Temat projektu: Kształtowanie obróbką laserową natryskanych zimnym gazem powłok cermetalowych zawierających smar stały

Konkurs: OPUS 13

Projekt badawczy nr 2017/25/B/ST8/02228

Kierownik projektu: Dr hab. inż. Anna Góral

Celem naukowym projektu jest określenie korelacji pomiędzy stopniem metastabilności struktury i jej rozdrobnienia w skali nano na charakterystykę zużycia powłok (Cr3C2-25(Ni20Cr))-(Ni-grafit) natryskanych zimnym gazem i poddanych laserowej obróbce powierzchniowej. Analizowane będą zjawiska występujące w warstwie wierzchniej oraz właściwości mechaniczne i tribologiczne powłok. Kolejnym istotnym problemem naukowym będzie analiza wpływu podłoża (stop Al 7075, stal nierdzewna) na adhezję powłoki do podłoża oraz kohezji pomiędzy cząsteczkami tworzącymi powłokę w warunkach dynamicznego odkształcenia plastycznego.

Przedstawiona koncepcja powłok natryskanych zimnym gazem z laserową obróbką powierzchniową stwarza nowe możliwości konstytuowania powłok (Cr3C2-25(Ni20Cr))-(Ni-grafit) posiadających zarówno właściwości smaru stałego, jak i wysoką twardość, odporność na zużycie oraz stwarzających możliwość pracy w podwyższonych temperaturach w zależności od zastosowanego podłoża. Natryskane zimnym gazem i poddane laserowej obróbce powierzchniowej powłoki na elementy ze stopu Al 7075 wpłyną na poprawę ich właściwości tribologicznych, natomiast natryskane na podłoża ze stali nierdzewnej dodatkowo umożliwią ich zastosowanie w temperaturach do 500 ℃. Celem aplikacyjnym projektu jest poprawa właściwości eksploatacyjnych par kinematycznych w zakresie obniżenia oporów tarcia oraz zwiększenia trwałości przy podwyższonych obciążeniach oraz temperaturach.

Temat projektu: Opracowanie biozgodnego materiału o wysokich właściwościach mechanicznych i optymalnym czasie degradacji przeznaczonego do zastosowania na nowoczesne bioabsorbowalne stenty kardiologiczne

Konkurs: Lider XI

Projekt badawczy LIDER/54/0229/L-11/19/NCBR/2020

Kierownik projektu: Dr. inż. Anna Jarzębska

Biodegradowalne stenty to najnowsza generacja implantów, która posiada wiele zalet w porównaniu do klasycznych, permanentnych odpowiedników. Zaprojektowanie materiału do takiego zastosowania wiąże się ze spełnieniem istotnych warunków, takich jak wysokie właściwości mechaniczne, odpowiednia szybkość degradacji czy też biozgodność.

Zaproponowany w projekcie nowy materiał na bazie cynku, ma szanse sprostać tym restrykcyjnym wymaganiom. Osiągnięcie tego celu ma być zrealizowane poprzez zastosowanie stopowania oraz złożonego procesu odkształcenia na który składać się będzie wyciskanie na gorąco oraz jedna z niekonwencjonalnych metod odkształcenia plastycznego jaką jest wyciskanie hydrostatyczne.

Otrzymane materiały zostaną poddane szczegółowej charakterystyce mikrostrukturalnej oraz badaniom właściwości mechanicznych i korozyjnych, szybkości degradacji oraz biozgodności. Analiza mikrostrukturalna przy zastosowaniu skaningowej oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej pozwoli na zrozumienie zmian zachodzących w badanym materiale oraz odniesienie ich do jego właściwości, co umożliwi pełną kontrolę nowo otrzymanych stopów.Wyniki uzyskane na podstawie statycznej próby rozciągania pozwolą na wybranie materiału o najwyższych właściwościach mechanicznych. Badania elektrochemiczne oraz przeprowadzone testy zanurzeniowe statyczne i dynamiczne przyczynią się do dokładnego poznania właściwości korozyjnych i wskazanie materiału odznaczającego się optymalną szybkością degradacji. Analiza badań biologicznych, w tym adhezji komórek oraz badań cytotoksyczności wpłynie na oszacowanie wpływu złożonego odkształcenia plastycznego na biozgodność. Ponadto, zostanie opracowany prototyp biodegradowalnych stentów z otrzymanego materiału o unikalnych właściwościach.

Zaproponowana procedura będzie stanowiła przełom w kardiologii interwencyjnej i wpłynie na poprawę komfortu życia pacjentów, pozwalając na ograniczenie ilości powikłań związanych z długoterminowym kontaktem implantu z tkanką.

Temat projektu: Charakterystyka strukturalna oraz analiza właściwości funkcjonalnych nowej grupy wieloskładnikowych stopów Heuslera na osnowie Ni-Mn-Ga

Konkurs: PRELUDIUM 16

Projekt badawczy nr UMO-2018/31/N/ST8/03488

Kierownik projektu: Dr. inż. Agnieszka Brzoza-Kos

Głównym celem naukowym projektu jest poszerzenie wiedzy z zakresu inżynierii materiałowej. Grupę badanych materiałów stanowią stopy metali na osnowie faz Heuslera Ni-Mn-Ga. Materiały te wykazują konwencjonalny jak i magnetyczny efekt pamięci kształtu, przez co zaliczane są do grupy materiałów inteligentnych. Na przestrzeni lat można zauważyć znaczący wzrost wartości odkształcenia jakie można uzyskać w materiale na skutek przyłożonego zewnętrznego pola magnetycznego. Rozwój ten został osiągnięty dzięki lepszemu poznaniu i zrozumieniu mechanizmów kierujących procesem, jednak dalej istnieją pewne problemy, które należy rozwiązać, tj. poprawa właściwości mechanicznych, zmniejszenie naprężenia bliźniakowania, jak również zwiększenie zakresu temperatur pracy tych materiałów. Właściwości funkcjonalne stopów Ni-Mn-Ga mogą być modyfikowane na drodze zmiany składu chemicznego materiału poprzez wprowadzenie dodatków.

