EN Formation and Properties of Nanocrystalline Tantalum-Based Alloys and Composites

polski

PL Rozprawa doktorska stanowi zbiór siedmiu, jednotematycznych publikacji dotyczących wytwarzania i analizy nanokrystalicznych stopów i kompozytów na bazie tantalu. Cztery z publikacji znajdują się na liście A czasopism Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego (MNiSW) i posiadają sumaryczny wskaźnik cytowań (impact factor) wynoszący 7,889. Pozostałe trzy czasopisma znajdują się na liście B lub są indeksowane w Web of Science. Stopy i kompozyty na bazie tantalu wytworzono stosując mechaniczna syntezę oraz prasowanie na gorąco. Dodatkami stopowymi były niob, molibden i wolfram, a fazą ceramiczną tlenek cyrkonu (IV), tlenek itru (III) oraz węglik tantalu. Proszki mieszano w stosunkach wagowych 5, 10, 20, 40%. Technologie mechanicznej syntezy i prasowania na gorąco pozwoliły na otrzymanie materiałów o strukturze nanokrystalicznej. Dla proszków średnia wielkość ziarna wynosiła od 31 nm do 87 nm, a dla prasowanych na gorąco materiałów od 43 do 195 nm. Materiały poddano badaniom: struktury, mikrostruktury i morfologii powierzchni, właściwości mechanicznych, odporności korozyjnej oraz stabilności temperaturowej. Otrzymane wyniki porównano z próbką kontrolną, którą był mikrokrystaliczny tantal. Badania struktury wykazały, że podczas mechanicznej syntezy stopów powstają roztwory stałe, a w przypadku kompozytów materiały wielofazowe. Równocześnie dochodzi do rozdrobnienia mikrostruktury oraz częściowej amorfizacji proszków. Właściwości mechaniczne takie jak, twardość oraz moduł Younga, zbadano wykorzystując nanoindentację. Wszystkie materiały charakteryzowały się większą twardością w porównaniu z mikrokrystalicznym tantalem. Taka sama zależność występowała w przypadku modułu Younga. Największą twardość uzyskano dla stopu Ta-10Mo (1481 HV) oraz kompozytu Ta-10TaC (1398 HV). Jest to wzrost o ponad 1000 HV w porównaniu do próbki kontrolnej. Zastosowanie dodatków stopowych oraz ceramicznych skutkuje polepszeniem odporności na korozję. Wartości gęstości prądu korozyjnego, pomimo znacznego rozdrobnienia mikrostruktury, są takie same lub mniejsze niż w przypadku mikrokrystalicznego tantalu. Termograwimetria wykazała, że nanokrystaliczne stopy oraz kompozyty posiadają lepszą stabilność temperaturową niż mikrokrystaliczny Ta. Wygrzewanie w atmosferze powietrza powoduje wytworzenie warstwy tlenkowej, która jest słabo związana z podłożem i ulega złuszczaniu. Wykorzystanie atmosfery azotu w procesach wysokotemperaturowych skutkuje wytworzeniem ochronnej dyfuzyjnej warstwy azotków silnie związanej z podłożem.

EN The doctoral dissertation is composed from seven monothematic publications on the formation and analysis of tantalum-based nanocrystalline alloys and composites. Four of the publications are on the “A” list of MNiSW (Ministry of Science and Higher Education) journals and they have a citation ratio (impact factor) of summarized value 7.889. The other three publications are on the “B” list of MNiSW or are indexed in the Web of Science. Tantalum-based alloys and composites were produced using mechanical alloying and hot pressing processes. The alloy additives were niobium, molybdenum, and tungsten, and the ceramic phase was zirconium (IV) oxide, yttrium (III) oxide, and tantalum carbide. The powders were mixed in a weight ratio of 5, 10, 20, 40%. The technologies of mechanical alloying and hot pressing allowed to obtain materials with a nanocrystalline structure. For powders, the average grain size was from 31 nm to 87 nm, and for hot-pressed materials from 43 nm to 195 nm. The materials structure, microstructure and surface morphology, mechanical properties, corrosion resistance and temperature stability were studied. The results were compared to a control sample, which was microcrystalline tantalum. The structure investigation has shown that during the mechanical alloying of alloys, solid solutions are formed whereas composite materials have multiphase structure. At the same time, the microstructure refinement and partial amorphization of powders occur. Mechanical properties such as hardness and Young’s modulus have been studied using nanoindentation. All materials had higher hardness compared to microcrystalline tantalum. The same relationship was found for Young’s modulus. The highest hardness was measured for the Ta-10Mo alloy (1481 HV) and for the Ta-10TaC composite 1398 HV. This was an increase of over 1000 HV comparing to the control sample. The use of alloy and ceramic additives results in improved corrosion resistance. Corrosion current density values, despite significant microstructure refinement, are the same or smaller in comparison to microcrystalline tantalum. Thermogravimetry has shown that nanocrystalline alloys and composites have better temperature stability than microcrystalline Ta. Annealing in the ambient atmosphere leads to a formation of an oxide layer that is brittle and weakly bound to the surface. The use of nitrogen in high-temperature processes results in the formation of a protective diffusion layer of nitrides that are strongly bound to the surface.

26

nauki inżynieryjne i techniczne

inżynieria materiałowa

DrOIN 2074

to2021500466

Pobierz plik

publiczny

Dariusz Oleszak

Warszawa, Polska

29.07.2019

polski

Pobierz plik

publiczny

Maria Sozańska

Katowice, Polska

10.09.2019

polski

Pobierz plik

publiczny

rozprawa doktorska

Poznań, Polska

14.09.2020

Rada Dyscypliny Inżynieria Materiałowa Politechniki Poznańskiej

doktor nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie: inżynieria materiałowa