dizertační práce

Příprava a charakterizace pokročilých žárově stříkaných povlaků na hořčíkových slitinách

Text práce 11.06 MB Teze 2.24 MB

Autor práce: Ing. Martin Buchtík

Ak. rok: 2020/2021

Vedoucí: prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D.

Oponenti: doc. Ing. Branislav Hadzima, Ph.D., doc. Ing. Stanislava Fintová, Ph.D.

Abstrakt:

Předkládaná dizertační práce se zabývá charakterizací povlaků připravených metodami žárového stříkání HVOF a APS na Mg slitinách AZ31 a AZ91. V teoretické části dizertační práce jsou podrobně charakterizovány Mg substráty použité v experimentální části. Dále jsou zde popsány materiály a povlaky na bázi kovů – NiCrAlY a FeCrNiMoSiC, kovokeramiky – WC-CoCr a keramiky – YSZ. Teoretickou část zakončuje rešeršní studie týkající se charakterizace žárově stříkaných povlaků na Mg slitinách. Na základě teoretických znalostí byla provedena charakterizace Mg substrátů a deponovaných povlaků, a to z hlediska morfologie povrchu, mikrostruktury a chemického složení, kde bylo využito metod světelné (LM) a elektronové mikroskopie s energiově dispersní spektroskopií (SEM+EDS). Fázové složení povlaků bylo analyzováno metodou rentgenové difrakce (XRD). Difrakce odpovídající deponovaným povlakům byly porovnány s původními prášky – výchozími materiály pro nástřik povlaků. U jednotlivých nástřiků i substrátů byla provedena charakterizace z hlediska mechanických a tribologických vlastností, kdy bylo provedeno stanovení tvrdosti a mikrotvrdosti povlaků, stanovení koeficientu tření a míry opotřebení. Poslední kapitola experimentální části dizertační práce se zabývá hodnocením elektrochemických korozních vlastností pomocí potenciodynamických měření v 3,5% NaCl. U exponovaných vzorků bylo následně provedeno hodnocení povrchu a rozhraní povlak/substrát pomocí LM a SEM s EDS. Na základě získaných poznatků a výsledků krátkodobého měření byl stanoven mechanismus korozního napadení a degradace. Na základě naměřených výsledků lze konstatovat, že deponované povlaky byly úspěšně naneseny na povrch Mg slitin. Všechny povlaky zvyšují u hořčíkových slitin povrchovou tvrdost a výrazně zlepšují tribologické vlastnosti. S výjimkou FeCrNiMoSiC povlaků však dochází ke zhoršení korozních vlastností Mg slitin, a to kvůli možnému přístupu korozního prostředí přes povlak k méně ušlechtilému Mg substrátu a tvorbě korozních mikročlánků.

Klíčová slova:

Žárové stříkání, hořčíková slitina, AZ31, AZ91, povlaky na bázi Fe, WC-10Co4Cr povlaky, YSZ povlaky, charakterizace

Termín obhajoby

9.9.2020

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Průběh obhajoby

Předseda komise představil doktoranda. Ing. Buchtík absolvoval pedagogickou praxi, tj. vedl praktika z anorganické chemie I a II a z kovových materiálů I. Zúčastnil se také odborných stáží v Itálii a na Slovensku. Má i praktické zkušenosti a podílel se na řadě projektů v letech 2016 - 2020. Jeho publikační činnost v letech 2012-2020 je bohatá.V řadě publikací je prvním autorem. Ve své powerpointové prezentaci doktorand představil podstatné výsledky své disertační práce. Byly přečteny oponentské posudky, oba kladné a doporučovaly práci k obhajobě. Oba posudky obsahovaly řadu dotazů, na které doktorand uspokojivě odpověděl. Dotazy vzešlé z diskuze jsou uvedeny na přiložených lístcích, které se archivují. Předložená práce se věnuje aktuálnímu tématu. Cíle práce jsou formulované zřetelně, logicky a dostatečně detailně pro pochopení. Cíle práce byly splněny. Výsledky práce přinášejí značné poznatky pro praxi.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Chemie, technologie a vlastnosti materiálů (DPCP_CHM_4)

Studijní obor

Chemie, technologie a vlastnosti materiálů (DPCO_CHM_4)

Složení komise

doc. Ing. František Šoukal, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Janette Brezinová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaromír Havlica, DrSc. (člen)
doc. Ing. František Nový, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Branislav Hadzima, Ph.D., oponent (člen)
doc. Ing. Stanislava Fintová, Ph.D., oponent (člen)

Dizertační práce Ing. Martina Buchtíka se zaměřuje na morfologii, mikrostrukturu, chemické a fázové složení, tribologické, mechanické a v neposlední řadě na průběh koroze žárově stříkaných povlaků na hořčíkových slitinách AZ31 a AZ91. Tyto materiály zahrnují jak povlaky kovové NiCrAlY (APS) a Fe48Cr28Ni16Mo4,5Si1,5C1,75 (HVOF), dále kovokeramické WC-10Co4Cr (HVOF) a keramické 8-YSZ. Práce obsahuje také výzkum zaměřený na morfologii a další vlastnosti hořčíkových slitin samotných a popisuje i procesy probíhající během nástřiku povlaku.

Disertační práce, která má vyváženou klasickou strukturu, je sepsána v českém jazyce na celkem 158 stranách. Její rešeršní část je velmi zdařilým souhrnem aktuálního stavu řešené problematiky a rovněž její výsledky jsou přehledně presentovány a diskutovány s ohledem na aktuální literaturu v oboru. Kladně lze hodnotit také to, že velká část těchto výsledků byla publikována v zahraničních časopisech a sbornících vědeckých konferencí.

Protože je disertační práce Ing. Martina Buchtíka z odborného hlediska kvalitním způsobem zpracována a splňuje vytčené cíle, doporučuji jako školitel, aby byla přijata k obhajobě.
Soubor vložený vedoucím Velikost
Posudek vedoucího práce [.pdf] 205.98 kB



OPONENTSKÝ POSUDOK   
DOKTORSKEJ DIZERTAČNEJ PRÁCE

Názov práce:     Příprava a charakterizace pokročilých žárově stříkaných povlaků na hořčíkových slitinách
Autor:     Ing. Martin Buchtík
Školiteľ:    prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D.
Školiace pracovisko:    Fakulta chemická, Vysoké učení technické v Brně
Študijný program     Chemie, technologie a vlastnosti materiálů
Študijný odbor:    Chemie, technologie a vlastnosti materiálů


Predložená dizertačná práca je zameraná na oblasť povrchového inžinierstva, tvorbu a hodnotenie vlastností povlakov pripravených rôznymi metódami žiarového nanášania na povrch horčíkových zliatin typu Mg-Al-Zn s rôznym obsahom prísadových prvkov. Práca vznikla v uplynulých rokoch na Ústave chémie materiálov Chemickej fakulty Vysokého učení technického v Brne. V práci sa dizertant zameral na charakterizáciu povlakov vytvorených metódami plazmového striekania na vzduchu a žiarového striekania pri horení zmesi paliva a kyslíka na povrchoch horčíkových zliatin, s dôrazom na ich ďalšie využitie v technickej praxi. Dizertant riešil svoju dizertačnú prácu v spolupráci s praxou, pričom využil know how firmy v oblasti tvorby povlakov uvedenými metódami. Téma dizertačnej práce je vysokoaktuálna v danom vednom odbore. Práca obsahuje originálne výsledky, pričom rozširuje poznatky v odboru dôležité pre základný ako aj aplikovaný výskum.
Rozsah predloženej práce zodpovedá štandardu dizertačných prác, má 156 strán. Práca je logicky členená, má výbornú vedeckú úroveň. Autor pri písaní práce čerpal z 318 literárnych prameňov, čo je nadpriemerné množstvo a zodpovedá podrobnej literárnej rešerši vedeckovýskumnej problematiky, ktorej sa v práci venoval. Naviac väčšina literárnych prameňov je z posledných 15 rokov, čo naznačuje aktuálnosť témy dizertačnej práce. Grafická úprava práce je veľmi dobrá, jazyková úroveň je tiež na veľmi dobrej úrovni. Pomer teoretickej časti a kapitol obsahujúcich vlastné výsledky práce je adekvátny a je v prospech nových originálnych výsledkov.
Práca má 10 kapitol, pričom nosnú časť práce tvorí 7 z nich. Teoretická časť práce pozostáva z úvodu a dvoch kapitól zameraných na horčíkové zliatiny resp. na žiarové nástreky. V samotnom úvode autor popisuje dôvody a motivácie zamerania dizertačnej práce, t.j. zvýšenie odolnosti povrchu horčíkových zliatin s cieľom ich širšieho použitia v priemysle. Krátka kapitola zameraná na horčíkové zliatiny je výhradne venovaná popisu a charakterizácii zliatin typu Mg-Al-Zn (AZ91 a AZ31) a na konci doplnená o podkapitolu popisujúcu možnosti zlepšenia vlatností horčíkových zliatin. Kapitola ako celok obsahuje všetky potrebné infromácie z hľadiska teoretického rozboru experimentálnych materiálov. Informácie síce nie sú hĺbkové, ale vzhľadom na zoznam použitej literatúry predpokladám, že autor bol nútený vzhľadom na rozsah práce túto kapitolu skrátiť a jeho skutočné poznatky sú podstatne širšie. Chcem však podotknúť, že vzhľadom na hlavné zameranie práce neznižuje strohosť tejto kapitoly vedeckú úroveň diela.
Tretia kapitola podrobne popisuje mechanizmy vzniku povlakov prostredníctvom žiarového striekania s popisom technológií žiarového striedkania povlakov – vysokorýchlostného striekania plameňom a plazmatického striekania. Autor popisuje typy práškov pre žiarové nástreky vhodné pre Mg zliatiny. Podrobne rozoberá materiály pre tvorbu povlakov, ktoré následne používa v experimentálnej časti svojej práce. Kapitola ako celok prináša množstvo faktografických údajov, je spracovaná dôsledne a je vynikajúcim sumárnym zdrojom informácií. Spôsob spracovania textu v tejto kapitole ukazuje na to, že dizertant je veľmi dobrým odborníkom pre oblasť žiarových nástrekov a problematike výborne rozumie.
. V závere teoretickej časti práce Ing. Buchtík prehľadne uvádza ciele dizertačnej práce, ktoré vyplývajú aj z predchádzajúceho literárneho prieskumu. Ciele dizertačnej práce tvoria jej 4 kapitolu. V rámci diskusie by som chcel autora poprosiť, aby sa pokúsil zadefinovať jeden  hlavný dizertabilný zámer predloženej práce (predpokladaný hlavný prínos práce).
Experimentálna časť práce začína popisom experimentálnych materiálov  - substrátov ako aj práškov, ktoré budú v rámci práce skúmané. Zároveň autor uvádza informácie o použitých experimentálnych metódach, definuje ich podmienky a spôsob vyhodnocovania nameraných údajov. K experimentálnej časti ako celku mám jednu formálnu pripomienku – dôsledné označovanie obrázkov, t.j. chýbajúce označenie metód zobrazenia, chýbajúce informácie o leptaní/neleptaní v popise obrázku resp. chýbajúce informácie o zväčšení (mierka). Tieto informácie sú dôležité pre čitateľa a nestačí ich uvádzať do textu, pretože v niektorých prípadoch nie sú jednoznačné.
Autor jednu podkapitolu venuje aj mechanickej predpríprave povrchu pred nanášaním povlakov tryskaním. Uvádza, že povrch bol tryskaný korundom pri izbovej teplote a tlaku 3 bary. Aký bol uhol dopadu častíc korundu? K tejto časti práce by som chcel požiadať dizertanta aby sa vyjadril k otázke: Aký je účel tryskania pre nanášaním povlakov?
Veľmi krátka a strohá kapitola je venovaná postupu prípravy žiarových nástrekov. Vedeckú úroveň práce je potrebné podporiť aj informáciami o postupoch prípravy experimentálnych vzoriek, aj keď je neuvádzanie týchto informácií rozumne vysvetlené ochranou know-how spoločnosti, ktorá povlaky realizovala.
Posledná podkapitola v tejto časti práce je venovaná metódam použitých pri samotnej charakterizácii povlakov, popisuje postupy a použité parametre. Aká motivácia Vás viedla k tomu, aby ste použili viacero zaťažení pri meraní tvrdosti experimentálnych materiálov? V práci na str. 68 uvádzate, že „Extrapolací Tafelových oblastí byla stanovena hodnota korozní proudové hustoty icorr, ktorá je mírou korozní rychlosti.“ Toto tvrdenie sa vyskytuje aj v ďalších častiach práce. Vysvetlite, ako vyjadruje hodnota koróznej prúdovej hustoty mieru rýchlosti korózie materiálu v danom prostredí.
Najrozsiahlejšiu časť práce tvorí kapitola č. 6, kde autor uvádza výsledky experimentov a zároveň diskutuje ich výsledky. Táto časť práce obsahuje pôvodné originálne výsledky s vysokou pridanou hodnotou. Tvorí jadro práce, jednotlivé časti majú logickú následnosť a spracovanie výsledkov je na výbornej úrovni. Prvá časť výsledkov a diskusie uvádza popis vplyvu tryskania na vlastnosti horčíkových zliatin, po nej nasleduje podkapitola, kde autor podrobne charakterizuje jednotlivé povlaky na povrchu horčíkových zliatin z hľadiska morfologického a z hľadiska mikroštruktúrneho. Prečo nie sú pri popise NiCrAlY povlaku uvedené výsledky hodnotenia pórovitosti? V popise obr. 59  autor uvádza, že na obr. 59c je uvedená nenatavená častica a na obr. 59f natavená častica. Ide pravdepodobne o formálnu chybu. Prosím vysvetliť.
Pri popise fázového zloženia všetkých povlakov sú uvedené výsledky XRD analýz, pričom vždy je uvedené porovnanie analýzy prášku a vzniknutého povlaku. Vysvetlite dôvod zníženia intenzity (píkov) kriviek nameraných na vrstvách v porovnaní s krivkami nameraných na práškoch.
Autor charakterizoval substráty a povlaky aj z hľadiska ich mechanicých vlastností – meraním tvrdosti a tribologických charakteristík. K tejto časti práce mám tieto otázky:
Prečo dochádza pri zvyšovaní zaťaženia pri meraní tvrdosti k tak výraznému poklesu hodnoty tvrdosti povlakov? (obr. 81).
Aký je dôvod zníženia koeficientu trenia (COF) pri zvyšovaní obsahu molybdénu?
    Posledná časť výsledkov a diskusie je venovaná hodnoteniu koróznych vlastností a elektrochemických charakteristík materiálov a povlakov. Formálnu otázku mám k uvádzaniu výsledkov v tabuľkách 27 a 28. Je hodnota koróznych potenciálov uvádzaná voči nasýtenej kalomelovej elektróde, alebo voči štandardnej vodíkovej elektróde? Na str.113 autor uvádza, že na povrchu sú oblasti s výrazným koróznym napadnutím, a že ide o bodovú koróziu. Podľa môjho názoru je na obrázku jamková korózia. Chcel by som dizertanta požiadať o vysvetlenie priebehu resp. charakterizáciu bodovej korózie na povrchoch kovových materiálov.
V záverečnej časti autor zhŕňa v záveroch dosiahnuté výsledky a následne poukazuje na ich možný aplikačný význam. Závery sú síce rozsiahle, ale sú spracované prehľadne a zodpovedajú celej predloženej práci. V práci je uvedená kapitola 9 s názvom „Dosažené výsledky, jejich zhodnocení a jeich významu pro praxi nebo rozvoj vědního oboru“. Na základe názvu kapitoly som očakával, že autor popíše prínosy a ďalšie perspektívy pre výskum. Bohužial, nedozvedel som sa tieto informácie, a preto chcem autora poprosiť, aby sa v rámci diskusie vyjadrila k možným perspektívam výskumu. 

Záverom konštatujem, že predložená  práca dielo svojim rozsahom, výsledkami a kvalitou spracovania splňuje požiadavky kladené na doktorskú dizertačnú prácu. Autor jednoznačne preukázal schopnosť samostatnej a tvorivej vedeckej práce. Prácu odporúčam k obhajobe.

Navrhujem, aby bol Ing. Martinovi Buchtíkovi po úspešnej obhajobe a v zmysle platných predpisov udelený titul Philosophiae Doctor (Ph.D.).

   

V Žiline, 4.9.2020
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 409.2 kB