinku a jeho slitinách hovoří jako o potenciálních kandidátech pro biodegradovatelné implantáty. V této práci je předmětem studia slitina Zn-0,8Mg-0,2Ca (hm. %) připravená litím a následnou extruzí. U připravených materiálů byla zkoumána mikrostruktura a mechanické vlastnosti. Mikrostruktura slitin obsahuje dendrity primárního tuhého roztoku zinku, na jejichž rozhraní se nachází eutektická směs fází α-Zn a ZnMg₂. V materiálu se dále nachází ostrohranné útvary masivní fáze CaZn₁₃. Mechanické vlastnosti slitiny se zásadně liší především v závislosti na teplotě extruzního procesu.

Technologie výroby součástek pro letecký průmysl se vyznačuje řadou výjimek v porovnání s technologiemi výroby v jiných odvětví. Spolu s technologiemi pro armádní účely se možné používání technologií již zakázaných pro jejich ekologickou nevhodnost, byť výsledné vlastnosti výrobku jsou nenahraditelné. To se týká i zkoumané lepené součástky vyráběné pro použití v letadlech. Její chromeloxovaný povrch (vytvářený elektrolyticky v lázni oxidu chromového) vykazoval špatnou soudržnost lepeného spoje s druhou chromeloxovanou součástkou. Úkolem bylo zjistit příčiny nesoudržnosti těchto součástek.  

Studium vývoje mikrostruktury rychle ztuhlé slitiny AlCrFeCuMg během jejího tepelného zpracování                                                                                                  Rychle ztuhlé slitiny hliníku obvykle mají dobré mechanické vlastnosti a jsou velmi stabilní při tepelném zpracování. Cílem tohoto projektu bylo změřit tvrdost a prostudovat mikrostrukturu slitiny a její případné změny po teplotním zpracováni po různou dobu a při různých teplotách.                                                                                                                                                                                                     V rámci práce byly připraveny metalografické vzorky různě tepelně zpracované slitiny AlCrFeCuMg. Pomocí těchto vzorků byla sledovaná mikrostruktura dané slitiny a pak i změřená mikrotvrdost daného materiálu.                                                                                   Z výsledků lze odvodit závislost tvrdosti a změny v mikrostruktuře na odpovídajícím režimu tepelného zpracování.