Prestižní ocenění za výzkum titanových slitin

Editory odborných časopisů Acta Materialia, Scripta Materialia a Acta Biomaterialia zaujal článek, který zkoumá částice ve slitinách titanu a jejich chování a vliv na tento materiál. Práci, jejíž spoluautorkou je RNDr. Jana Šmilauerová z katedry fyziky materiálů MFF UK, proto udělili prestižní cenu Acta Student Award.

Ocenění Acta Student Award za nejlepší publikaci, která v daném roce vyšla v časopise Acta Materialia, uděluje odborná porota každý rok. Získávají je mladí studenti za vynikající práce z oboru materiálových věd. Vybrané články musí splňovat vysoké nároky, které jsou kladeny nejen na kvalitu práce, ale hodnotí také její další potenciál či úroveň nominačních dopisů.

Mezi oceněné práce, publikované v roce 2014, se zařadil článek, na kterém se podílela dr. Jana Šmilauerová z katedry fyziky materiálů MFF UK. Nese titul Ordered array of ω particles in β-Ti matrix studied by small-angle X-ray scattering a zabývá se velmi drobnými částicemi ve slitinách titanu, které jsou zajímavé svým vlivem na mechanické vlastnosti těchto slitin. Materiál totiž vytvrzují, zároveň však přispívají k jeho větší křehkosti. Práce proto zkoumala, jak zvětšit pevnost slitiny bez dalšího zvyšování její křehkosti.

Jedním z autorů práce je dr. Šmilauerová, která se v rámci doktorského studia na MFF UK specializuje na fázové transformace ve slitinách titanu. Materiálovým vědám a jmenovitě slitinám titanu se věnuje již od bakalářského stupně studia. „Ve druhém ročníku jsem začala hledat téma bakalářské práce, které by mě bavilo, a při hledání jsem se zajímala i o témata z katedry fyziky materiálů. Tam jsem se setkala s doc. Milošem Janečkem, jehož skupina právě začínala pracovat na projektu zabývajícím se studiem slitin titanu. Nabídl mi zapojení do skupiny a bakalářskou práci s tématem fázových transformací ve slitinách titanu, což mě zaujalo, a na katedře jsem už zůstala,“ popisuje dr. Šmilauerová cestu ke své specializaci.

Čím se Vaše publikace, která byla časopisem Acta Materialia vyhodnocena jako jedna z nejlepších za uplynulý rok, zabývá?

Práce se věnuje vzniku a vývoji částic fáze ω ve slitinách titanu. Tyto částice jsou velmi drobné, měří řádově několik málo desítek nanometrů, a jejich přítomnost v materiálu má velmi zajímavé důsledky pro mechanické vlastnosti slitiny a následné fázové transformace. Částice jsme zkoumali pomocí maloúhlového rozptylu rentgenového záření, což je metoda, která – zjednodušeně řečeno – „vidí“ nehomogenity v chemickém složení. Protože částice ω mají prvkové složení trochu jiné než okolní materiál, můžeme pomocí maloúhlového rozptylu zkoumat jejich velikost, tvar a prostorové uspořádání.

Jak vypadají zmíněné zajímavé důsledky, které mají zkoumané částice pro mechanické vlastnosti slitin?

Tyto částice materiál vytvrzují, ale zároveň zvyšují jeho křehkost, přičemž křehkost je většinou nežádoucí. Pro praktické aplikace je ale důležité to, že při dalším tepelném zpracování vznikají ve slitině precipitáty tzv. fáze α, které jsou velmi drobné, pokud vznikají za přítomnosti ω částic. Tyto drobné precipitáty fáze α pak zvyšují pevnost slitiny, aniž by způsobovaly její křehnutí.

V článku jste došli k poněkud jiným závěrům, než k jakým dospěly dosavadní studie v oboru, jak uvádí Advanced Photon Source. Můžete tyto rozdíly popsat?

Zjistili jsme, že částice ω jsou v materiálu jistým způsobem uspořádány (podél krystalografických směrů <100> kubické β fáze titanu). Doposud publikované práce se uspořádáním těchto částic příliš systematicky nezabývaly, existovala pouze studie, jejíž autoři pozorovali v transmisním elektronovém mikroskopu uspořádání částic ω v řetízcích podél směrů <111>. Maloúhlový rozptyl má ale oproti mikroskopii tu výhodu, že získáváme data z mnohem větší oblasti a z mnohem většího počtu částic, takže statistika je pak také mnohem lepší.

V jakých konkrétních oborech mohou závěry Vašeho výzkumu najít uplatnění?

Zabývám se studiem fázových transformací ve slitinách titanu, což je převážně základní výzkum, takže cesta k uplatnění v praxi může být dlouhá. Ale dokážu si představit, že naše výsledky se uplatní například při navrhování nových slitin pro nejrůznější aplikace – při tom je důležité znát fázové transformace a jejich mechanismy, aby bylo možné určit, jak se slitina při daném složení a při dané teplotě bude chovat.

V rámci vzdělávacích pobytů jste hodně času strávila v USA. Je pro to nějaký konkrétní důvod, jsou například ve studiu slitin titanu dále než jiná pracoviště nebo mají nejlepší technologické možnosti k výzkumu?

Naše skupina má bilaterální projekt Kontakt s univerzitou v Clemsonu, díky kterému jsme měli možnost univerzitu několikrát navštívit. V USA jsou pracoviště, která mají mnohem delší tradici ve studiu slitin titanu, a v některých případech také intenzivně spolupracují s aplikovanou sférou – například s leteckým průmyslem, kde slitiny titanu nalézají široké uplatnění. Ve spojení s praxí máme u nás ještě co dohánět, ale jinak jsou tu podle mě podmínky pro studium a výzkum materiálů velmi dobré.

Kam se ve svém výzkumu chcete posunout po dokončení doktorského studia?

Určitě chci jet na nějakou dobu do zahraničí na postdoktorskou stáž. Jednak je to jedna z podmínek pro získání juniorského grantu GA ČR, jednak doufám, že si tak rozšířím rozhled v oboru. Kam se ve svém výzkumu posunu, to se teď těžko odhaduje. Myslím si, že slitiny titanu jsou stále zajímavým a podnětným tématem pro výzkum, ale nemůžu vyloučit, že se v budoucnosti budu zabývat i něčím jiným.

Nezkrácený rozhovor najdete na Matfyz.cz.

- OMK -