Výskumné oblasti

Vysokopevné ocele pre automobilový priemysel

Výskum sa realizuje za účelom zníženia hmotnosti karosérie automobilov, pričom aktuálnym cieľom je vývoj ultra-vysokopevnej dvojfázovej ocele s dôrazom na jej dobrú zvariteľnosť, bezproblémové nanášanie ochranných Zn-povlakov, odolnosť voči vodíkovému krehnutiu a vyššiu húževnatosť a únavovú odolnosť v porovnaní s doteraz vyvinutými akosťami. Súčasťou výskumu je štúdium degradačných účinkov vodíka, rozvoja lokálnych deformácií a plastickej zóny pred čelom iniciovaných trhlín na vzorkách s koncentrátorom napätia s využitím nových skúšobných metód zameraných na štúdium lokálnych vlastností materiálov.

Gradientné materiály pre strojárske aplikácie

Výskumné aktivity sú zamerané na identifikáciu a testovanie možností znižovania opotrebenia a zvyšovania technologickej životnosti inovatívnych gradientných materiálových systémov typu povlak/substrát, návar/substrát a podobne. Oblasti výskumu sú zamerané na materiálové riešenia častí foriem pre tlakové liatie Al-zliatin, častí tvárniacich a obrábacích nástrojov a nástrojov pre tlakové spájanie plechov.

Elektrotechnické ocele pre elektromobily a hybridné motory

Aktuálnou výzvou súčasnosti je materiálový vývoj novo-koncipovaných elektro-technických ocelí vykazujúcich vhodnú kombináciu mechanických a elektro-magnetických vlastností. Hlavným cieľom výskumu je návrh a analýza novej koncepcie dizajnu mikroštruktúry a subštruktúry vysokopevných izotrópnych elektro-technických ocelí, zabezpečujúcich kombináciu vysokých pevnostných a výborných elektro-magnetických vlastností pre využitie na stavbu jadier rotorov v elektromobiloch a pre hybridné pohony automobilov. Stratégia výskumu sa opiera o poznatky evolúcie a kinetiky štrukturotvorných procesov v elektro-technických oceliach v podmienkach termicko-deformačnej aktivácie.

Žiarupevné ocele a zvary pre vysokoúčinné energetické kotlové zariadenia

Zvyšovanie účinnosti energetických kotlových zariadení moderných ultra-superkritických tepelných elektrární je podmienené zvyšovaním žiarupevnosti použitých konštrukčných materiálov a ich zvarových spojov. Výskumné aktivity sú zamerané na štúdium deformačných a lomových procesov v žiarupevných oceliach a ich zvarových spojoch v podmienkach vysokoteplotnej creepovej expozície, štúdium degradácie mechanických a creepových vlastností vplyvom termálnej expozície, skúmanie možností optimalizácie lokálnych mikroštruktúr a mechanických vlastností teplom-ovplyvnených oblastí zvarových spojov a využitie inovačných postupov ich tepelného spracovania za účelom zvýšenia creepovej životnosti a odolnosti voči termálnemu a vodíkovému krehnutiu.

Nástrojové ocele a kovo-keramické kompozity pre náročné trecie aplikácie

Výskumné aktivity sú zamerané na inovatívne technologické procesy tepelného spracovania a modifikácie povrchovej mikroštruktúry moderných nástrojových ocelí pomocou laserového žiarenia za účelom zlepšenia ich úžitkových vlastností zahrňujúcich jednak klzné vlastnosti ako aj odolnosť voči rôznym druhom opotrebenia. Hlavným cieľom výskumu je optimalizácia parametrov povrchového laserového spracovania rôznych akostí nástrojových ocelí pre prácu za tepla aj za studena. Zároveň sú skúmané možnosti zvyšovania dlhodobej stability povrchových mikroštruktúr dodatočnými technologickými procesmi. Paralelne sú výskumné aktivity orientované aj na experimentálny vývoj nových kovo-keramických kompozitov pre aplikácie najmä v dopravnom priemysle. Cieľom je zlepšenie a optimalizácia parametrov opotrebenia cestou formovania trecích kompozitov na báze kovo-keramických materiálov, pripravených pomocou práškovej metalurgie.

