Projektszervezet

Szakmai alprogramok

1. Nanoszerkezetű anyagok termodinamikai vizsgálata

A nanoszerkezetű anyagok termodinamikai modellezése során olyan általánosan érvényes elméletet, módszert és algoritmust szükséges kidolgozni, amivel előrelátható a nanoszerkezetű anyagok egyensúlyi állapota. Ez utóbbit nemcsak a hagyományos mikroszerkezetű anyagokra használt jellemzők írják le, hanem a fázisok mérete, alakja és egymáshoz viszonyított elhelyezkedése is. A nano-termodinamikának ezen kiegészítő egyensúlyi jellemzők meghatározását is ki kell tudni számolnia, és ezen az alapon képesnek kell lennie olyan számítógépes optimalizációra, ami jelentősen lerövidíti az empirikus fejlesztések idő- és energiaigényét. A mikroszerkezetű anyagok egyensúlyának számítását Calphad (Calphad = Calculation of Phase Diagrams = Fázisdiagramok számítása) módszernek nevezzük. A nanoszerkezetű anyagokra a Calphad módszert (a szoftverekkel és adatbankokkal együtt) ki kell terjeszteni, logikusan „nano-Calphad” néven. Ilyen nemzetközileg elfogadott módszer jelenleg nem létezik. Jelen pályázat egyik célja a Gibbs-féle termodinamikával kompatibilis nano-Calphad módszer, algoritmus és szoftver kidolgozása, illetve egy adatbank létrehozása. A módszertan a kémiai termodinamika és a létező nano-tudományok ötvözése a számítástechnikával. A termodinamikai modellezés eredményeit kísérleti eredmények felhasználásával szükséges validálnunk. Ehhez a modellezés során alapul vett nanoszerkezetű anyagokat, nanoszerkezetű bevonatokat fogunk létrehozni kettős céllal: a nano-Calphad számítási módszerének validálására, illetve alacsony olvadáspontú, de jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkező keményforraszanyagok kifejlesztésére.

2. Nano-multirétegek fejlesztése

A nagy hőmérsékletű forrasztás tönkre teheti a forrasztás környezetében lévő szerkezet előnyös tulajdonságait, szerkezetét, különös tekintettel az ultrafinom, nano, vagy amorf szerkezetekre. A csökkentett olvadásponttal rendelkező
keményforrasz-anyagokat nano-multiréteg szerkezettel tervezzük létrehozni. Ezek A/B/A/B típusú anyagok, melyekben kétféle nanoréteg (A és B típus) váltogatja egymást periodikusan (egy réteg vastagsága nagyságrendileg 10 nm). A koncepció szerint az „A” nanoréteg megolvadását követően, az olvadékot a „B” anyag nem nedvesített falai kiszorítják a határfelületi erőknek köszönhetően, ami a nemfémes réteg nano-pórusai között könnyen kijut a felületre, ahol csökkentett olvadáspontú keményforraszanyagként szolgál. A csökkentett olvadáspontú, nano-multiréteg szerkezetű forraszanyag azért előnyös, mert forrasztáskor alacsony hőmérsékleten olvad meg, így kevésbé degradálja az alapanyag eredeti szerkezetét; azonban megszilárdulás után már makroszkopikus tulajdonságokkal rendelkezik. A termodinamikai modellezést és annak validálását követően az általunk fejlesztett alacsony olvadáspontú keményforraszanyagokat amorf kompozitok, illetve nanoszerkezetű acélok forrasztására kívánjuk használni.

3. Nanokompozitok előállítása és keményforrasztása

Az amorf kompozitok előállítását a korábban létrehozott amorf/nano szerkezetű ötvözetek porkohászati úton történő felhasználásával tervezzük megvalósítani. Az igen nagy szilárdsággal rendelkező nanoszerkezetű ötvözetek (nyomószilárdságuk nagyobb, mint 2000 MPa) nem képlékenyek, általában ridegek, így célunk egy olyan kompozit létrehozása, melyben a szívósság kiemelkedően magas szilárdsággal és keménységgel párosul. A létrehozandó kompozitok erősítő fázisát a nanoszerkezetű por adja. A sikeres kompozit előállításhoz olyan mátrix alapanyagot kell kiválasztanunk, melynek alacsony az olvadáspontja és nedvesíti az erősítő szemcséket. A kompozitok szerkezete és mechanikai tulajdonságai közötti kapcsolat feltárása lehet az alapja ígéretes, kiemelkedő tulajdonságú kompozitok előállításának, így a két kutatási terület összekapcsolása új lehetőségeket nyújt. Ennek megfelelően a csökkentett olvadáspontú forraszanyagok forrasztási tulajdonságainak vizsgálataihoz amorf/ nanokristályos kompozitokat kívánunk előállítani valamint forrasztási kísérleteket fogunk elvégezni, melyek előzményét a csoport két és fél éven át tartó ólommentes forraszanyagok fejlesztési tevékenysége adja.

4. Nanoszerkezetű acélok keményforrasztásának anyagtudományi kérdései

megfelelően a tervezett kutatómunka során kifejlesztett forraszanyagok alkalmazhatóságát multifázisú ultrafinom (nanoszemcsés) szerkezetű TRIP/TWIP acélokon fogjuk tesztelni. A cél az, hogy az acélra jellemző rendkívüli szilárdság- szívósság párosítást megőrizzük. Mivel az acélcsalád különösen érzékeny a hőeffektusokra, ezért rendkívül fontos, hogy olyan kötéstechnológiát alkalmazzunk, mely az alapszövet tulajdonságait nem degradálja. Fémfizikai szempontból érdekes kérdéskört érintve vizsgálni kívánjuk a kristálytanilag irányított, vagy különböző szemcseszerkezetű, vagy különböző fázisösszetételű hordozófelületen létrejött kötés kialakulását, minőségét. A keményforrasztott kötést és a kötés hatására kialakuló alapanyag szerkezeti változásait összevetjük egy másik kötéstechnológia, a hegesztés hatására végbemenő változásokkal és az így létrehozott kötés minőségével.

5. Szerkezetvizsgálat

A változások leírására finomszerkezetvizsgáló módszereket és országosan egyedülálló orientációs és maradó feszültségvizsgálatot is alkalmazni fogunk.