Realizované projekty v období 2012 - 2014

Specifický výzkum v metalurgickém, materiálovém a procesním inženýrství

SP2012/196

Metalurgické inženýrství Plánovaný projekt by svým obsahem navazovat na řešení projektu z roku 2011 komplexním řešením problematiky související s výrobou oceli a slitin, jejich odléváním a tvářením a rovněž s výzkumem spalovacích procesů a využití tepla odpadních spalin. Tematicky je projekt členěn dle profesního zaměření řešitelských pracovišť, tzn. katedry metalurgie a slévárenství, katedry tváření materiálů a katedry tepelné techniky. Oblasti metalurgie - studium procesů probíhajících při tuhnutí ocelí (ingotů, plynule odlévaných předlitků) - možnosti verifikace a zpřesňování teplot fázových transformací – především teplot solidu a likvidu a dalších termofyzikálních vlastností materiálů na bázi železa. - Využitelnost mikrovlnné technologie při redukci železných rud. Oblast slévárenství - studium vzájemné interakce organických a anorganických pojivových systémů za zvýšených teplot umožňující definovat vliv přítomnosti jader na technologické i fyzikálně – chemické vlastnosti jednotné bentonitové formovací směsi. - studium termofyzikálních vlastností slévárenských ostřiv za účelem vývoje hybridních ostřiv o definovaných vlastnostech. - studium termofyzikálních a termomechanických vlastností litých kovových materiálů. Oblast tváření materiálů - sledování vlivu parametrů deformace na strukturní charakteristiky progresivních typů materiálů používaných v automobilovém průmyslu. - studium pokročilých postupů termomechanického zpracování materiálů s orientaci na zlepšení výsledných mechanických vlastností. Oblast tepelné techniky - výzkum tepelných procesů a okrajových podmínek při tuhnutí a chladnutí plynule odlévané oceli v primární a sekundární oblasti chlazení. Tohoto záměru bude dosaženo modelováním daného procesu v laboratorních podmínkách pomocí fyzikálního modelu testování trysek a numerického modelu chlazení. Možnosti využití entalpie spalin a chladnoucích těles, využití druhotných energetických zdrojů. - materiálové využití strusek a dalších velkoobjemových jemnozrnných odpadů z výroby železa a oceli. Snaha je orientovaná na zkusovění uvedených odpadů. Odpady je možno zpracovat do formy briket nebo pelet a následně recyklovat v metalurgických agregátech. Procesní inženýrství Předmětem výzkumu v rámci projektu bude studium vybraných laboratorních i průmyslových technologií, v tomto roce řešení se zaměříme zejména na: - využití metalurgických odpadů jako chemických surovin (sorbenty, loužení); - studium vybraných anorganických i organických chemických reakcí při zvýšených teplotách (pyrolýzy, výměnné reakce); - studium přenosových dějů ve vícefázových procesech (kontaktování suspenzí s plyny, krystalizace); - využití spektrometrie s doutnavým výbojem (GDS) pro stanovení prvkového složení nízkolegované oceli, oceli s vysokým obsahem Cr a Ni, slitin s vysokým množstvím Mn a Al a litiny, využití GDS pro stanovení tloušťky vrstvy zinku na plechu z nízkolegované oceli a zároveň zjištění chemického složení této vrstvy i základního materiálu; - příprava nanokompozitních materiálů depozicí nanočástic na jílových minerálech (montmorillonit, kaolinit, vermikulit), studium vlastností jílových minerálů a připravených nanomateriálů metodami infračervené, Ramanovy a luminiscenční spektrometrie; - studium termofyzikálních a kinetických vlastností vybraných kovových materiálů metodami termické analýzy (DTA, DSC); - studium mezifázového napětí mezi roztaveným kovem (ocelí) a roztaveným oxidickým