Projekti / Programi
Fizika in kemija površin kovinskih materialov
01. januar 2019
- 31. december 2024
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.04.02 |
Tehnika |
Materiali |
Kovinski materiali |
| 2.09.06 |
Tehnika |
Elektronske komponente in tehnologije |
Karakterizacija elektronskih komponent in materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
kovinski materiali, površinska funkcionalizacija, biorazgradljivost, inženiring površin, dodajne tehnologije
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
19. marec 2023;
A3 za obdobje 2017-2021
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
654 |
9.923 |
8.524 |
13,03 |
| Scopus |
661 |
11.168 |
9.696 |
14,67 |
Raziskovalci (28)
Organizacije (1)
Povzetek
Raziskovalni program P2-0132 FIZIKA IN KEMIJA POVRŠIN KOVINSKIH MATERIALOV je nadaljevanje raziskovalnega dela na področju temeljnih in aplikativnih raziskav kemijskih reakcij ter fizikalnih lastnosti površin in mejnih površin kovinskih materialov, ki je zelo relevanten za slovensko znanost in industrijo. Obsega štiri področja: (A) Strukturiranje in funkcionalizacija površin, (B) Korelacija med procesi v trdnih zlitinah na faznih in mejnih površinah in njihovimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi, (C) Napredne tehnologije sintez sodobnih kovinskih materialov in aplikacija v slovensko industrijo in (D) Inženirstvo površin kovinskih materialov in aplikacija v slovensko industrijo. Raziskovalna področja povezujejo raziskave prostih površin, mej kristalnih zrn in faz ter spremembe funkcionalnosti površin kovinskih materialov.
Razumevanje dogajanj na površini, mejah in drugih prostih površinah na makro, mikro in nano nivoju je ključnega pomena za ustrezno načrtovanje novih materialov s specifičnimi lastnostmi. Nove napredne analizne tehnike omogočajo vse boljši vpogled v material in na njegovo površino in tako odpirajo nova področja raziskav in porajajo nova vprašanja. Z različnimi termomehanskimi procesnimi parametri in drugimi sodobnimi tehnologijami izdelave, lahko vplivamo na ustrezen razvoj mikrostrukture, ki ima odločilen vpliv na lastnosti materialov. Poznavanje procesov na površini in na mejah ter vpliva različnih parametrov sodobnih tehnologij sinteze materialov omogoča razvoj simulacijskih modelov, katerih namen je napovedovanje mikrostrukture in posledično lastnosti materialov in njihovih površin.
Načrtovane temeljne raziskave programa se dotikajo različnih področij kovinskih materialov z namenom pridobitve novih temeljnih znanj na področju fizike in kemije površin kovinskih materialov ter prenosa tega znanja v slovensko industrijo. Raziskave so usmerjene v načrtovanje novih pristopov funkcionalizacije površin, razvoj biorazgradljivih materialov, inženiring mej in površin ter razumevanje razvoja mikrostrukture, med drugim tudi kovinskih materialov, izdelanih z dodajnimi postopki.
Člani programske skupine sodelujejo v aplikativnih raziskavah za slovensko industrijo predvsem na področju metalurgije, energetike, orodjarstva, dodajnih tehnologij, pa tudi pri raziskavah medicinskih pripomočkov. Programska skupina je vpeta v podiplomski program Mednarodne podiplomske šole Jožef Stefan in NTF OMM, Univerze v Ljubljani. Skupina intenzivno sodeluje s tujimi inštitucijami: MPIE Duesseldorf, Nemčija; Lomonosov University Moscow; University of Sao Carlos, Brazilija; University of Leuven-KUL, Belgija; National University South –NUS iz Bahia Blanca, Argentina; UC Berkeley, ZDA, Montan University Leoben, University of Genova, Italija.
