Prejsť na obsah
Výskum

Názov laboratória: Centrum excelentnosti pre diagnostiku materiálov - APRODIMET
Fakulta: Materiálovotechnologická fakulta STU so sídlom v Trnave
Ústav: Ústav materiálov
Kontaktná osoba: prof. Ing. Ľubomír Čaplovič, PhD.
Kontakt: +421918646043
e-mail: lubomir.caplovic@stuba.sk

 

Charakteristika laboratória:

Centrum je zamerané na analytické metódy využívajúce najnovšie poznatky z interakcie elektrónového a laserového zväzku s hmotou a špičkových detekčných systémov s vysokou citlivosťou, moderných mechanických postupov a sledovania elektrických a neelektrických veličín. Metódy sú zamerané na hodnotenie špecifických vlastností prevažne progresívnych kovových a nekovových materiálov. Centrum prispieva ku skvalitneniu výskumnej infraštruktúry nielen v trnavskom regióne, skvalitneniu vzdelávacieho procesu a popularizácii vedy a techniky medzi laickou verejnosťou. Tvoria ho nasledovné laboratóriá:

Laboratórium tepelných tokov je vedecko-výskumné laboratórium pre skúmanie materiálov z hľadiska ich tepelnej stability, dlhodobej tepelnej odolnosti, bezpečnosti materiálov pri vysokotepelnom namáhaní v riadenej atmosfére kyslíka, výskumu bezpečnostných parametrov nanomateriálov, kompozitov, polymérov, povrchových náterov a pod. Laboratórium je vybavené modernými, medzinárodne uznávanými zariadeniami umožňujúcimi simulovať tak technologické procesy pri výrobe, používaní a likvidácie materiálov, ako aj ich tepelné namáhanie pri vysokých tepelných tokov (až do 100 kW.m-2), úbytok hmotnosti v riadenej oxidačnej atmosfére pri dlhodobom tepelnom namáhaní, tvorbu korozívnych produktov. Sú to unikátne prístroje a zariadenia, ktoré v súčasnosti nie sú v SR k dispozícii a prispievajú k rozvoju vedeckých základov bezpečnostného výskumu materiálov a technológií. Ide o nasledovné zariadenia:

  • Kónický kalorimeter pre tepelný tok 0 – 100 kW.m-2;
  • Termokamera FLUKE Ti55 pre rozsah 20 až 600 °C;
  • Bezpečnostný tepelný kalorimetrický analyzátor FLEXY TSC A1717;
  • Výbuchová komora KV-150 M2

 

Laboratórium termofyzikálnych meraní a výpočtov je neoddeliteľnou súčasťou vedeckého prístupu k návrhu, analýze a optimalizácii technologických procesov výroby a spracovania progresívnych materiálov využívaním techník fyzikálneho a počítačového modelovania a numerickej simulácie správania sa materiálov doplnenej o experimentálne stanovené termofyzikálne vlastnosti. Na rozdiel od reálnych experimentov umožňuje počítačová simulácia detailnejšie skúmať daný jav a sledovať podstatne vyšší počet fyzikálnych veličín vo vzájomných súvislostiach. Na základe kvalitatívneho a kvantitatívneho vyhodnotenia výsledkov je možné predikovať správanie sa materiálov pri rôznych zaťaženiach a okrajových podmienkach, simulujúcich výrobný proces, určiť determinujúce faktory, ovplyvňujúce skúmaný proces a identifikovať príčiny nežiadúcich javov. Meranie teplotne stimulovaných depolarizačných prúdov od teplôt - 160 °C pri nabíjacom napätí do 250 V a tiež meranie nízkych elektrických vodivostí v jednosmernom elektrickom poli numožňuje aparatúra pre meranie elektrických vlastností. Maximálna teplota merania so zaručenou citlivosťou merania veľkosti elektrického prúdu 10-16 A dosahuje pri použitej meracej bunke 400°C. Tento systém predstavuje dva štandardy pre charakterizáciu polarizačných javov najmä v polymérnych štruktúrach a sklách a tiež transportných javov pri keramikách , sklách, polovodičoch a materiálov na báze polymérnych látok. Pre modulárnu a impedančnú spektroskopiu materiálov a rozhraní slúži spektrálny analyzátor s príslušenstvom. Je schopný merať široké spektrum elektrických a dielektrických parametrov vzorky (konduktivity, rezistivity, impedancie, komplexnej permitivity) pri rôznych frekvenciách elektrického prúdu.