systémem (struskou) původní metodikou vyvinutou na našem pracovišti; - studium heterogenních katalytických reakcí, a to katalytický rozklad N2O a fotokatalytická redukce CO2; - využití odpadního tepla z metalurgických provozů společnosti (ocelárna, koksovna, energetika); - termické zpracování vybraných druhů odpadů v laboratorních redukčních podmínkách zaměřené na využití pyrolýzního plynu k výrobě tepla potřebného pro karbonizaci odpadní biomasy; - modelování rozptylu znečišťujících látek v ovzduší. V rámci této aktivity se bude jednat o analýzu původu znečišťující látek v ovzduší. Budou zkoumány jednotlivé metodiky, které se využívají k identifikaci původu zdrojů. S tímto souvisí využití a ověření receptorové modelování. Bude prováděna rešerše metod, které jsou využívány k analýze původu zdrojů. Jednotlivé postupy a metody receptorového modelování budou zkoumány a zdokonalovány tak, aby je bylo možno aplikovat na jednotlivé imisní monitorovací stanice (nalezení markerů jednotlivých zdrojů apod.). Výsledky budou rovněž porovnány se statistickými modely. Dle výsledků bude rozhodnuto, zda jsou testované metody vhodné a aplikovatelné pro určování příspěvku jednotlivých zdrojů na imisní situaci v dané lokalitě; - studium distribuce toxických prvků při procesech spalování komunálních a nebezpečných odpadů; - výzkum podílu lokálních topenišť na znečištění ovzduší. MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ ŘEŠENÍ V OBLASTI TECHNICKÝCH KERAMICKÝCH MATERIÁLŮ Cílem řešení jedné etapy bude příprava hutného keramického materiálu na bázi Si3N4 s použitím nových přídavků slinování SiAlOC, které budou připraveny z polymerních prekurzorů. Dále bude úkolem studování vlivu podmínek slinování na mikrostrukturu a fázové složení keramiky. V souvislosti s řešením jde o využití neoxidické keramiky typu Si3N4, která má velmi dobré mechanické vlastnosti, velmi dobrou odolnost vůči korozi a oxidaci při pokojových i zvýšených teplotách. Bude zejména detailně sledován způsob přípravy nitridické keramiky a způsoby zviditelňování její mikrostruktury. Dále budou hodnoceny podmínky slinování. Rovněž budou stanoveny podmínky následného tepelného zpracování a jeho vliv na vlastnosti předmětných typů keramiky. VÝVOJ ÚSPORNĚJŠÍCH ZDROJŮ SVĚTLA Dále bude řešena problematika vývoje úspornějších zdrojů světla. S ohledem na účinnost a životnost jsou vhodnými kandidáty bílé LED diody (Light Emitting Diode), ovšem jejich nevýhodou je tzv. "chladné světlo". To je ovšem možno změnit na "teplé" (s oranžovým nádechem světla slunečního) vhodnou kombinací luminiscenčních materiálů. Předložený projekt je zaměřen na cenově výhodnou přípravu světlo emitujících ternárních nitridů (tzv.luminoforů) reakční syntézou, samovolně se šíříci vysokoteplotní syntézou a nitridací. Základní strukturou luminoforů je MgSiN2 a LaSiN5. Základní prášky pro přípravu ternárních nitridů jsou silicidy kovů a Si3N4.Výběr typů a množství lanthanoidů (Eu,Ce,Yb), které luminiscenci aktivují, proběhne teoretickými výpočty na základě zpřesněné struktury ternárních nitridů.Protože emise závisí rovněž na mocenství aktivátoru (Eu2+ nebo Eu3+), bude v rámci řešení prostudován i vliv reakčních podmínek, zejména teploty a redukční atmosféry, na konečné mocenství kationtu příslušného lanthanoidu. Dále budou charakterizovány excitační a emisní spektra připravených luminoforů. ŘEŠENÍ V OBLASTI POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ Bude řešena problematika mechanických a tepelných vlastností prepregů na bázi uhlíkových vláken. Problematika je aktuální z pohledu