Pomen za razvoj znanosti
Glavni doprinos predlaganega raziskovalnega programa na razvoj znanosti bo v pridobljenem novem temeljnem znanju na področju površin in mejnih površin ter funkcionalizacije površin kovinskih materialov. Raziskave bodo razjasnile fizikalno-kemijske pojave, ki so ključni za nadaljnje procese kot so poprava, rekristalizacija, oksidacija, korozija, izločevalno utrjevanje, nastanek željene mikrostrukture in teksture. Le-te odločilno vplivajo na mehanske in fizikalne lastnosti kovinskih materialov. Inovativne modifikacije površin naprednih kovinskih materialov, bodo omogočile vrsto naprednih aplikacij na področju biomedicinskih pripomočkov, uporabo modificiranih površin za preprečevanje biološkega nalaganja. Dodatno bomo raziskali in razvili samočistilne površine in površine, ki omogočajo nov pristop k ohlajevanju od mikro sistemov do rešitev v arhitekturi. Raziskave nastanka koherentnih, semikoherentnih in nekoherentnih izločkov v jeklih za nuklearno in termoenergetiko razvoj bodo omogočile razvoj modela za določitev odpornosti materialov na lezenje in deformacijo in preostala uporabna doba posameznih komponent v termo in nuklearnih elektrarnah. Na področju superzlitin bomo razširili znanje na področju izločevalnega utrjevanja in pridobili znanje o stabilnosti mikrostrukture pri povišanih temperaturah in deformacijah. Novi načini izdelave materialov s postopki hitrega strjevanja in deformacije bodo omogočili razumevanje nastanka mikrostrukture z visoko temperaturno odpornostjo. Koncept samoobnovitve kovinskih materialov je inovativen način izboljšanja mehanskih lastnosti materialov in podaljšanja življenjske dobe ter hkrati povečanja varnosti konstrukcijskih elementov. Rezultati na področju novih sintez materialov, predvsem z dodajnimi postopki, bodo pripomogli k razumevanju nastanka mikrostruktur v odvisnosti od parametrov tiska. Matematični modeli napovedovanja mikrostruktur in lastnosti, ki jih bomo razvili, bodo imeli velik vpliv na razvoj tega področja. Tovrstni modeli bodo bistveno skrajšali čase razvoja izdelka. Zelo pomemben doprinos bo tudi razumevanje procesa nitriranja na različnih materialih in materialih izdelanih s postopki dodajnih tehnologij.
Rezultati temeljnih raziskav v okviru zastavljenih ciljev programa bodo prispevali v mednarodno zakladnico znanja in bodo predstavljeni na znanstvenih konferencah, objavljeni v mednarodno priznanih znanstvenih revijah in bodo zaščiteni v obliki patentov, kjer bo to potrebno. Pridobljeno znanje bo prispevalo tudi k uresničevanju Evropskih zahtev po zmanjšani porabi energije, nižji stopnji emisij in onesnaževanja ter večji učinkovitosti procesiranja in predelave materialov. Rezultati raziskav bodo dali tudi praktično znanje s področja modifikacije površin in novih sintez materialov. Na področju inženiringa površin s toplotno obdelavo in depozicijo večplastnih prevlek na HSLA jekla z difuzijsko vmesno plastjo po postopku PACVD bomo pridobili nova teoretična spoznanja v povezavi z nanomateriali, dodajnimi kompozitnimi materiali in boljše razumevanje povezave med difuzijo zlitinskih elementov kompozitnega materiala, difuzijo dušika in nastanek nitridov.
Ker se problematike lotevamo v sklopu interdisciplinarnega sodelovanja, ki združuje raziskovalce s področja metalurgije, kemije, fizike, strojništva, biologije in medicine, pričakujemo, da bodo rezultati programa prinesli izvirne znanstveno-raziskovalne in aplikativne rezultate.