Modelovanie fázových diagramov a vývoj termodynamických databáz

Modelovanie fázových diagramov, vývoj a optimalizácia termodynamických databáz semi-empirickou metódou Calphad pre ternárne a následne aj pre zložitejšie materiálové systémy. Vyvinuté databázy umožňujú vykonávať všetky typy termodynamických výpočtov pre  dané systémy a všetky podsystémy, t.j. umožňujú určovanie fázových rovnováh, množstiev a chemického zloženia rovnovážnych fáz, výpočty veličín G,  H, S, Cp a ich závislostí, vykresľovanie fázových diagramov a ich  rôznych rezov, projekcie liquidu  atď., a to v celom rozsahu  chemického zloženia. Intenzívne sú skúmané napr. ternárne systémy s  bórom (Fe-B-X, X= V, C, Mn, Cr, W,…) ako podsystémy ocelí  obsahujúcich bór, ďalej boridy prechodových prvkov (aplikácie v  jadrovom a chemickom priemysle), zlúčeniny bóru s uhlíkom (materiály pre rezné nástroje a panciere). Výskum sa realizuje aj v oblasti komplexných kovových zliatin (napríklad systémy Al-Pd-Co, Al-Pd-Mo,…), kde je doposiaľ veľmi málo informácií aj o binárnych podsystémoch.

Nanokompozitné materiály na báze horčíkových zliatin

Horčíkové zliatiny sú atraktívne materiály pre rôzne konštrukčné aplikácie. Zlepšovanie ich mechanických vlastností je možné pridávaním rôznych  častíc, nanočastíc a uhlíkových nanotrubíc (SiC, Al2O3, CNT) a využitím metód intenzívnych plastických deformácií (IPD). Aktuálny výskum je zameraný na štúdium tvorby nanozŕn pri deformačnom procese metódou ECAP. Sú študované zmeny mikroštruktúry a subštruktúry, fyzikálne a mechanické vlastnosti, mechanizmy porušovania a odolnosť materiálov proti opotrebovaniu v závislosti od rôznych výrobných parametrov a metód.

Biodegradovateľné zliatiny

Zliatiny Ca-Mg, Ca-Zn, Ca-Al, Ca-Cu, ako aj ternárne zliatiny typu Ca-Mg-Zn a Ca-Mg-Cu sa vyznačujú  veľmi malou mernou hmotnosťou (~2000 kg.m-1), najnižšou spomedzi všetkých doteraz známych kovových skiel. Ich modul pružnosti (Youngov modul) ~20-35 GPa je blízky hodnotám pružnosti ľudských kostí. Navyše, tieto zliatiny vykazujú veľmi nízku teplotu sklenia Tg (~120-250 °C), pri ktorej prechádzajú z tvrdého a pevného stavu do ľahko tvarovateľného stavu, čo je spôsobené skokovým poklesom viskozity zliatin až o niekoľko rádov. Z pohľadu ich možného budúceho využitia v medicíne a chirurgii je veľmi dôležité, že sústavy typu Ca-Mg, Ca-Zn a Ca-Mg-Zn pozostávajú výhradne iba z biodegradovateľných kovov. Doposiaľ boli realizované merania týchto zliatin na synchrotrónových zdrojoch, difrakčné a mikrodifrakčné na P07/PETRA III a ID22 ESRF, spektroskopické na ID26 ESRF a neutrónové na reaktore v Budapešti.

Disperzne spevnené nanokompozitné kovové materiály určené pre vysokoteplotné aplikácie

Kompozity pozostávajúce z nanokryštalickej kovovej matrice spevnenej  nanočasticami disperzoidov sú veľmi sľubné materiály, vhodné pre veľké množstvo aplikácií pracujúcich pri zvýšených teplotách v automobilovom, elektrotechnickom a leteckom priemysle. V súčasnosti sú vo svete vyvíjané rôzne metódy na prípravu disperzne spevnených materiálov. Ich účelom je získanie vysoko pevných, teplotne stabilných zliatin s výhodnými fyzikálnymi vlastnosťami. Cieľom nášho výskumu je vývoj stabilnej ultrajemnej štruktúry matricového prášku pripraveného progresívnou práškovou technológiou založenou na mechano–chemických procesoch zahŕňajúcich v jednej operácii fázovú transformáciu prekurzorov, zjemňovanie matrice a homogénne rozloženie sekundárnych častíc. Vývoj je zameraný na systémy s neželeznou kovovou matricou, predovšetkým na báze Cu a Al. Analýza skúmaných mechanických a fyzikálnych charakteristík materiálu so spätnou väzbou na štruktúru vedie k dosiahnutiu praxou požadovaných kombinácií vlastností kompozitu. Materiál majúci konkrétne požadované parametre, je možné použiť najmä na rôzne vysokoteplotné aplikácie v elektrotechnickom priemysle (napr. bodové zváracie elektródy).