aplikací těchto materiálů v leteckém a lodním průmyslu a ve zdravotnictví při přípravě fixačních pomůcek. ŘEŠENÍ V OBLASTI ZLEPŠENÍ UŽITNÝCH VLASTNOSTÍ PROGRESIVNÍCH MATERIÁLŮ Bude pokračováno v řešení problematiky hodnocení vlastnosti výbuchem navařeného titanu na antikorozní oceli. Řešení bude zaměřeno na studium únavy, vodíkové křehkosti, fraktální a mikrostrukturní analýzu svaru a jeho okolí. Ke studiu bude použit materiál jednak ve výchozím stavu, jednak po tepelném zpracování. HODNOCENÍ ODOLNOSTI MODERNÍCH KONSTRUKČNÍCH OCELÍ VŮČI DEGRADAČNÍM ÚČINKŮM VODÍKU Budou pokračovat práce na hodnocení odolnosti moderních konstrukčních ocelí s vyšší úrovní mechanických vlastností vůči degradačním účinkům vodíku s využitím různých experimentálních metod. Pozornost bude dále zaměřena na metodické problémy elektrochemické permeace vodíku, po optimalizaci parametrů bude metoda využita pro stanovení difúzních charakteristik vodíku v ocelích, resp. i v dalších kovových materiálech. VYUŽITÍ NOVÝCH METOD STRUKTURNĚ FÁZOVÉ ANALÝZY KOVOVÝCH MATERIÁLŮ V rámci této části projektu budou řešeny metodické problémy některých nových experimentálních technik, např. EBSD apod. při strukturně fázové analýze kovových materiálů. Po optimalizaci metodiky bude tato využita např. při analýze plechů pro aplikace v elektrotechnice. Dále budou řešeny metodické problémy TEM, přičemž tento typ analýzy bude využit např. při hodnocení strukturní stability vybraných žáropevných ocelí. VLASTNOSTI ADI LITIN V rámci této části projektu budou pokračovat práce na hodnocení vztahu mezi parametry tepelného zpracování, strukturou a vlastnostmi ADI litin. PŘÍPRAVA INTERMETALIKA NA BÁZI γ – TIAL A OVLIVNĚNÍ JEHO STRUKTURY A VLASTNOSTÍ LEGOVÁNÍM YTTRIEM. V návaznosti na práce prováděné v roce 2011 budou provedeny experimentální tavby slitin TiAl legovaných ytriem metodou směrové krystalizace. V rámci prováděných experimentů bude sledován vliv podmínek krystalizace (rychlost krystalizace, teplotní gradient a rozhraní krystal – tavenina, materiál kelímku a jeho interakce s taveninou) na strukturní charakteristiky, mikrostrukturu, obsahy plynů a fyzikálně metalurgické charakteristiky získaných materiálů. METALURGIE INTERMETALICKÉ SLOUČENINY NI3AL. V rámci experimentálních prací bude posuzován vliv podmínek krystalizace na strukturní charakteristiky materiálů na bázi Ni3Al. Práce budou navazovat na dřívější experimenty, navíc bude sledován vliv odstředivých sil na proces krystalizace. Výsledky experimentů budou využity při realizaci odstředivého lití válců z materiálů na bázi Ni3Al. EXPERIMENTÁLNÍ MODELOVÁNÍ ROVNOVÁŽNÝCH FÁZOVÝCH DIAGRAMŮ. Budou pokračovat práce na modelování rovnovážných fázových diagramů. Práce budou rozšířeny o modelování struktur, podílů a morfologie fází a složek na fyzikálně metalurgické charakteristiky experimentálních materiálů. Pro toto modelování bude využit software „Simulační program pro modelování materiálových struktur a jejich vlastností. V rámci experimentálních prací budou dále prováděny práce zaměřené na procesy zonální krystalizace vysokotavitelných kovů a slitin. VLIV VODÍKU NA FYZIKÁLNÍ A MECHANICKÉ VLASTNOSTI SLITIN NEŽELEZNÝCH KOVŮ. V rámci této části projektu budou prováděny experimentální práce spojené s přípravou speciálních materiálů, sledováním jejich interakce s vodíkem a následně vyhodnocování vlivu vodíku na jejich strukturu a fyzikálně metalurgické charakteristiky. Práce se zaměří na slitiny Ti-Al, Ti-Nb, případně Ti-Ni.

2012

2012

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Sojka Jaroslav prof. Dr. Ing.