Studentské práce a projekty

Slitiny titanu jsou dlouhodobě jedním z nejpoužívanějších materiálů v medicíně, především jako totální endoprotézy velkých kloubů a fixační prvky. Nedávno vyvinuté beta slitiny Ti (tj. slitiny s kubickou prostorově centrovanou mřížkou) se zvýšeným obsahem kyslíku se vyznačují vysokou biokompatibilitou a nízkým modulem pružnosti, který je výhodný pro použití v ortopedii.

Z fyzikálního hlediska jsou tyto materiály zajímavé díky fázovým transformacím, kterými tyto materiály procházejí při tepelném zpracování.
Nabízený projekt je součástí výzkumu na Katedře fyziky materiálů v této atraktivní oblasti. Řešitel/ka se během řešení práce zorientuje v problematice slitin Ti pro využití v medicíně. Hlavní náplní práce je experimentální charakterizace mikrostruktury a mechanických vlastností slitin Ti s různým složením. Cílem je objasnit vliv chemického složení slitiny na její mechanické vlastnosti.

Řešitel/ka se v rámci projektu seznámí s některými experimentálními metodami (skenovací elektronová mikroskopie, měření mechanických vlastností, měření vnitřního tlumení). Předmětem projektu bude pozorování mikrostruktury slitin na bázi Ti-Nb-Zr-O s různými složením a různým zpracováním. Řešitel/ka samostatně provede měření mikrotvrdosti a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Studentský projekt je dobrým východiskem pro případnou následnou bakalářskou/diplomovou práci.

Slitiny titanu patří mezi nejprogresivnější materiály používané například v letectví nebo jako implantáty v medicíně. Na Katedře fyziky materiálů jsou v současnosti vyvíjeny moderní beta slitiny titanu (slitiny s kubickou prostorově centrovanou krystalovou mříží) určené speciálně pro využití v medicíně. Prášková metalurgie je alternativní metodou výroby kovových materiálů a patří v současnosti mezi jednu nejrychleji se rozvíjejících oblastí pro pokročilou přípravu moderních materiálů. Navzdory boomu v oblasti práškové metalurgie dosud byly těmito metodami metastabilní beta-slitiny titanu vyrobeny jen velmi omezeně.

Hlavní náplní projektu je experimentální charakterizace slitin titanu na bázi Ti-Nb-Zr-O připravených sintrováním elektirckým proudem a objasnění vztahu složením slitiny, mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi. Student/studentka se během řešení projektu zorientuje v problematice slitin Ti a v oblasti práškové metalurgie. V rámci projektu se řešitel/ka seznámí s prací na skenovacím elektronovém mikroskopu, seznámí se s dalšími experimentálními metodami a bude samostatně provádět měření mikrotvrdosti. Řešení projektu reprezentuje aktuální problematiku s jasným aplikačním potenciálem.
Řešitel/ka získané výsledky zpracuje do stručné závěrečné zprávy. Studentský projekt bude dobrým východiskem pro případnou následnou bakalářskou/diplomovou práci.

Hořčíkové slitiny na bázi Mg-Zn-Ca představuje zajímavého kandidáta pro bio-aplikace z důvodu použití biokompatibilních legujících prvků a jejího nízkého modulu pružnosti blížícího se modulu pružnosti lidských kostí. V projektu se konkrétně použije tvářená slitina ZX10 (Mg-1 hm.% Zn – 0.25 hm.% Ca), která byla připravena zpětným protlačováním (indirect extrusion) a jejíž výsledná mikrostruktura (velikost zrna a textura) byla ovlivněna/řízená pomocí extruzních parametrů (teploty a rychlosti extruze). Předmětem projektu je základní charakterizace takto připravených stavů Mg slitiny pomocí světelné mikroskopie a studium vývoje mikrostruktur v průběhu plastické deformace (deformační testy) je realizováno měřením akustické emise (stanovení aktivity jednotlivých deformačních mechanismů).

Řešitel/ka samostatně provede požadovaná měření a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Na základě výstupů ze studentského projektu je možné připravit téma pro bakalářskou/diplomovou práci.

