Projekti / Programi
Tehnologije metastabilnih materialov s kovinsko osnovo
01. januar 2017
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| 2.10.00 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Metastabilne strukture; Nanostrukturni materiali; Nanostrukturna superbainitna jekla; Izločevalno in disperzijsko utrjene Al zlitine; Karakterizacija mikrostrukture; Ultrazvočna razpršilna piroliza.
Raziskovalci (23)
Organizacije (1)
Povzetek
V teoriji sistemov je metastabilnost časovno opredeljen pojav. V termodinamskem smislu je to neravnotežno stanje, ki lahko obstaja daljše časovno obdobje, saj je kinetika transformacije v stabilno stanje potlačena oziroma močno upočasnjena. Na področju znanosti o materialih so metastabilna stanja deklarirana kot neravnotežna stanja, v katerih se materiali nahajajo veliko dalj časa kot v ravnotežnih stanjih. Zaradi specifičnih lastnosti, ki jih materiali v teh stanjih dosegajo, je njihova uporabnost v večini primerov odvisna od časovne obstojnosti metastabilnega stanja pri pogojih uporabe. Programska skupina P2-0120 se že od začetka svojega delovanja, ki sega v leto 1999, ukvarja s termodinamsko metastabilnimi stanji v materialih s kovinsko osnovo. V tem obdobju raziskovalnega dela so bila identificirana, opisana in okarakterizirana številna metastabilna stanja v različnih visokotrdnostnih in funkcionalnih kovinskih materialih. Za prehod v metastabilna stanja so bile uporabljene predvsem tehnike hitrega strjevanja, preoblikovanje z ekstremno plastično deformacijo, nekonvencionalni postopki toplotne in termomehanske obdelave ter ultrazvočna razpršilna piroliza. Rezultati dosedanjega znanstvenoraziskovalnega dela, ter izkazan interes industrijskega okolja so tlakovali smer nadaljnjega dela programske skupine. Ta je predstavljen v pričujočem predlogu vsebine raziskovalnega programa za naslednje raziskovalno obdobje. Predlog obsega raziskovalne aktivnosti na naslednjih področjih: Optimiranje tehnologije ultzrazvočne razpršilne pirolize, sinteza sferičnih nanodelcev zlata in železovega oksida ciljne velikosti, razvoj ʺCore/Shellʺ nanostrukturnih kompozitov za biomedicinske aplikacije, optimiranje toplotne obdelave in mikrostrukture v visokotrdnostnih nanostrukturnih superbainitnih jeklih, ter razvoj visokotemperaturno obstojnih izločevalno in disperzijsko utrjenih aluminijevih zlitin. Izvedba načrtovanega raziskovalnega dela bo ozko povezana z razvojem tehnologij izdelave termodinamsko metastabilnih materialov, metod karakterizacije teh materialov v metastabilnih stanjih, ter študijem kinetike staranja v odvisnosti od zunanjih vplivnih parametrov.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani raziskovalni program bo povečal razumevanje in znanje o metastabilnosti, tehnologijah za dosego tega stanja, metodah karakterizacije, ki so sicer namenjene za karakterizacijo materialov v ravnovesju. V okviru programa bomo za izdelavo metastabilnih nanostrukturnih materialov uporabljali in razvijali različne postopke, ki smo se jih posluževali do sedaj (postopki hitrega strjevanja in litja, različne tehnologije preoblikovanja vključno s tehnologijo ekstremne plastične deformacije, postopki toplotne in termomehanske obdelave). Posebno pozornost bomo namenili razvoju modularne in redizajnirane Ultrazvočne razpršilne pirolize, ki spada med pirolize. Te predstavljajo v splošnem proces kemične razgradnje različnih spojin pri povišani temperaturi, pri USP metodi pa je dodatno uporabljen ultrazvok za razprševanje prekurzorske raztopine z želenim materialom v kapljice. Te kapljice so nato izpostavljene visoki temperaturi, tako da se material v notranjosti kapljice kemično razgradi s pomočjo pirolize in tako nastanejo nanodelci čistih elementov. Prednost metode USP je enostavnost postavitve posameznih procesnih segmentov in spreminjanje njihove konfiguracije, kontinuirna sinteza nanodelcev in možnost sinteze čistih nanodelcev iz različnih materialov, kakor tudi iz ostankov zlata. Povezava med začetnimi procesnimi parametri in kontroliranje vseh omenjenih korakov določa lastnosti končnih nanodelcev, dobljenih iz nastalega aerosola pri sintezi s sušenjem razpršenih mikrodelcev. USP se običajno uporablja za pripravo kovinskih pod-mikrometrskih delcev in nanodelcev, saj se z njo lahko tvorijo visoko kristalinični kovinski oksidi iz prekurzorske raztopine, ki je lahko vodna raztopina enega ali več kompleksnih kovinskih soli ali oksidov. Cena različnih nanodelcev je v primerjavi z mikro delci višja. Še večja razlika pa se pojavlja pri nanostrukturnih materialih, napram tistim, ki so izdelani s tradicionalnimi postopki. Programska usmeritev je zato priložnost za donosnost naložb v sodelovanju s slovenskimi industrijskimi partnerji.
