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.