Laboratoře na Katedře materiálu

Vybavení laboratoří

Laboratoř Metalografie

Laboratoř je vybavena moderním zařízením pro přípravu metalografických výbrusů a zařízením pro vyhodnocování struktury.

Strojové vybavení pro přípravu metalografických výbrusů je od firem BUEHLER a ATM:

rozbrušovací pila DELTA (Buehler)
přesná diamantová pila ISOMET 1000 (Buehler)
přesná pila BRILLANT 220 (ATM)
automatický elektro-hydraulický lis SIMPLIMET 1000 (Buehler)
ruční lis SIMPLIMET 2 pro zapouzdření vzorků (Buehler)
modulární metalografický lis OPAL X-Press (ATM)
bruska a leštička BETA s automatickou hlavou VECTOR (Buehler)
dvourychlostní dvoukotoučová bruska a leštička ALPHA (Buehler)
bruska a leštička MetaSERV s variabilním nastavením rychlosti (Buehler)
jednokotoučová bruska a leštička s automatickou přítlačnou hlavou SAPHIR 550 (ATM)

Laboratoř Mikroskopie

Pro sledování struktury je možné použít optickou nebo elektronovou mikroskopii.

V prvním případě laboratoř disponuje invertovanými (metalografickými) optickými mikroskopy EPIPHOT 200 (NIKON) a NEOPHOT 32 opatřenými digitálními kamerami. Nasnímané struktury je možné vyhodnocovat pomocí obrazové analýzy softwaru NIS ELEMENTS.
K dokumentaci i analýze slouží univerzální digitální mikroskop LEICA DVM 6, který může díky vysokému rozsahu zoomu (16:1) přejít z velkého obrazu do detailu. Jeho velkou výhodou je funkce naklápění objektivů ±60° pro pozorování vzorků pod úhlem.
Především pro zkoumání a proměřování povrchů je určen bezkontaktní optický 3D profilometr SENSOFAR S Neox, který umožňuje skenování povrchů pomocí konfokální a interferometrické metody.

Katedra má dále k dispozici rastrovací elektronový mikroskop Tescan – Vega 3 SBH, který lze využít např. pro mikrofraktografickou analýzu. Mikroskop je vybaven detektorem sekundárních elektronů (SE) pro pozorování vzorku v topografickém kontrastu Mikroskop je dále osazený energiově disperzním detektorem Oxford Instruments X–Max 20 mm2 (EDX) a EBSD detektorem Oxford Instruments SYMMETRY. EDX (EDS) je vysoce účinná metoda lokální kvalitativní a kvantitativní prvkové analýzy pevných látek. Pomocí energiově-disperzní analýzy jsme schopni identifikovat chemické prvky s protonovým číslem 6 a více (od uhlíku dále).

Možnosti analýzy EDX

Bodová analýza – analýza konkrétní vybrané lokality o velmi malé ploše (100–500 nm).
Liniová analýza – elektronový paprsek přechází přes analyzované místo podél linie a zaznamenává změny koncentrace prvku. Je-li liniová analýza prováděna na nerovném povrchu, je výsledek poznamenán topografickým efektem.
Plošná analýza – elektronový svazek přejíždí řádkovacím způsobem přes oblast vybranou pomocí elektronového obrazu. Analýza umožňuje mapovat koncentraci jednotlivých prvků na ploše, případně definovat mikrolokality, kde je daný prvek koncentrován. Ve výsledku se promítá topografický efekt.

EBSD je metoda pro komplexní popis parametrů krystalických materiálů – umožňuje rozlišit orientaci zrn, identifikovat typ krystalové mřížky a stanovit s vysokou přesností fáze ve struktuře vzorku. Jsou zde dostupné i další aplikace pro studium mikrotextury a lokální deformace.

Analýzu chemického složení materiálů lze provádět pomocí ručního rentgenfluorescenčního spektrometru DELTA. Přístroj provádí rychlou a přesnou identifikaci a prvkovou analýzu od hořčíku (Mg) po uran (U) a protože je přenosný, voděvzdorný a prachutěsný, umožňuje provádět analýzy i v náročných pracovních podmínkách.

Rentgenfluorescenční spektrometr DELTA.

Laboratoř Tepelného zpracování

Pro testování chování materiálu v závislosti na tepelném zpracování má katedra k dispozici komorové pece pro TZ 0 – 1200 °C, zařízení na Jominiho zkoušku prokalitelnosti a přístroj ivf SmartQuench pro získávání ochlazovacích charakteristik kalících médií.

Zařízení na mechanické zkoušky a tepelné zpracování.

