Vývoj metodiky chemického leptání a fázová analýza metalokeramických kompozitů Ti6Al4V/SiC určených pro moderní balistickou ochranu

Téma dosud nemá řešitele. Máš-li o něj zájem, zaregistruj se a přihlaš se k tématu.
Instituce
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta/ústav
Fakulta strojního inženýrství
Další údaje o pracovišti
Ústav materiálových věd a inženýrství
Lektoři
Lukáš Řehořek

Moderní bezpečnostní a armádní složky vyžadují lehkou, ale vysoce účinnou balistickou ochranu. Ústav materiálových věd a inženýrství (ÚMVI FSI VUT) vyvíjí novou generaci pancířů pomocí inovativní technologie Cold Spray. Tyto kompozitní povlaky kombinují lehkou a pevnou titanovou matrici (Ti6Al4V) s extrémně tvrdými keramickými částicemi karbidu křemíku (SiC), které mají za úkol efektivně tříštit dopadající projektily. Pro maximalizaci balistické odolnosti je materiál následně vysokoteplotně zpracován (>1000 °C), čímž dochází k masivní difuzi a vzniku zcela nových fázových struktur (např. Ti5S3 a TiC). Vizualizace těchto fází je však kvůli vysoké chemické odolnosti titanu a přítomnosti niklové mezivrstvy značně obtížná. Předkládaná práce se zaměřuje na vyřešení tohoto kritického bodu výzkumu: experimentální optimalizaci selektivního chemického leptání a následnou identifikaci nově vzniklých fází pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM). Výstupem je optimalizovaný metalografický protokol, který umožní hlubší pochopení vztahu mezi strukturou a balistickou odolností těchto pokročilých materiálů.

1. Teoretická část (Demonstrace širšího přehledu):

  • Materiály pro balistickou ochranu: Principy pohlcování kinetické energie projektilu, role tvrdé keramiky (SiC) při tříštění střely a role houževnatého kovu (Ti) při absorpci zbytkové energie .

  • Technologie Cold Spray: Výhody kinetické depozice prášků v pevném stavu oproti tradičnímu tavení.

  • Fyzikální chemie titanu a jeho slitin: Termodynamika a fázové přeměny za vysokých teplot.

  • Chemie leptání: Principy interakce leptadel (např. Krollovo a Kallingsovo leptadlo) s multimetalickými a keramickými systémy.

2. Experimentální část – Mokrá chemie (Práce SPŠCH a ÚMVI FSI VUT):

  • Návrh a příprava experimentální matice leptadel (různé koncentrace HNO3, HF, expoziční časy, sekvenční leptání).

  • Vlastní přínos: Zhodnocení interakce agresivních kyselin s keramickými částicemi SiC a nalezení kompromisu mezi jasným zviditelněním titanové struktury a prevencí vypadávání keramických částic z matrice.

3. Experimentální část – Materiálové inženýrství (ÚMVI FSI VUT):

  • Realizace vysokoteplotní expozice kompozitu v ochranné atmosféře.

  • Pozorování naleptaných struktur pomocí elektronové mikroskopie (SEM).

  • Prvková (EDS) a fázová (XRD) identifikace termicky indukovaných struktur. Potvrzení vzniku tvrdých karbidů a silicidů titanu, které mohou hrát klíčovou roli v celkové tvrdosti pancíře.

4. Diskuze a Závěr:

  • Prezentace a vizuální porovnání (fotografie z mikroskopu) úspěšnosti vyvinuté chemické metodiky.

  • Diskuze nad tím, jak nově objevené fáze (vzniklé díky žíhání) teoreticky ovlivní mechanické a balistické vlastnosti testovaného pancíře (např. zvýšení tvrdosti na úkor křehkosti).

  • Předání metodického protokolu pro další výzkum balistických povlaků na ÚMVI.