Laboratórium je vybavené nasledovnými experimentálnymi zariadeniami a príslušným simulačným SW:

  • Simultánny termoanalyzátor s hmotnostným spektrometrom pre teploty 20 až 2000 °C,  NETZSCH STA 409  CD/7/403/5/G,
  • Vysokoteplotný dilatometer pracujúci v rozsahu -160 až 2000 °C, NETZSCH DIL 402 C/7/G+C75
  • Laserový flashový analyzátor pre určenie teplotnej difuzivity v intervale teplôt 20 až 2000 °C, NETZSCH LFA 427/7/G
  • Aparatúra na meranie elektrických vlastností so zameraním sa na lineárne ohrevy a teplotné výdrže TSDC Systém CONCEPT 90 s rozšírením o Quatro Cryosystém
  • Spektrálny analyzátor s príslušenstvom
  • Software pre simulačné analýzy deformačných procesov v materiáloch DEFORM
  • Software pre modelovanie a simuláciu tepelných a napäťovo-deformačných stavov materiálov v procesoch tepelného spracovania a zvárania SYSWELD
  • Software pre výpočet materiálových vlastností multikomponentných zliatin s termodynamickými databázami JMatPro
  • Databázy termodymanických dát - minerály a karbidy, roztoky a čisté látky, ocele/liatiny Fe, zliatiny Al a ľahké zliatiny, keramické systémy

 

Laboratórium koróznych skúšok je vybavené nadštandardnou laboratórnou technikou pre zisťovanie úrovne koróznych procesov u kovov a ich degradácie. Je zamerané najmä na vedeckovýskumné činnosti v oblastiach ochrany kovových materiálov voči korózii a povrchových úprav kovov. Prístrojové vybavenie umožňuje navrhnúť riešenia pre zlepšenie stavu technických zariadení, renovačné postupy, projekty protikoróznej ochrany súčiastok i celých konštrukčných celkov. Moderné unikátne zariadenia umožňujú meranie elektrochemických charakteristík, ktorými sa zisťuje okamžitá rýchlosť korózie kovov, náchylnosť na atmosferickú, jamkovú alebo medzikryštálovú koróziu a  schopnosť pasivácie v rôznych pracovných prostrediach a mnoho ďalších koróznych vlastností materiálov umožňujúcich správny výber materiálu a pracovného prostredia z hľadiska korózie. 

  • Zariadenie na potenciostatické skúšky PGU 10V
  • Hmlová komora na testovanie odolnosti proti korózii CorrosionBox 400E
  • Zariadenie na korózne skúšky pod napätím CORTEST

Laboratórium štruktúrnych analýz je vybavené najmodernejšími mikroskopmi (elektrónové, svetelné a laserové). Rastrovací vysokorozlišovací elektrónový mikroskop s detektormi EDX, WDX a EBSD dokáže identifikovať chemické zloženie a kryštalografické charakteristiky v mikroobjemoch analyzovaných materiálov. Technika „gentle beam“ umožňuje pozorovať aj nevodivé vzorky. Mikroskop je prednostne určený na analýzu povrchových vrstiev kovových a nekovových materiálov v reálnom stave (degradácia, fraktografia), ale aj na materiálografických výbrusoch.

Laserový konfokálny mikroskop umožňuje vizualizovať do 3D zobrazenia povrchové vrstvy a kvantifikovať výškové nerovnosti s rozlíšením až 20 nm. Dva laserové zdroje umožňujú analyzovať povrch vzoriek aj vo fluorescenčnom svetle, čím je možné detekovať aj organické látky. Prístroj slúži na analýzu degradovaných povrchov v dôsledku abrazívneho, adhézneho, kavitačného, únavového a korózneho opotrebovania, ako aj na stanovenie drsnosti po aplikácii technologických operácií.