Zadaniem projektu jest dogłębna analiza wpływu poszczególnych pierwiastków (Co, Cu, Fe) na właściwości materiału: typ struktury krystalicznej, parametry sieci komórki elementarnej, naprężenie bliźniakowania oraz temperaturę przemiany martenzytycznej. W celu zarejestrowania zmian właściwości wywołanych zmianami składu chemicznego zostaną użyte zaawansowane techniki badawcze wykorzystujące zjawiska dyfrakcji elektronowych oraz rentgenowskich. Z otrzymanych wyników zostanie wytypowany skład stopu o najbardziej obiecujących właściwościach dla wystąpienia efektu magnetycznej pamięci kształtu. Dzięki badaniom przeprowadzonym w projekcie stan wiedzy z zakresu materiałów wykazujących efekt magnetycznej pamięci kształtu zostanie wzbogacony o nową grupę stopów, co jest istotnym elementem przyszłej aplikacyjności tych materiałów.

Uzyskane wyniki prac badawczych zostaną przedstawione specjalistycznym gremiom naukowym podczas konferencji oraz sympozjów naukowych o krajowym oraz międzynarodowym zasięgu. Ponadto rezultaty otrzymane podczas realizacji zadań projektowych zostaną opublikowane w specjalistycznych czasopismach naukowych.

Temat projektu: Związki międzymetaliczne wytwarzane metodami szybkiego i kierunkowego krzepnięcia przeznaczone do zastosowań katalitycznych

Konkurs: OPUS 13

Projekt badawczy nr 2017/25/B/ST8/02804

Kierownik projektu: Prof. dr hab. Lidia Lityńska-Dobrzyńska

Głównym celem projektu jest zweryfikowanie możliwości wykorzystania metod konwencjonalnej metalurgii połączonej z techniką szybkiej krystalizacji do wytwarzania aktywnych katalitycznie materiałów w oparciu o fazy międzymetaliczne, które mogą stanowić alternatywę dla używanych obecnie katalizatorów zawierających nanocząstki metali szlachetnych. Zakłada się, że wytworzenie faz międzymetalicznych za pomocą stosunkowo łatwej i taniej techniki, w połączeniu z odpowiednią obróbką cieplną i powierzchniową pozwoli na uzyskanie dobrej jakości homogenicznego materiału wykazującego pożądane właściwości katalityczne. Doboru faz międzymetalicznych dokona się na podstawie analizy diagramów fazowych i kryterium krystalograficznego stanowiącego, że symetria danej fazy musi odpowiadać wymogom istnienia centrów aktywnych, którymi są atomy metalu przejściowego w uporządkowanej strukturze.

Planuje się przebadanie dwóch grup materiałów: z układu Ni-X (X = In, Zn, Sn, Al) o wysokim stopniu uporządkowania oraz Al-X (X = Fe, Co, V, Cu) będących aproksymantami faz kwazikrystalicznych (związki te zbudowane są z klasterów charakterystycznych dla kwazikryształów). Do otrzymywania faz międzymetalicznych zastosowana zostanie technika odlewania na wirujący walec umożliwiająca uzyskanie materiału w postaci taśm o grubości 20-80 μm o rozdrobnionej mikrostrukturze rzędu 1-2 μm oraz znaczącym rozwinięciu powierzchni czynnej w porównaniu do materiałów odlewanych metodami konwencjonalnymi. Planowane jest również wytworzenie materiału w postaci monokryształu (metoda Bridgmana), który jako układ modelowy jest niezbędny dla pogłębienia analizy wzajemnych relacji pomiędzy właściwościami powierzchni, geometrią i orientacją kryształu a preferowanymi własnościami katalitycznymi.

Dla uzyskanych materiałów planuje się wykonanie pełnej charakterystyki mikrostruktury na każdym etapie ich przygotowania. W szczególności określi się wpływ parametrów zastosowanych podczas szybkiej krystalizacji oraz krystalizacji kierunkowej (monokryształy) na strukturę i morfologię tworzących się faz i na tej podstawie dokona się wyboru optymalnych warunków obu procesów. W próbkach poddawanych obróbce cieplnej szczególną uwagę zwróci się na stopień uporządkowania struktury, który to parametr spełnia kluczową rolę w procesach chemicznych zachodzących podczas katalizy. W tym celu zostaną zastosowane metody: dyfrakcja rentgenowska oraz zaawansowane techniki skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Wybrane próbki będą następnie badane pod kątem ich właściwości katalitycznych.

Z uwagi na charakter projektu zakładający kompleksowe podejście do problematyki otrzymywania aktywnych materiałów katalitycznych na bazie faz międzymetalicznych, w tym optymalizację procesu ich wytwarzania oraz obróbkę powierzchniową (trawienie) i cieplną, można spodziewać się, że projekt wniesie wiele nowych i cennych informacji o charakterze podstawowym dotyczącym struktury i fizykochemii faz międzymetalicznych. Warto podkreślić, że zastosowanie faz międzymetalicznych w katalizie heterogenicznej jest stosunkowo nową, dynamicznie rozwijającym się dziedziną nauki, mającą olbrzymie znaczenie dla opracowania wydajnych i konkurencyjnych katalizatorów w przyszłości.