Drugi cilj je izdelava kinetično aktiviranih bainitnih jekel z dobro optimizirano mikrostrukturo , kjer smatramo, da bodo le-ta kmalu predstavljala velik potencial za izdelavo strojnih delov in orodij. Ta jekla lahko zahvaljujoč svoji fleksibilnosti pripomorejo k boljšemu razumevanju bainitne transformacije v jeklih, kakor tudi razumevanju mehanskega obnašanja kombiniranih mikrostruktur visokotrdnostnih jekel. V Sloveniji obstaja metalurška in kovinsko predelovalna industrija, ki lahko rezultate teh raziskav izkoristi, za okrepitev svojega položaja na trgu. To je priložnost da se ne samo sledi trendom, ampak se jih na nek način postavlja. Namreč že dolgo časa je prisotno povpraševanje po bainitnih jeklih, ki dosežejo svoje lastnosti med kontinuirnim ohlajanjem, kakor tudi po visokotrdnostni pločevini z dobro varivostjo. Nekaj podjetij je že izrazilo interes glede na naše predhodne rezultate. V teh okvirih bodo posebej ciljana področja proizvodnje nožev, orodja, ročnega orodja in rudarske opreme.
Pomen za razvoj Slovenije
V Sloveniji je veliko uspešnih podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo in predelavo različnih kovin. Ta podjetja obvladujejo tehnologijo uveljavljenih zlitin, vendar mnoga dosegajo sorazmerno majhno dodano vrednost svojih izdelkov. Če bodo hotela ostati konkurenčna tudi v bodočnosti, se bodo morala usposobiti za izdelavo tehnološko zahtevnejših materialov in izdelkov. Predlagani raziskovalni program je zato usmerjen v tista temeljna znanja, ki bodo v naslednjem obdobju dozorela ali se tako razvila, da bodo uporabna tudi za industrijo. S tega stališča menimo, da bomo s poglabljanjem teoretičnega znanja o metastabilnih materialih in tehnologijah ter razvojem in obvladovanjem sodobnih tehnologij materialov, lahko nudili slovenski kovinski industriji trdno podporo. Primer predstavljata sinteza nanomaterialov in industrializacija novega naprednega visokotrdnostnega jekla, ki ima lahko določene ekonomske učinke za metalurško in kovino predelovalno industrijo. Kinetično aktivirana bainitna jekla imajo zelo visoko produktivnost v primerjavi z drugimi bainitnimi jekli, kjer poteka transformacija v primerljivem temperaturnem območju in zato vidimo tudi na tem področju novo priložnost.
Dodana vrednost tega programa bo tudi spodbujati izmenjavo znanj, dvigniti večjo ozaveščenost strokovne javnosti glede metastabilnosti in nanotehnologije, same prepoznavnosti in izobraževanja na tem znanstvenem področju. Zato bodo izvajalci programa poskušali zagotavljati takšne rezultate, da ne bodo skupne raziskave samo obstajale, ampak bodo tudi dale dividende v smislu akademske odličnosti, industrijske konkurenčnosti, okoliških izboljšavah in izboljšanja kakovosti življenja za vse. Učinkovit pretok informacij in obveščanje javnosti o ciljih in rezultatih našega dela, prispevki za nacionalno, kot tudi za evropsko znanje in znanstveno odličnost, vrednost sodelovanja na vseevropski ravni in koristi za državljane EU se bo izvajalo z različnimi pristopi: novice, sporočila za javnost; spletna stran in druga notranje ustvarjena podpora kot tiskane publikacije, zgoščenke; Skupaj z industrijskim partnerjem Zlatarna Celje d.d. predvidevamo krepitev "inovacijske sposobnosti" pri razvoju novih USP tehnologij za NPs. To vse je osnova za zunanje izvajanje raziskav, povečanje raziskovalnih prizadevanj, širjenje mreže za bolje izkoriščanje rezultatov raziskav in pridobivanje tehnološkega znanja in izkušenj, s čimer naj bi se zapolnila vrzel med raziskavami in inovacijami.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2017,
2018,
2019
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2017,
2018,
2019