RTG difraktometer je zameraný prednostne na výskum vplyvu vonkajších parametrov a technologických postupov na kvalitatívne a kvantitatívne charakteristiky štruktúrnych zložiek s dôrazom na hodnotenie vnútorných a vonkajších deformácií kryštálovej mriežky a to tak vplyvom redistribúcie atómov, ako aj v dôsledku tepelných, tepelno-deformačných, koróznych, tribologických a fyzikálno-chemických účinkov vonkajšieho prostredia. Ide hlavne o určovanie úrovní zvyškových napätí v hĺbkovom profile tepelne spracovaných dielcov, štruktúrne spresnenia nových a modifikovaných fáz s prihliadnutím na v súčasnosti riešené projekty UMAT, stanovenie veľkosti oblastí koherentného rozptylu, textúrne analýzy deformovaných a liatych systémov. Súčasťou bude vysokoteplotná komora na in situ analýzu materiálových komplexov. Difraktometer je vybavený špičkovými detekčnými systémami, ktoré zvyšujú citlivosť, rozlišiteľnosť a rýchlosť  merania. Súčasťou sú databázy difrakčných a kryštalografických dát. Zoznam všetkých analitických prístrojov a pomocných zariadení je uvedený nižšie:

  • Vysokorozlišovací rastrovací elektrónový mikroskop JEOL 7600F s analyzátormi EDX, WDX a EBSD
  • Transmisný elektrónový mikroskop Philips CM 300 s LaB6 a digitálnou kamerou GATAN SC 200 Orius
  • Laserový konfokálny mikroskop ZEISS LSM 700
  • Multifunkčný rtg. difraktometer PanAnalytical EMPYREAN pre fázové analýzy v teplotnom intervale 20 až 1100°C
  • Guľový planétový mikromlyn FRITSCH, model PULVERISETTE 7
  • Ultrazvukový vyrezávač diskov Gatan
  • Zariadenie na prípravu vzoriek pre EBSD (Cross Section Polisher – CP) JEOL SM-09010_CP

Laboratórium povlakovania, tepelného spracovania a mechanických skúšok je koncipované tak, aby bolo možné vytvoriť vhodné experimentálne materiály so špecifickou štruktúrou povrchových vrstiev a tiež definovanou štruktúrou v jadre. Ide predovšetkým o povlaky vytvorené procesmi PVD, ale aj klasickými metódami cementácie, nitrocementácie, karbonitridácie a nitridácie.

Súčasťou laboratória je aj zariadenie na skúšanie mechanických vlastností kovových a nekovových materiálov podľa platných noriem (STN EN ISO 7500-1, DIN 51220, DIN 51221, STN EN 10002, DIN 51223, DIN 51227, ASTM E-4, VDE 0113, ISO 5893) a ostatných medzinárodných štandardov. Maximálna zaťažovacia sila je 250 kN. Súčasťou prístroja je aj teplotná komora do 1000 °C. Inštrumentované rázové kyvadlové kladivo umožňuje merať rázovú energiu zo závislosti sily a priehybu skúšobného telesa podľa STN EN ISO 14556.  Maximálna rázová energia tohto zariadenia je 300 J. Automatické nastavenie zdvihu kladiva dovoľuje meniť rázovú energiu v rozmedzí 150 až 300 J. Na meranie je možné použiť inštrumentovaný a neinštrumentotovaný brit. Vysokorýchlostná snímacia kamera zaznamenáva priebeh deformácie na vonkajšej strane skúšobnej vzorky. Vzorky možno testovať v intervale od - 70 až do + 270 (+500) °C. Typové označenie jednotlivých zariadení je uvedené nižšie:

  • Povlakovacie zariadenie Platit PI 80 + DLC pre vytváranie povlakov TiN, AlTiN, CrN, AlCrN, atď.
  • Multifunkčná laboratórna pec LAC pre nitridáciu, cementáciu a nitrocementáciu
  • Skúšobný stroj LABORTECH LabTest 5.250 Sp1
  • Inštrumentované rázové kyvadlové kladivo CHK-300

 

Fotografie: