|
|
The investigation of an Al-Zr-Ti alloy prepared by spark plasma sintering of atomized powder
Molnárová, O. ; Málek, P. ; Lukáč, František ; Chráska, Tomáš ; Cinert, Jakub
The microstructure and mechanical properties of a powder metallurgical Al-Zr-Ti alloy was studied. Fine powder with a typical size below 50 ?m was prepared by gas atomization. The smallest powder particles with a diameter below 10 ?m exhibited a segregation free microstructure. Larger droplets were found to contain intermetallic particles rich in Zr and Ti. The gas atomized powder was consolidated by spark plasma sintering (SPS) at various temperatures ranging from 450 to 550 °C. During SPS the materials microstructure remained nearly unchanged and a fine grain size between 2 and 3 ?m was observed. All SPS samples exhibited a microhardness of around 90 HV. The annealing (1 h, 500 °C) of the sample sintered at the highest temperature (550 °C) resulted in a decrease of microhardness to 75 HV as a result of changes in the phase composition, the fine grain size was retained. Natural aging at room temperature was not observed.
|
|
|
The effect of spark plasma sintering on the porosity and mechanical properties of Ti-15Mo alloy
Terynková, A. ; Kozlík, J. ; Bartha, K. ; Chráska, Tomáš ; Dlabáček, Zdeněk ; Stráský, J.
Metastable β-titanium alloys are receiving much interest for various applications such as aircraft industry and medicine thanks to their excellent mechanical properties and biocompatibility. The common way of preparing the titanium alloys is hindered by its production costs. Powder metallurgy (PM) approach is a promising route for cost-effective fabrication of titanium alloys due to possibility of near net shaping. In this study, binary biomedical Ti-15Mo alloy was prepared by PM. Gas atomized powder was sintered by spark plasma sintering (SPS) above the β-transus temperature of the studied alloy. The compaction of the powders was accomplished by short-time sintering. The effect of the time of sintering on the porosity and the microhardness in centre part as well as in periphery part of the sample was investigated. The samples revealed significant inhomogeneity the porosity increases with the distance from the centre of the specimen. With increasing sintering times the porosity decreases and simultaneously the microhardness increases.
|
|
|
Microstructure of commercially pure titanium after cryogenic milling and spark Plasma sintering
Kozlík, J. ; Harcuba, P. ; Stráský, J. ; Chráska, Tomáš ; Janeček, M.
Commercially pure titanium was prepared by advanced powder metallurgy methods with the aim to produce the ultra-fine grained material. Cryogenic attritor milling was used as a first step to refine the microstructure at liquid argon temperatures to suppress recovery and dynamic recrystallization. Spark plasma sintering was subsequently employed to produce bulk material, exploiting its ability to achieve fully dense structure in short time and thus to reduce the grain growth. In order to understand the undergoing microstructural changes during the process, detailed investigation was performed after each preparation step. Powder morphology was changed significantly after milling, while particle fragmentation was only limited. Grain size after sintering was in micrometer scale, relatively independent of sintering conditions.
|
|
|
Advanced aluminium alloys prepared by powder metallurgy and spark plasma sintering
Molnárová, Orsolya ; Málek, Přemysl (vedoucí práce) ; Haušild, Petr (oponent) ; Vojtěch, Dalibor (oponent)
Mechanické vlastnosti hliníkových slitin velice závisí na jejich fázovém složení a mikrostruktuře. Vysoká pevnost může být dosažena mimo jiné zavedením vysoké objemové frakce jemných, homogenně rozptýlených částic druhé fáze a zjemněním velikosti zrna. Prášková metalurgie umožňuje přípravu materiálů s jemnými zrny a se zvýšenou rozpustností legujících prvků v pevném stavu, což je příznivým prekurzorem pro další zvýšení pevnosti pomocí částic druhé fáze. Plynová atomizace byla použita pro přípravu prášků komerční slitiny Al7075 a její modifikace obsahující 1 wt% Zr. Část atomizovaných prášků byla mechanicky mletá za různých podmínek. Mechanické mletí snížilo velikost zrna až do rozmezí nanometrů a příslušná mikrotvrdost překročila hodnotu 300 HV. Prášky byly konsolidovány metodou plazmového sintrování na kompakty téměř plné hustoty. Díky krátké době a relativně nízké teplotě sintrování může být příznivá mikrostruktura prášků zachována v kompaktu. Velikost zrna kompaktů připravených z mletého prášku byla zachována v submikrokrystalickém rozmezí a mikrotvrdost blízká 200 HV překročila hodnotu charakteristické pro tepelně zpracovaný protějšek připravený ingotovou metalurgií. Připravené kompakty si po své expozici teplotě 425 řC zachovaly svou jemnozrnnou strukturu a vysokou mikrotvrdost.
