Projekti / Programi
Tehnologije metastabilnih materialov s kovinsko osnovo
01. januar 2009
- 31. december 2012
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.10.00 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Raziskovalci (16)
Organizacije (1)
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave na področjih izdelave, karakterizacije in lastnosti metastabilnih materialov so pomembne tako za področje tehničnih kot tudi naravoslovnih znanosti. Programska skupina je z rezultati raziskovalnega dela v okviru programa dala odgovore na nekatera odprta znanstvena vprašanja, in pojasnila mehanizme določenih procesov in pojavov v metastabilnih materialih s kovinsko osnovo. S temi rezultati je bil dosežen nadaljnji korak k razvoju teh materialov in tehnologij za njihovo izdelavo. Med odprta znanstvena vprašanja na katera je poskušala najti odgovor naša programska skupina v okviru raziskovalnega dela programa spada tudi mehanizem plastične deformacije v nanostrukturnih kompozitnih materiali. Poznano je namreč, da dislokacijska teorija, ki velja za kristalne kovine in zlitine, v primeru metastabilnih nanostrukturnih materialov ni uporabna. Zato so bile raziskave mehanizmov tečenja v nanostrukturnih kompozitih zelo aktualne in pomembne za razvoj znanosti na tem področju. S poskusi na vzorcih, katerih jedro je bilo iz trdne raztopine na osnovi bakra, plašč pa iz kovinsko keramičnega kompozita Cu-Al2O3, smo odkrili, da sta v kompozitnem plašču prisotna dva mehanizma plastične deformacije, medtem ko poteka plastično tečenje v enofazni kovinski matici le z drsenjem dislokacij. V kompozitnem plašču poteka plastična deformacija s drsenjem dislokacij le do stanja, ko se zaradi deformacijske utrditve sproži energijsko ugodnejši mehanizem drsenja vzdolž mej zrn. Za razvoj znanosti so bile pomembne tudi nadaljne raziskave in nova spoznanja o vplivu defektov v kristalni strukturi metastabilnih materialov na potek kemijskih reakcij in faznih transformacij v trdnem. Raziskave so potrdile hipotezo, da potečejo v metastabilni mikrostrukturah s povečano koncentracijo mrežnih defektov kemijske reakcije, ki jih v termodinamsko ravnotežnih mikrostrukturah ni pričakovati. Tako smo na primer pri žarjenju hitro strjenega mikrolegiranega zlata zasledili tvorbo finih oksidnih delcev nanometrske velikosti po volumnu kristalnih zrn. Ta pojav predstavlja svojevrsten paradoks saj termodinamski pogoji za to kemijsko reakcijo niso izpolnjeni. Maksimalna topnost kisika v zlatu je namreč prenizka, da bi lahko potekli oksidacijski procesi. Potencial tako izdelanih disperzijsko utrjenih zlitin zlata in postopka izdelave preko metastabilnega stanja mikrostrukture, se je pokazal v tankih prevlekah na medicinskih implantatih. Pomemben korak na področju razvoja novih tehnologij izdelave nanostrukturnih metastabilni stanj predstavljajo poskusi izdelave Au nanodelcev s postopkom pirolize z ultrazvočnim razprševanjem. Raziskave so pokazale, da lahko s tem postopkom kontroliramo velikost, obliko in topologijo nanodelcev, kar močno vpliva na njihove funkcionalne lastnosti. Raziskovalno delo na področju razvoja aluminijevih zlitin s kvazikristalnimi fazami je dalo pomembne rezultate za razvoj znanosti na tem področju. Analiziran je bil vpliv dodatka tretjega in četrtega legirnega elementa na stabilnosti kvazikristalov in kinetiko njihovega razpada. Opredeljena je bila fazna sestava zlitine Al-Mn-Be-Cu v odvisnosti od pogojev strjevanja, ter pojasnjen vpliv dodanih legirnih elementov na stabilnost kvazikristalnih faz. Ugotovljeno je bilo, da vsebujejo kvazikristali povečan delež berilija, ki jih stabilizira. Dodatek Cu omogoča nastanek kvazikristalne faze že pri manjših hitrostih ohlajanja ter omogoča nadaljnjo optimizacijo lastnosti s termomehansko obdelavo. Trdnostne lastnosti teh zlitin dosegajo vrednosti visokotrdnostnih aluminijevih zlitin in nekoliko večji raztezek, kar predstavlja dober potencial za njihovo uvajanje v industrijsko proizvodnjo.
Pomen za razvoj Slovenije
V svetu poteka veliko število raziskav, ki se ukvarjajo z razvojem tehnologij in materialov, ki so v metastabilnem stanju. Ne samo to, vedno več je aplikativnih projektov ter primerov ustanavljanja tako spin-off kakor tudi drugih podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo takšnih materialov. Ker gre za visokotehnološke proizvode, je dodana vrednost zelo velika. Trenutno je v Sloveniji veliko relativno uspešnih podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo in predelavo aluminija, bakra in žlahtnih kovin ter s področji livarstva in preoblikovanja. Ta podjetja obvladujejo tehnologijo uveljavljenih zlitin, vendar mnoga dosegajo sorazmerno majhno dodano vrednost. Če bodo hotela ostati konkurenčna tudi v bodočnosti, se bodo morala usposobiti tudi za izdelavo tehnološko zahtevnejših materialov in izdelkov. Pogosto se morajo podjetja zaradi maloštevilnega inženirskega kadra ter omejenih sredstev ukvarjati s tekočimi in kratkoročnimi problemi, ki se morajo rešiti v nekaj dneh, zaradi česar so dolgoročnejše raziskave, ki bi bile nujne za nadaljnji razvoj podjetja, pogosto zapostavljene. S tega stališča menimo, da smo s poglabljanjem teoretičnega znanja o materialih in tehnologijah ter razvojem in obvladovanjem sodobnih tehnologij materialov, dosegli ustrezni nivo znanja za kvalitetno podporo slovenski kovinski industriji, ki se že sooča s potrebo po uvajanju novih tehnologij in materialov. Kot programska skupina na Fakulteti za strojništvo UM pridobljena znanja sproti prelivamo v pedagoški proces ter prenašamo na študente, ki se bodo v nekaj letih zaposlili in ki bodo predstavljali nosilce razvoja v naših podjetjih. Že dosedanje delo na raziskovalnem programu nam je zaradi zanimivosti in koristnosti tematike omogočilo navezovanje in sodelovanje s številnimi podjetni doma in v tujini, kakor tudi z mnogimi uveljavljenimi raziskovalnimi skupinami, kar bomo ob nadaljevanju programa še dodatno razširili in poglobili.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