Pomen za razvoj Slovenije
Slovenska metalurgija in kovinsko-predelovalna industrija imata dolgoletno tradicijo v slovenskem prostoru. Predstavljata pomemben delež v BDP in pomemben izvozni segment. Gospodarske družbe na tem področju so v letu 2013 ustvarile skoraj 9 milijard € čistih prihodkov in zaposlovale 64.000 ljudi, dodana vrednost na zaposlenega je v povprečju znašala 35.000 €, delež prodaje na tujih trgih pa skoraj 70%. Naraščanje proizvodnje jekla in aluminija v Sloveniji kaže na pomen in relevantnost programske skupine, ki z znanjem in izkušnjami podpira tri glavne slovenske jeklarne (Acroni, Štore Steel, Metal Ravne) ter proizvajalce aluminija (Impol, Talum). Programska skupina je pomembna tudi za slovensko orodjarsko industrijo z raziskavami na področju površinskega inženiringa in 3D tiska kovinskih materialov. Na to področje se intenzivno vključujejo uspešna slovenska podjetja, kot so LTH Castings, Hidria, TPV, Talum, Gorenje, Unior, Akrapovič, kjer je znanje načrtovanja in vodenja postopka dodajnih tehnologij ključnega pomena. Raziskovalna skupina z znanjem in rezultati usmerjenih temeljnih raziskav nenehno prispeva k razvoju in ohranjanju panoge v slovenskem in svetovnem prostoru, preko aplikativnih projektov pa skrbi za hiter prenos novega znanja v industrijo.
Predlagani raziskovalni program je za Slovenijo izrednega pomena, inženiring procesov na mejah zrn in funkcionalizacija površin omogočata izdelavo naprednih kovinskih materialov s ciljnimi, načrtovanimi lastnostmi. Prenos rezultatov raziskav v spin-off podjetja, ki jih bodo ustanovili mladi doktorji znanosti ali podoktorski raziskovalci v okviru programske skupine, bodo ob pomoči uveljavljenih raziskovalcev razvili posamezne izdelke iz področja nanostrukturiranih površin za vrsto aplikacij. Spin-off podjetja odpirajo nova delovna mesta z visoko dodano vrednostjo za mlade visoko izobražene kadre in tako pripomorejo k prenosu znanja ter izboljšanju družbeno ekonomskega razvoja Slovenije. Pričakujemo, da bodo raziskave samoobnovitve kovinskih materialov odprle popolnoma novo raziskovalno področje, z aplikativnim potencialom in uporabno vrednostjo. Slovenski industriji aluminija in jekla sta zelo razviti in med vodilnimi v svetu. Impol in Talum skupaj ustvarita cca 1 milijardo EUR prometa letno, kar je velik delež celotnega slovenskega BDP. Raziskave v okviru programa bodo odprle tudi povsem novo področje izdelave odkovkov za avtomobilsko industrijo, kjer bomo s podstaranjem Al-zlitin lahko v tako imenovanem varnem področju v primeru nastanka razpoke. Poleg tega je v Sloveniji izredno močna jeklarska industrija v okviru SIJ in Štore Steel. Pomemben segment raziskav na tem področju je jeklo odporno na lezenje, namenjeno energetiki, tendenca pa je tudi v razvoju maraging jekel in nikljevih superzlitin. Izboljšanje lastnosti teh materialov in vgraditev principa samoobnovitve bo pomenilo povečanje varnosti, s tem pa konkurenčnosti in dvig dodane vrednosti. Slovensko orodjarstvo si lahko obeta kakovostno vakuumsko toplotno obdelana orodja ter orodja, katerih površine bodo zaščitene s trdimi večplastnimi prevlekami, izdelanimi s plazemskimi tehnologijami PACVD, kar bo zagotovilo daljšo dobo trajanja in obrabno odporne prevleke površin ter omogočilo depozicijo teh plasti na večja orodja.
Raziskave usmerjene v funkcionalizacijo površin in raziskave biomaterialov s poudarkom na razvoju in raziskavah biorazgradljivih materialov, kar bo imelo velik vpliv na področju zdravstva. Klinično razviti biorazgradljivi materiali bodo popolnoma spremenili koncept ponovne operacije pri zdravljenju travmatoloških poškodb kostnega tkiva. Za paciente bo to veliko olajšanje, predvsem v smislu hitrejšega okrevanja, za zdravstvo pa bo to pomenilo manjše število operacij, manj zapletov in znižanje stroškov zdravstvenega varstva. Nova spoznanja bodo predstavljena širši mednarodni javnosti, kar bo imelo velik vpliv na promocijo Slovenije. V okviru dela programske skupine se bomo mednarodno povezovali in tako na
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