|
|
|
Microstructure and Texture of Titanium Prepared by Powder Metallurgy
Kozlík, Jiří ; Stráský, Josef (vedoucí práce) ; Chráska, Tomáš (oponent)
Komerčně čistý titan byl připraven jako objemový materiál pomocí práškové metalurgie, konkrétně pomocí kryogenního mletí a sintrování elektrickým prou- dem, s cílem připravit ultrajemnozrnný materiál se zvýšenou pevností. Mikro- struktura prášků po mletí byla detailně zkoumána pomocí transmisního EBSD - nové metody, která umožnila první přímé pozorování textury uvnitř částic. Tato textura je podobná textuře po válcování díky podobnosti deformačních mecha- nismů. V prášku byla pozorována zrna s velikostí pod 100 nm. Vliv parametrů sintrování na vlastnosti materiálu byl studován pomocí skeno- vací elektronové mikroskopie včetně EBSD, rentgenové difrakce a pomocí měření mikrotvrdosti. Byl odhalen kompromisní vztah mezi porozitou a velikostí zrna - zcela neporézní materiál s ultrajemnozrnnou strukturou není možné připravit. Zvýšený obsah kyslíku je hlavním faktorem přispívajícím ke zpevnění materiálu, zatímco porozita má značně nepříznivý vliv na mechanické vlastnosti. Textura prášku byla za- chována i v sintrovaném materiálu. Možnost stabilizace ultrajemnozrnné struktury mechanickým legováním Ti s oxi- dem ytritým byla studována se smíšenými výsledky. Stabilizace byla úspěšná,...
|
|
|
Modifikace kvazikrystalických kompaktů SPS pomocí technologie elektronového paprsku
Poczklán, Ladislav ; Lukáč,, František (oponent) ; Čížek, Jan (vedoucí práce)
Kvazikrystaly se vyznačují četnostmi rotační symetrie, které se u krystalických látek nevyskytují, v důsledku čehož mají řadu velmi zajímavých materiálových vlastností. V rešeršní části této práce proto byla kvazikrystalickým strukturám věnována zvláštní pozornost. Rešerše dále obsahuje popis technologie elektronového svazku, metody spark plasma sintering a úvod do problematiky opotřebení, Jako výchozí materiál pro experimentální část byl zvolen prášek Titanium Grade 2 a prášek Cristome A5, jenž byl z části tvořen kvazikrystalickou fází. První série vzorků byla slinuta pouze z prášku Cristome A5. Druhá série byla slinuta z práškové směsi, kterou z 80 % tvořil prášek Titanium Grade 2 a z 20 % prášek Cristome A5. Pro kompaktaci vzorků byla zvolena technologie spark plasma sintering. Vzorky byly následně systematicky modifikovány elektronovým svazkem a podrobeny testům pin on disc. Nejlepší odolnost vůči opotřebení byla pozorována u vzorků, jenž byly modifikovány při teplotě 750 °C. U vzorků modifikovaných při teplotě 1150 °C byl detekován zvýšený obsah kvazikrystalické fáze.
|
|
|
Slitiny s vysokou entropií připravené SPS kompaktací vysokoenergeticky mletých práškových prekurzorů
Gubán, Ivan ; Hadraba, Hynek (oponent) ; Čížek, Jan (vedoucí práce)
Predmetom tejto práce bola príprava vysokoentropických zmesí CoCrFeMnNiNx metódou mechanického legovania a ich následnej kompaktácie technológiou spark plasma sintering (SPS). Na základe spôsobu prípravy sú v práci rozlíšené tri série vzoriek. Vzorky mleté v argóne (slúžia ako etalón), vzorky mleté v dusíkovej atmosfére (sledovala sa schopnosť prášku absorbovať dusík z mlecej atmosféry), vzorky mikrolegované nitridmi FeN, CrN (skúmal sa ich potenciál disociácie a následnej difúzie do tuhého roztoku). Prášky aj hotové kompakty boli pozorované elektrónovým mikroskopom a analyzované rentgenovou difrakciou (XRD) a energiovo disperznou spektroskopiou (EDS). Na presné stanovenie obsahu dusíka bola na práškoch vykonaná analýza metódou redukčného tavenia v inertnom plyne, ich rozmerová distribúcia bola stanovená laserovou difrakčnou metódou. Na kompaktoch sa zisťovala mikrotvrdosť, za účelom stanovenia vplyvu prítomnosti dusíka na tvrdosť jednotlivých materiálov. Po procese mechanického legovania v dusíkovej atmosfére bola maximálna koncentrácia dusíka v štruktúre 0,208% po 24 hodinách mletia (obsah dusíka rástol lineárne s dobou mletia), na základe čoho možno prehlásiť, že metóda mletia v dusíkovej atmosfére bola úspešná. XRD namletých zmesí odhalilo existenciu jediného FCC tuhého roztoku, pričom vzorky mleté v dusíku vykazovali trend nárastu mriežkového parametra s rastúcim obsahom dusíka. V mikrolegovaných vzorkách precipitovali nitridy chrómu na hraniciach zŕn FCC tuhého roztoku. Všetky vzorky boli kontaminované zmesou oxidických vmestkov a sulfidov mangánu, ktorý bol prítomný v pôvodnom mangánovom prášku. Najvyššiu hodnotu tvrdosti vykázala duplexná vzorka. Na vzorkách mletých v dusíku bol zaznamenaný nárast tvrdosti (až 334 HV 0,3) oproti etalónovej vzorke mletej v argóne (262,9 HV 0,3), čo odzrkadľuje pozitívny vplyv dusíku rozpustenom v tuhom roztoku na pevnostné charakteristiky tejto vysokoentropickej zliatiny.
|
|
|
Materiály pro fúzní aplikace a jejich interakce s tokamakovým plazmatem
Klevarová, Veronika ; Janeček, Miloš (vedoucí práce) ; Šíma, Vladimír (oponent)
Název práce: Materiály pro fúzní aplikace a jejich interakce s tokamakovým plazmatem Autor: Veronika Klevarová Katedra: Katedra fyziky materiálů Vedoucí diplomové práce: doc. RNDr. Miloš Janeček, CSc., Katedra fyziky materiálů Abstrakt: Wolfram představuje perspektivní materiál pro aplikace v první stěně fúzních zařízení. V rámci první části této práce byla metodou spark plasma sintering připravena sada wolframových vzorků s proměnlivou velikostí zrna. Vzorky byly vystaveny simultánnímu ozáření deuteriovým plazmatem a vysoko-energetickými tepelnými toky. Tyto podmínky simulují běžný provoz tokamaku. V důsledku ozáření byly povrchy vzorků zdrsněny, původně připravená zrna byla zotavena a v některých případech byl povrch vzorků popraskán. Dále pak analýza poškozených vzorků poukázala na aktivaci skluzových systémů v rámci ozářených povrchů. Limitní velikost zrna pro aktivaci skluzu byla stanovena, při daných ozařovacích podmínkách, na 5.5 - 6.6 μm. Nicméně spíše než velikost zrn, se ukázaly důležité výrobní parametry vzorků v kontextu interpretace poškození povrchů. Synergistické efekty simultánní expozice se projevily ve snížené tepelné vodivosti od povrchu vzorků směrem k jejich středu. V rámci úvodu druhé části této práce byly popsány experimenty zaměřené na studium interakce plazmatu s materiály v...