Předmětem výzkumu je studium nových biodegradabilních implantátů na bázi hořčíkových slitin s povrchovou vrstvou připravenou metodou PEO (plasma electrolytic oxidation). Hořčík patří mezi biokompatibilní materiály, které je lidské tělo schopné plně absorbovat a následně vyloučit bez jakýchkoliv následků. Hořčík má navíc i osteokonstruktivní vlastnosti, které ho společně s jeho vhodnými mechanickými vlastnostmi předurčují pro výrobu fixačních ortopedických implantátů. Významný problém při využití hořčíkových slitin pro tyto účely však představuje nedostatečná schopnost řídit rychlost a homogenitu degradace implantátu.

Rychlost degradace hořčíkového materiálu navrženého v tomto projektu bude kontrolovatelně snížená pomocí aplikace biodegradabilní vrstvy vyrobené pomocí PEO. Hlavní přínos této vrstvy spočívá v kontrolovatelném oddálení degradace hořčíkového materiálu, která ideálně nastane až po ukončení jeho funkce jako implantátu. Pro úspěšnou implementaci biodegradabilní ochranné vrstvy je nutné optimalizovat přípravu této vrstvy a najít korelaci mezi parametry přípravy a dobou degradace. To umožní připravovat tyto vrstvy na míru pro různé implantáty s různou dobou využití.

Řešitel/řešitelka bude v rámci projektu studovat strukturu PEO vrstev pomocí skenovací elektronové mikroskopie, které budou připravené na vybraných hořčíkových slitinách za pomocí různých parametrů přípravy. Projekt je možné rozšířit na bakalářskou nebo diplomovou práci.

Literatura:
[1] Lu et. al., Frontiers in Chem. Eng. 22, 2022, https://doi.org/10.3389/fceng.2022.748549

Obr. 1: Charakteristické snímky a) povrchu a b) příčného řezu PEO vrstvy připravené na hořčíkové slitině, pořízené pomocí skenovací elektronové mikroskopie.

Zirkonium (Zr) je kov, který je známý především díky svému extrémně nízkému účinnému průřezu pro záchyt termálních neutronů. Z toho důvodu jsou Zr a jeho slitiny používány pro konstrukci prvků vnitřní vestavby jaderných reaktorů. Slitiny zirkonia ale nacházejí uplatnění i v chemickém průmyslu a biomedicíně, neboť se obecně vyznačují vysokou pevností, výbornou korozní a únavovou odolností a biokompatibilitou.

Ve většině aplikací se zatím využívá komerčně čisté zirkonium, případně slitiny Zr s malým množstvím Nb. Pokud ale slitina zirkonia obsahuje vyšší množství příměsových prvků, otevírá se možnost dosáhnout jiných typů mikrostruktury a jiného fázového složení. Modifikací mikrostruktury a ovlivněním typu a množství dalších fází lze dobře přizpůsobit mechanické a fyzikální vlastnosti slitiny pro požadovanou aplikaci. Cílem tohoto projektu je experimentálně charakterizovat vybrané slitiny zirkonia s dostatečným obsahem příměsových prvků zvyšujících stabilitu vysokoteplotní β fáze (např. Nb a Mo). Takové slitiny se označují jako metastabilní β slitiny a mají velký aplikační potenciál v chemickém průmyslu a v medicíně. Řešitel/ka se bude podílet na přípravě slitin (tavba malého množství materiálu v laboratorní obloukové peci) a provede základní experimentální charakterizaci - studium mikrostruktury pomocí mikroskopie, studium fázových transformací in situ metodami a měření mikrotvrdosti.

Řešitel/ka se v rámci projektu zapojí do výzkumu probíhajícího na katedře fyziky materiálů a bude se aktivně podílet na přípravě vzorků, provádění experimentů a jejich zpracování a interpretaci. Téma projektu je možné rozšířit na bakalářskou či diplomovou práci.

Literatura:
S. Banerjee, P. Mukhopadhyay. Phase Transformations: Examples from Titanium and Zirconium Alloys. Elsevier, 2010.
A. Veverková et al. Journal of Materials Research and Technology, vol. 23, pp. 5260-5269, 2023.

