Temat projektu: Podstawy transformacji metastabilnej fazy omega spowodowanych intensywnym odkształceniem plastycznym w stopach tytanu

Konkurs: OPUS 14

Projekt badawczy nr 2017/27/B/ST8/01092

Kierownik projektu: dr hab. inż. Anna Korneva-Surmacz

Stopy Ti wykazują niską gęstość, doskonałą odporność na korozję oraz bardzo dużą wytrzymałość i udarność w szerokim zakresie temperatur. Wysoki stosunek wytrzymałości do ciężaru stopów tytanu umożliwia im zastąpienie stali w wielu zastosowaniach wymagających dużej wytrzymałości i udarności. Stopy te odgrywają ważną rolę jako materiały dla przemysłu lotniczego i kosmicznego, urządzeń medycznych, implantów, samochodów sportowych itp.

Odpowiednią strukturę i właściwości stopów tytanu można uzyskać dzięki zastosowaniu kombinacji obróbki termicznej i mechanicznej.

Intensywne odkształcenie plastyczne (SPD) jest nowym rodzajem obróbki termomechanicznej, które pozwala na zastosowanie bardzo wysokiego obciążenia materiału bez jego uszkodzenia, co nie jest możliwe w przypadku tradycyjnych metod. Ostatnio wykazano, że intensywne odkształcenie plastyczne prowadzi nie tylko do mocnego rozdrobnienia mikrostruktury i do umocnienia materiału, ale również może prowadzić do nietypowych przemian fazowych. Innymi słowy, fazy w materiale przed i po SPD mogą być różne. Jednak, przemiany fazowe wywołane SPD różnią się od przemian utworzonych podczas tradycyjnych metod obróbki termicznej lub mechanicznej. Przewidzieć i umieć wyjaśnić takie przemiany fazowe stanowi wyzwanie dla naukowców. Można również wykorzystywać przemiany fazowe wywołane SPD w celu poprawienia właściwości stopów na bazie tytanu. Zastosowanie kombinacji obróbki termiczne i mechaniczne stopów na bazie tytanu jest szczególnie skuteczne, ponieważ tytan ma różne modyfikacje alotropowe w niskich (faza α) i wysokich (faza β) temperaturach. Ponadto, tytan posiada również wysokociśnieniową fazę ω. W projekcie będzie zbadany wpływ SPD metodą skręcania pod wysokim ciśnieniem (HPT) na przemiany fazowe w stopach na bazie tytanu. Przypuszczamy, że SPD może promować lub hamować tworzenie się nie tylko faz wysokotemperaturowych, a także faz wysokociśnieniowych. W projekcie zostaną zbadane podstawy tworzenia fazy ω podczas procesu SPD w trzech stopach Ti z różnymi stabilizatorami fazy β (Nb, Ni, Co). Ponadto, zostanie zanalizowano wpływ warunków przygotowania próbek (stopowanie, mikrostruktura, skład fazowy) oraz warunków SPD (ciśnienie, temperatura, stopień i szybkość odkształcania) na transformację fazową α→ω. Badania te pozwolą na modyfikację i polepszenie własności stopów tytanu, które mają szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu.

Temat projektu: New generation material for application in bioabsorbable orthopedic implants

Konkurs: SMALL GRANT SCHEME Call

Projekt badawczy nr NOR/SGS/BioAbsMat/0096/2020

Kierownik projektu: dr hab. Magdalena Bieda-Niemiec

Postęp w dziedzinie metali bioabsorbowalnych ma ogromne znaczenie, ponieważ można z nich wytworzyć implanty tymczasowe, zastępujące stałe, a tym samym ograniczać szkodliwe skutki uboczne związane z ich długotrwałą obecnością w organizmie pacjenta. Rośnie zainteresowanie metalami bioabsorbowalnymi do zastosowań biomedycznych. Wraz z przyspieszeniem starzenia się społeczeństwa, zdrowie ludzkie i jakość życia należą do najważniejszych kwestii. Zastąpienie tkanki ludzkiej implantami jest jednym z warunków podtrzymania długiej i dobrej kondycji fizycznej tak skomplikowanej maszyny jak człowiek. Przewiduje się potencjalny wzrost rynku ortopedycznego na świecie w następnych latach głównie z powodu kontuzji sportowych i wypadków samochodowych. Konieczne jest znalezienie alternatywy dla stałych implantów kostnych, co zapobiegnie wtórnym operacjom i powikłaniom związanym z obecnością metalowych części wewnątrz ludzkiego ciała. Dlatego w ramach tego projektu planuje się wytworzenie stopów ZnMg0,5 z dodatkiem niewielkiej ilości Ca i Sr oraz ich wyciskanie hydrostatyczne. Zaproponowane w projekcie nowatorskie podejście obejmuje wytworzenie czteroskładnikowych stopów cynku o zadowalających właściwościach mechanicznych uzyskanych przez połączenie stopowania i odkształcenia plastycznego, z ich korzystnym wpływem na właściwości korozyjne i biologiczne. Zaprojektowany zostanie prototyp śruby ortopedycznej, który zostanie poddany badaniom mechanicznym, mikrostrukturalnym i korozyjnym. Seria unikalnych w skali światowej prototypowych elementów w postaci śrub kostnych wykonanych z bioabsorbowalnego stopu cynku o wysokich właściwościach mechanicznych, zostanie zaprojektowana i wytworzona w ramach projektu. Prowadzone badania wyznaczą pionierski kierunek w rozwoju nowej generacji materiałów do zastosowań na implanty ortopedyczne.

Temat projektu: Wpływ dodatków stopowych na procesy rekrystalizacji dynamicznej i statycznej w bioabsorbowalnych stopach cynku - badania in situ

Konkurs: Preludium Bis 2

Projekt badawczy nr UMO-2020/39/O/ST5/02692

Kierownik projektu: dr hab. Magdalena Bieda-Niemiec

Celem projektu jest poznanie i porównanie mechanizmów rekrystalizacji w czystym cynku, cynku z dodatkiem magnezu i miedzi odkształconym przy użyciu wyciskania hydrostatycznego. Zostanie zweryfikowany wpływ cząstek drugiej fazy na procesy dynamicznej i statycznej rekrystalizacji. Do badań zostaną wykorzystane najnowocześniejsze techniki mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej. 

Temat projektu: Indukowane mechanicznie przemiany fazowe w stopach o wysokiej entropii konfiguracyjnej

Konkurs: OPUS 19

Projekt badawczy nr 2020/37/B/ST5/03267

Kierownik projektu: dr hab. inż. Robert Chulist

Głównym celem projektu jest otrzymanie materiału dwufazowego z wykorzystaniem mechanicznie (naprężeniowo oraz odkształceniowo) indukowanych przemian fazowych w stopach o wysokiej entropii konfiguracyjnej. Projektowanie materiału o bardzo wysokich własnościach mechanicznych będzie polegać na stabilizacji faz metastabilnych. Takie podejście, w zależności od badanego układu, pozwoli na uzyskanie unikalnych własności w niskich i podwyższonych temperaturach..