|
|
|
Vliv rychlosti ohřevu na dvojstupňové slinování pokročilých keramických materiálů
Klevetová, Tereza ; Maca, Karel (oponent) ; Pouchlý, Václav (vedoucí práce)
Poslední dobou vzrůstá zájem o nové technologie a postupy týkající se zlepšení mikrostruktury pokročilých keramických materiálů. Jednou z nejvíce používaných metod je dvoustupňové slinování (Two step sintering, TSS), dále pak metoda rychlého ohřevu (Rapid rate sintering, RRS) a metoda Spark plasma sintering (SPS). V rámci této bakalářské práce byla provedena řada experimentů pro výzkum vývoje mikrostruktury propojením metody dvoustupňového slinování s metodami Rapid rate sintering a beztlaké Spark plasma sintering. Cílem práce bylo zjištění vlivu rychlosti ohřevu na velikost výsledné relativní hustoty a průměrné velikosti zrna, a to pro keramické materiály na bázi ZrO2. Výsledky práce ukazují, že u materiálu ZrO2 dopovaného 3 mol.% Y2O3 (TZ-3Y) byl zjištěn výskyt „core-shell“ struktury, což má za následek vznik nehomogenní mikrostruktury s plně zhutněným povrchem a pórovitým středem. V případě ZrO2 dopovaného 8 mol.% Y2O3 (TZ-8Y) byla tato struktura zjištěna jen v určitých případech, a to při vyšších rychlostech ohřevu, a současně bylo zjištěno, že konečná relativní hustota klesala s rostoucí rychlostí ohřevu. Při využití kubického ZrO2 s větší velikostí zrn (TZ-8YSB) se „core-shell“ struktura nevyskytovala, nicméně vždy bylo dosaženo nižší relativní hustoty cca 98 % t.d. bez ohledu na aplikovaný teplotní profil. Nejlepších výsledků bylo dosaženo u materiálu TZ-8Y při využití dvoustupňového slinování i metody rychlého ohřevu, kdy bylo dosaženo menší velikosti zrna než při slinování konvenčními metodami provedeném jinými autory. Rozdíl ve velikosti zrna byl však pouze v rámci směrodatné odchylky. V rámci práce tedy nebyl prokázán pozitivní vliv slinování metodou rychlého ohřevu na výslednou velikost zrn.
|
|
|
Pokročilé vrstevnaté keramické materiály s heterogenní mikrostrukturou pro balistické aplikace
Mařák, Vojtěch ; Kachlík, Martin (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá technologií přípravy vrstevnatých keramických materiálů (laminátů) s heterogenní mikrostrukturou obsahující Al2O3 jako matrici s přídavkem SiC. Pro přípravu těchto materiálů bylo zvoleno suché a mokré tvarování keramického prášku se slinováním v SPS (Spark Plasma Sintering). Vzhledem k cílům bakalářské práce se suchá cesta ukázala jako méně vhodná z důvodů obtížné přípravě laminární struktury a výrazného opotřebení grafitových forem použitých v SPS technologii. Nicméně získané informace o mechanických a fyzikálních vlastnostech vedly k návrhu složení keramické suspenze používané v metodě slip-casting při tvarování mokrou cestou. Jako optimální bylo zvoleno 5 obj. % SiC v Al2O3. Touto cestou byly připraveny keramické lamináty s ostrým rozhraním vrstev a opotřebení grafitových forem bylo minimalizováno. Připravené keramické vzorky dosáhli relativní hustoty až 99 % a tvrdosti až 20,7 GPa. Ze získaných poznatků vyplynula nutnost optimalizace technologie přípravy suspenzí pro vytvoření keramického materiálu vhodného pro balistické aplikace.
|
host ::
RSS.