Současná výroba kovových součástí často naráží na limity spojené s konvenčními technologiemi, kam zařazujeme obrábění, tvarovaní či odlévaní kovových materiálu. Proto se čím dál častěji střetáváme s alternativním výrobním procesem, 3D tisku kovů. 3D tisk je typický úsporou výrobního času a přináší široku škálu nových možností návrhu, výroby a vývoje složitých kovových částí s požadovanými vlastnostmi. 3D tisk hořčíkových slitin z prášku je poměrně nové odvětví, které přináší možnost výroby jedinečných biomedicínských implantátů na míru. Nové rozložitelné implantáty vyrobené z hořčíkových slitin začali nacházet své uplatnění v medicíně díky svým unikátním vlastnostem. Hořčíkové slitiny vykazují mechanické vlastnosti velmi podobné vlastnostem kostí, jsou biokompatibilní a především mají schopnost úplného rozložení v biologickém prostředí. Před samotným použitím, námi navrhnuté hořčíkové slitiny s příměsí yttria, v praxi je však potřeba důkladná charakterizace vytlačeného materiálu a případná úprava parametrů 3D tisku, tak aby byly dosaženy požadované vlastnosti.

Hlavní náplní tohoto projektu bude charakterizace materiálu pomocí mikroskopických metod, příprava vzorků pro vybraná měření a samozřejmě aktivní účast na měřeních. Student má možnost se seznámit s výzkumem řešeným na KFM a s radou experimentálních metod. Výsledkem projektu bude stručná správa. Výstupy ze studentského projektu je možné rozšířit na bakalářskou práci.

Zirkonium (Zr) a slitiny zirkonia se využívají zejména v jaderné energetice jako pokrytí paliva díky velmi nízkému účinnému průřezu pro záchyt neutronů. Nové slitiny zirkonia s vyšší pevností mohou mít nezanedbatelný aplikační potenciál. Fázové složení (tedy krystalické uspořádání) slitin Zr závisí na příměsových prvcích – např. niob zvyšuje stabilitu tzv. beta fáze (kubická prostorově centrovaná struktura). Slitiny, které obsahují dostatek takových prvků pro zachování beta fáze, se označují jako metastabilní beta slitiny Zr. Tyto pokročilé materiály jsou, navzdory svému aplikačnímu potenciálu, téměř neprozkoumané.

Předmětem projektu je základní charakterizace slitin na bázi Zr-Nb. Výzkum těchto slitin probíhá na školícím pracovišti v rámci projektu Technologické agentury ČR ve spolupráci s Centrem výzkumu Řež. Řešitel/ka se v rámci projektu seznámí s některými experimentálními metodami (skenovací elektronová mikroskopie, měření mechanických vlastností, dilatometrie). Předmětem projektu bude pozorování mikrostruktury Zr slitin s různými složením a různým tepelným zpracováním. Řešitel/ka samostatně provede měření mikrotvrdosti a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy.

Studentský projekt je dobrým východiskem pro případnou následnou bakalářskou/diplomovou práci.

V minulosti byly kovové slitiny běžně tvořeny jenom z jednoho nebo dvou základních kovů a příměsových prvků. Slitiny s vysokou entropií jsou pokrokovými současnými materiály, které se skládají ze stejného nebo přibližně stejného množství pěti nebo vice kovů. Tyto slitiny jsou kvůli výjimečným mechanickým vlastnostem v současnosti v přední pozornosti materiálového výzkumu. Některé tyto slitiny však vykazují plastické nestability, které mají negativní vliv na jejich mechanické chování. Deformační testy se souběžným záznamem akustické emise se osvědčily jako výjimečně citlivý a komplexní nástroj ke studování těchto jevů.

Zásady pro vypracování:

1) Nastudovat základy elastické/plastické deformace kovů a plastických nestabilit (PLC jev).
2) Seznámit se s experimentálním zařízením sloužícím k provedení deformačních experimentů se současným záznamem akustické emise (AE).
3) Seznámit se se softwarem sloužícímu k zpracování experimentálních dat (AEviewer, Noesis, Matlab, OriginLab).
4) Provést experimenty na zvolených slitinách. Zpracovat naměřená data z deformačních testů – vytvořit a časově korelovat deformační křivky a AE data (různé AE parametry)

Na výstupy projektu může navázat bakalářská/diplomová práce.