Nové typy bezolovnatých pájok

V oblasti výkonovej elektroniky sa neustále hľadajú nové možnosti vytvárania kvalitných spojov pre komponenty výkonovej elektroniky, ako aj pre automobilovú elektroniku, ktoré by sa vyznačovali vynikajúcou spoľahlivosťou a dlhodobou životnosťou bez degradačného vplyvu intermetalických zlúčenín, a to aj v podmienkach zvýšeného termomechanického namáhania. Výskum a vývoj nových neštandardných typov spájkovacích zliatin na báze cínu s netypickou mikroštruktúrou možno zaradiť medzi aktuálne  úlohy, ktorých výsledkom môžu byť nové perspektívne materiály so zlepšenými vlastnosťami, ktoré splňujú požiadavky kladené na materiály spojov výkonovej elektroniky. V tejto oblasti pripravujeme nové typy bezolovnatých spájok s vyšším podielom intermetalických fáz, ktoré zabezpečia excelentné mechanické vlastnosti, ako pri izbovej teplote, tak aj pri zvýšených teplotách. Synchrotrónový výskum sa bude orientovať na charakterizáciu pripravených nových zliatin a ich spojov, súčasne popri tom na náročný výskum charakterizujúci atómovú štruktúru tavenín.

Metalhydridové zliatiny pre efektívne uskladňovanie vodíka

Skladovanie vodíka je veľmi dôležitou zložkou systému vodíkového hospodárstva. Pri súčasnom rozvoji automobilového priemyslu a širšej aplikácii vodíka ako paliva v doprave, je kľúčovou podmienkou zvýšenie efektívnosti pri uskladňovaní tohto plynu. Cieľom nášho výskumu je návrh a príprava nových typov metalhydridových zliatin, prednostne metódou rýchleho ochladzovania. Komplexne charakterizovať makro a mikroštruktúry, teplotnú stabilitu a mechanické vlastností nami pripravených metalhydridových zliatin, a to štandardnými metódami používanými v materiálovom výskume (svetelná, rastrovacia a transmisná elektrónová mikroskopia, diferenčná skenovacia kalorimetria, rtg. difrakcia, skúšky pevnosti a tvrdosti), tak aj pomocou synchrotrónového žiarenia (rtg. difrakcia tvrdého rtg. žiarenia, in-situ vysokoteplotné rtg. difrakčné experimenty, rtg. absorpčná spektroskopia) v európskych výskumných centrách ako DESY Nemecko, ESRF Francúzsko alebo Diamond light source UK.

Nové typy termoelektrických zliatin

Termoelektrické materiály sú perspektívnou oblasťou dnešného materiálového výskumu. Materiály schopné efektívne transformovať prebytočné teplo Zeme, resp. stratové teplo z priemyselnej produkcie do podoby elektrickej energie, sú dnes veľmi žiadané. Výskum v tejto oblasti bude vedený v oblasti vývoja a výskumu materiálov s komplexnou kovovou alebo kovovo-oxidickou štruktúrou. Na tento výskum chceme v budúcnosti získať podporu medzinárodných projektov vo výzvach Horizont 2020, ESA (European Space Agancy) grantov, ako aj projektov typu M-ERA.NET.

Vrstevnaté materiály pre geotermálne aplikácie

Charakterizácia nových typov vrstevnatých materiálov pripravených zváraním výbuchom. Materiály pripravené takouto technológiou (schopnou spojiť veľmi rozdielne typy kovov a zliatin) majú veľký potenciál nahradiť dnes používané materiály vo vysoko korozívnych prostrediach geotermálneho priemyslu, a to napr. vo výmenníkoch tepla, expanzných nádobách, rozvodných potrubiach a pod. Vzhľadom na veľký počet geotermálnych zdrojov na našom území, je takýto výskum veľmi zaujímavý aj pre potreby Slovenskej republiky. Takéto materiály nájdu uplatnenie aj v petrochemickom a potravinárskom priemysle.