Obr. 1: Atypická nespojitá plastická deformace slitiny FeAlCrMo.

Vysokoteplotní komplexní koncentrované slitiny (refractory complex concentrated alloys, RCCAs) jsou rychle se rozvíjející rodinou materiálů se značným aplikačním potenciálem, např. pro letecké motory či fúzní technologie. Opouští paradigma klasických slitin spočívající v přidávání legujících příměsí do jednoho hlavního prvku, místo toho jsou použité prvky zastoupeny ve vyvážených poměrech. Vzhledem k obrovské šíři dostupného koncentračního prostoru jsou tyto slitiny dosud jen velmi málo prozkoumány. Nedostatek experimentálních informací o fázovém složení a základních mechanických vlastnostech je v současnosti limitujícím faktorem dalšího výzkumu.

Slitiny budou připraveny z elementárních prášků pomocí sintrování elektrickým proudem ve spolupráci s Ústavem fyziky plazmatu AV ČR. Hlavní náplní studentského projektu je tepelné zpracování těchto slitin a jejich následná experimentální charakterizace pomocí mikroskopických metod a měření mikrotvrdosti. Cílem je seznámení řešitele se základními metodami studia materiálů a jeho zapojení do aktuálních výzkumných projektu na Katedře fyziky materiálů. Studentský projekt je dobrým východiskem pro následnou bakalářskou práci.

Moderní slitiny titanu patří k nezastupitelným konstrukčním materiálům např. v letecké technice nebo v medicíně pro výrobu implantátů. Jednou ze skupin jsou metastabilní beta slitiny Ti, které zaujímají v celém objemu kubickou, prostorově centrovanou mřížku (bcc). Při správném vyladění legujících prvků (např. Mo, Nb, Zr, Fe) může docházet při mechanickém namáhání k přesmyku atomů do ortorhombické struktury - tzv. martenzitu. Výsledkem může být materiál s podstatně vyšší tažností díky tzv. TRIP efektu (TRansformation Induced Plasticity).

Náplní studentského projektu bude charakterizace slitin, vyvíjených na Katedře fyziky materiálů. Z dostupných materiálů budou připraveny připraveny tahové / tlakové vzorky, které budou vzápětí otestovány. Jejich výsledná mikrostruktura bude následně studována za pomoci mikroskopických metod. Cílem projektu je seznámení řešitele s aktuálním výzkumem řešeným na KFM a dále seznámení s relevantními metodami přípravy a charakterizace materiálů. Na výstupy projektu může navázat případná bakalářská či diplomová práce.

Hořčíkové slitiny byly v posledních letech předmětem intenzivního výzkumu především kvůli velmi nízké hustotě (ρ = 1740 kg⋅m⁻³) a s tím spojené vysoké specifické pevnosti. Tyto vlastnosti dělají z hořčíkových slitin vhodného kandidáta pro využití v odvětvích kladoucích důraz na úsporu hmotnosti, jako jsou např. automobilový nebo aerokosmický průmysl. Použití hořčíkových slitin jako konstrukčního prvku může významně snížit hmotnost, což vede jak k úsporám nákladů na provoz, tak k redukci emisí CO₂.

Širšímu užití hořčíkových slitin v aerokosmickém průmyslu bránily nevýhody komerčně dostupných hořčíkových slitin. Jedná se jednak o omezenou korozní odolnost a dále zejména o nízkou odolnost proti vznícení. Ke vznícení hořčíku dochází již kolem teploty tání (650 °C) a k jeho uhašení je nutné použít speciální hasicí prostředky. Tyto nedostatky vedly k zákazu použití hořčíkových slitin v interiéru dopravních letadel. Nové objevy v oblasti hořčíkových slitin s vysokou teplotní odolností vedly ke změně předpisů, jež opět umožnila využít hořčíkové slitiny pro konstrukci sedaček v civilních letadlech.

Je-li hořčík, nebo jeho slitina vystavena vysoké teplotě, dochází k oxidaci. Exotermický charakter tohoto procesu vede ke zvýšení teploty povrchu vzorku, což urychluje další oxidaci. Probíhá-li oxidace dostatečně rychle, okolí není schopno nadbytečné teplo odvádět a dojde k prudkému nárůstu teploty a vznícení materiálu. Dalším produktem oxidace je oxidická vrstva. Ta se formuje na povrchu materiálu a brání tak kontaktu hořčíku se vzdušným kyslíkem. Oxid hořečnatý ovšem ztrácí strukturální stabilitu při cca 600 °C a neposkytuje při vyšších teplotách dostatečnou ochranu. Bylo prokázáno, že teplotní odolnost hořčíkových slitin lze zvýšit přidáním vhodného prvku A. Tento prvek a jeho oxid musí splňovat následující:

• Oxid A_xO_y musí být energeticky výhodnější než MgO
• Rozpustnost a difuzivita prvku A musí být dostatečně vysoká.

Prvek splňující výše zmíněné podmínky obvykle vytváří na povrchu ochrannou oxidickou vrstvu, která brání další oxidaci a následnému vznícení. Mezi prvky, které prokazatelně zvyšují teplotu vznícení, patří především kovy vzácných zemin (Y, Gd, Nd, …) a Ca.

Řešení tohoto projektu spočívá ve studiu oxidických vrstev systému Mg-Ca-Y-Al-Zn a zahrnuje:

• Torch flammability test: pozorování růstu oxidické vrstvy vysokorychlostní kamerou při vystavení slitiny tepelnému zdroji a následné vyhodnocování záznamu
• Studium oxidických vrstev pomocí elektronové mikroskopie
• Příprava vzorků na výše zmíněné experimenty
• Zpracování výsledků a sepsání závěrečné zprávy.

Obrázek č. 1: EDS mapa oxidické vrstvy na slitině Mg-4Y-4Gd-2Ca po žíhání při 950 °C.

 

Video č. 1: Torch flammability test: záznam vysokorychlostní kamerou při vystavení slitiny tepelnému zdroj.

 

Literatura:

• Tekumalla, S.; Gupta, M. An Insight into Ignition Factors and Mechanisms of Magnesium Based Materials: A Review. Mater. Des. 2017, 113, 84–98.
• Kubásek, J.; Minárik, P.; Hosová, K.; Šašek, S.; Knapek, M.; Veselý, J.; Stráská, J.; Dvorský, D.; Čavojský, M.; Vojtěch, D. Novel Magnesium Alloy Containing Y, Gd and Ca with Enhanced Ignition Temperature and Mechanical Properties for Aviation Applications. J. Alloys Compd. 2021, 877, 160089.

Komplexní koncentrované slitiny jsou novou skupinou materiálů, které mají potenciál nahradit niklové superslitiny např. v leteckých motorech. Tyto slitiny, na rozdíl od konvenčně využívaných, neobsahují jeden hlavní prvek, ale několik různých prvků ve vysokých koncentracích. Existuje tak mnoho kombinací složení, z nichž je většina dosud zcela neprozkoumána. Jednou z limitujících vlastností pro potenciální využití je však jejich obecně nízká oxidační odolnost.

Obsahem projektu bude studium vysokoteplotní oxidace vybraných slitin, konkrétně příprava vzorků a jejich následná charakterizace před a po oxidaci. V průběhu řešení se bude mimo jiné využívat skenovací elektronový mikroskop, ze kterého pochází snímek připojený k dokumentu (příčný řez oxidickou vrstvou vzniklou na slitině FeAlCrNiV). Řešitel se v průběhu řešení seznámí se základními metodami studia materiálů a bude se moct dále zapojit do výzkumu na Katedře fyziky materiálů a také navázat na projekt bakalářskou prací.

Navrhovaný projekt je zaměřen na studium fyzikálních aspektů deformačních mechanismů v Mg slitinách připravených rychlou solidifikací. Tyto hořčíkové slitiny s vysokou pevností a tažností mají vysoký potenciál k využití v dopravním průmyslu či biomedicíně.

Metody: světelná a elektronová mikroskopie, měření mikrotvrdosti, deformační zkoušky,…

Řešitel/ka samostatně provede požadovaná měření a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Na základě výstupů ze studentského projektu je možné připravit téma pro bakalářskou/diplomovou práci.

V projektu se využije nová komplexní metodologie, která kombinuje statistickou analýzu rozložení časových intervalů po sobě jdoucích událostí akustické emise (time series analysis) a shlukovou analýzu časových řad (adaptive sequential k-means (ASK) analysis). Akustická emise se zaznamená v průběhu plastické deformace hexagonálních kovů, kde pomocí statistických metod odhalíme dynamiku aktivních deformačních mechanismů a jejich vzájemnou korelaci.

Metody: statistické metody, měřeni akustické emise, deformační zkoušky,…

Řešitel/ka samostatně provede požadovaná měření a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Na základě výstupů ze studentského projektu je možné připravit téma pro bakalářskou/diplomovou práci.

Hořčík, coby nejlehčí strukturní kov, je v současnosti intenzivně zkoumán pro široké spektrum aplikací zahrnujících mj. dopravu, osobní elektroniku, sportovní vybavení a medicínu. Krystalizace hořčíku v hexagonální těsně uspořádané mřížce však značně komplikuje jeho deformační zpracování. Při pokojové teplotě je v tomto typu mřížky totiž k dispozici relativně málo skluzových systémů pro šíření dislokací a deformaci často doprovází vznik dvojčat. Při zpracování za vyšších teplot dochází k primární aktivaci bazálního skluzového systému, což často způsobuje vznik silné textury. Tato silná textura je značně nevýhodná pro funkčnost výsledného materiálu, protože způsobuje anizotropii mechanických vlastností. Jednou z možností, jak snížit intenzitu vzniklé textury, představuje legování hořčíku pomocí specifických prvků. Ytrium a lithium jsou lehce rozpustné prvky v hořčíkové matrici a mají výrazný vliv na aktivaci deformačních mechanismů za pokojové i zvýšené teploty. Příměsi yttria a lithia tak mohou výrazně ovlivnit výslednou mikrostrukturu i texturu zpracovávaných hořčíkových slitin.

V rámci projektu bude zkoumán vliv jednotlivých prvků a jejich různá kombinace na mikrostrukturu, texturu a mechanické vlastnosti výsledné slitiny zpracované primárně pomocí extruze. Řešitel/řešitelka bude v rámci projektu zapojena do probíhajícího výzkumu a bude se aktivně zapájet do přípravy vzorků, analýzy mikrostruktury pomocí optické a skenovací elektronové mikroskopie a analýzy mechanických vlastností pomocí měření mikrotvrdosti a deformačních testů. Projekt je možné rozšířit na bakalářskou nebo diplomovou práci.

Literatura:

[1] Minárik et. al., Acta Materialia, 107, 2016, http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2015.12.050

Obr. 1: a) obrázek mikrostruktury slitiny Mg-Li-Y v odlitém stavu, pořízen skenovacím elektronovým mikroskopem a b) polykrystalická struktura slitiny Mg-Li-Y po extruzi zobrazená pomocí metody EBSD

Navrhovaná práce je součásti projektu zaměřeného na vývoj nové generace hořčíkových slitin s vysokou pevností a tažností s potenciálním využitím v dopravním průmyslu či biomedicíně. Na základě získané informace o vztahu mezi mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi budou specifikovány nejperspektivnější materiály a způsoby optimalizace jejich přípravy.

Metody: světelná a elektronová mikroskopie (SEM, TEM, EDX, EBSD), deformační zkoušky,…

Řešitel/ka samostatně provede požadovaná měření a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Na základě výstupů ze studentského projektu je možné připravit téma pro bakalářskou/diplomovou práci.

Cílové materiály jsou Mg slitiny obsahující fázi periodicky-vrstevnatě uspořádanou na dlouhou vzdálenost (angl. Long Period Stacking Ordered (LPSO) phase), a vrstevnaté poruchy se segregací příměsí. Charakterizace mikrostruktury v závislosti na složení materiálu a parametry zpracování bude provedena především elektronovou mikroskopií.

Metody: světelná a elektronová mikroskopie, zejména vysokorozlišovací TEM/STEM

Řešitel/ka samostatně provede požadovaná měření a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Na základě výstupů ze studentského projektu je možné připravit téma pro bakalářskou/diplomovou práci.

Deformační dvojčatění je jedním z hlavních deformačních mechanismů v hexagonálních slitinách (Mg, Ti, Zr). Hlavním cílem navrhované práce je objasnit vznik a vývoj deformačních dvojčat pomocí pokročilých 2D a 3D pozorovacích metod s ohledem na chemické složeni slitin a jejich předchozí deformaci. Studium se zaměří zejména na nukleaci dvojčat, mobilitu dvojčatových hranic, jejich vzájemnou interakci s dislokačním skluzem.

Metody: 2D a 3D elektronová mikroskopie (2D a 3D SEM/EBSD), vysokorozlišovací TEM/STEM, vysokorychlostní snímaní (up to 5M fps), deformační zkoušky,…

Řešitel/ka samostatně provede požadovaná měření a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Na základě výstupů ze studentského projektu je možné připravit téma pro bakalářskou/diplomovou práci.

Spojení hliníku s ocelí má velký potenciál pro uplatnění v průmyslu díky kombinaci výhodných vlastností jednotlivých materiálů – nízká hustota a dobrá odolnost vůči korozi hliníku a vysoká pevnost oceli. Během tepelného zpracování dochází na rozhraní hliníku a oceli k tvorbě intermetalické fáze, která může mít negativní vliv na pevnost a soudržnost materiálu.

Cílem projektu bude zkoumat tvorbu této fáze v materiálu připraveném metodou plynulého odlévání mezi válce. Bude použita hliníková slitina typu Al+Mg, která se vyznačuje nízkou hustotou. Bude určena kinetika růstu této fáze a její vliv na pevnost v tahu, a to jak během klasických experimentů, tak in-situ deformace ve skenovacím elektronovém mikroskopu.

Řešitel/ka se v rámci projektu seznámí s experimentálními metodami na katedře fyziky materiálů (optická a skenovací elektronová mikroskopie, měření mechanických vlastností). Řešitel/ka provede pozorování ve skenovacím elektronovém mikroskopu a deformační zkoušky. Získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Studentský projekt je dobrým východiskem pro případnou následnou bakalářskou práci.

Obrázek: Ukázka mikrostruktury ve skenovacím elektronovém mikroskopu a vzorek po in-situ deformaci.

V projektu budou zkoumány 2 typy hořčíkových slitin: Mg-Y-Li a Mg-Zn-Ca. Tyto materiály byly deformovány za velmi vysokého tlaku v torzi (HPT z angl. High Pressure Torsion) a tím bylo do materiálu uloženo extrémně velké deformační napětí (viz obr. 1). Deformace materiálů probíhá na partnerském pracovišti v Brazílii.

Obr. 1: Vložené deformační napětí po ½ a 1 otočce HPT.

Hořčíkové materiály po takto intenzivní plastické deformaci mají velmi jemnozrnnou mikrostrukturu a výrazně lepší mechanické vlastnosti. Příklad změny mechanických vlastností (mikrotvrdosti) na jiné hořčíkové slitině můžete pozorovat na obr. 2, kde jsou znázorněny mapy mikrotvrdosti pro vzorek po pouhém stlačení (obr. 2a) a po 1, 5 a 15 otočkách (obr. 2b, c a d).

 

Obr. 2: Mapa mikrotvrdosti po a) pouhém stlačení vzorku, b) po 1 otočce, c) po 5 otočkách a d) po 15 otočkách HPT.

Řešitel/ka samostatně provede potřebná měření (měření mechanických vlastností a studium mikrostruktury) a získané výsledky zpracuje do stručné zprávy. Na základě výstupů ze studentského projektu je možné připravit téma pro bakalářskou/diplomovou práci.