Mechanické zkoušky

Tvrdoměry
- mikrotvrdoměr DURAMINO 40 (Struers) – HV, HB, HK
- mikrotvrdoměr ZWICK 3212 – metody HV, HB, HK; rozsah Zatížení 0,2 – 10 kg
- mikrotvrdoměr MICROMET 2100 (Buehler) – metody HV, HK; rozsah zatížení 0,005 – 2 kg
- tvrdoměr Wolpert (Rockwell) – HRC, HRB
- Durometry: Shore A, Shore D – pro měření tvrdosti plastů, pryže atp.
Zkušební stroje pro statické zkoušky („trhačky“) tahem, tlakem, ohybem
- Univerzální zkušební trhací stroj TESTOMETRIC M500-100CT rozsah 0–100 kN, poziční kroková rychlost od 0,001 mm/min do max 500 mm/min, konstantní rychlost zatěžování N/s, měření prodloužení s přesností na 0,001 mm se závěsnou pecí do 1100 °C
- FP 100 – Instron LabTestII rozsah 0–100 kN
- Instron LabTestII rozsah 0–5 kN
Kladivo rázové
- Charpy PSW 5 do 300 J
Přístroj podle Erichsena na technologickou zkoušku hlubokotažnosti plechů

Laboratoř Tribologie

Laboratoř se zabývá hodnocením užitných vlastností nano-kompozitních tenkých vrstev s ohledem na jejich aplikační potenciál a zlepšení kluzných vlastností různých tribologických systémů společně se zvýšením chemické a biologické stability systému.

Pro měření tribologických vlastností je k dispozici:

Tribometr pro suché a kapalné prostředí

Přístroj umožňuje:

- měření dle norem ASTM G99, ASTM G133 a DIN 50324,
- tribologické testování v režimech Pin-on-Disc, Ball-on-Disc,
- rotační a lineární vratný tribologický test,
- testování železných a neželezných kovů, polymerů, keramiky, papíru, kompozitu, tenkých a tlustých povlaků, jakož i pevných maziv, mazacích kapalin, olejů a tuhých maziv,
- teplotní testy s mazivy s ohřevem kapaliny do 100 °C,
- měření tribologických vlastností v rozsahu -100 ÷ +450°C.

Tribologie se zabývá studiem tepelných, mechanických a chemických interakcí mezi navzájem působícím povrchem pevných látek a jejich okolím. Typický tribologický systém se skládá ze třech zúčastněných materiálů – dva pevné materiály v částečném mechanickém kontaktu a třetí, který může být kapalina nebo pevná látka (lubrikant). Při relativním pohybu mezi pevnými tělesy je nevyhnutelný výskyt procesů tření a opotřebení. U většiny systémů je žádoucí jak nízký součinitel tření, tak i minimální opotřebení. Zajištění spolehlivého chování tohoto systému vede ke snížení spotřeby energie a prodlužení jeho životnosti.

Tribometr pro suché a kapalné prostředí od firmy Anton Paar.

Surface Energy Evaluation System (See System) – kapková zkouška

Kapková zkouška (Drop test) se provádí na přístroji Surface Energy Evaluation System (See System). Přisedlá kapka je zaznamenávána barevnou kamerou, která potřebuje pouze denní světlo. Zaznamenaný obraz je zobrazen v programu, který umožňuje vykreslení tvaru kapky a vypočítává tečnu k vykreslenému oblouku. Software umožňuje výpočet volné povrchové energie na základě nejpoužívanějších metod. (Wu, Kwok-Neumann, Li-Neumann, Owens-Wendt-Rable-Kaeble, Lifshitz-van der Waals/acid-base, atd.).

Přístroj Surface Energy Evaluation System (See System).

Laboratoř Plazmatických metod

Laboratoř se zabývá vývojem nano-kompozitních tenkých vrstev s ohledem na jejich aplikační potenciál a definováním kompozitních vrstev s ohledem na aplikační využití např. zlepšení kluzných vlastností, či zvýšení chemické a biologické stability materiálů.

Magnetronové naprašovácí zařízení a tenké vrstvy od firmy KWS CZ.

Plazmový výboj za atmosférického tlaku

Spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Plazmový výboj za atmosférického tlaku.

Laboratoř Defektoskopie

Laboratoř je vybavena metodickým a přístrojovým parkem základních defektoskopických a strukturoskopických metod nedestruktivního testování materiálů.

RT – prozařovací způsoby:

pouze metodické zázemí. NEGA 1000 negatoskop – prohlížení a hodnocení radiogramů dle ASM, EN. Referenční atlasy radiogramů pro hodnocení vad odlitků.

UT – ultrazvukové metody – defektoskopy:

phased array modul OmniScan MX OLYMPUS – DIO 562 – STARMANS, ultrazvuková diagnostika vnitřních vad, plošné a prostorové zobrazení vad ve výrobku, polotvaru, topografie hloubky prokalení; – ultrazvukové tloušťkoměry DIO-570 , TM-8811 pro měření tlouštěk stěn s přístupem z jedné strany, měření modulu pružnosti, tvaru grafitu a jakosti litin, produktů PM apod.; – UCI tvrdoměr typ KT – ultrazvukové měření tvrdosti přímou metodou HV10 a HV1 na hotových výrobcích, dílech v montážních celcích, rozměrných dílech, nepřístupných místech (boky zubů malých modulů).

ET – vířivé proudy

přístroje pro měření tlouštěk vrstev, vad a struktury na el. vodivých materiálech, NORTEC 1000 – diagnostika povrchových vad, porozity, struktury (vytvrzení) Al, Cu a dalších kovů a slitin, POSITECTOR 6000 – tloušťky velmi tenkých vrstev od 1um na vodivých podkladech, K5 – Měření vrstev na kovových podkladech (i Ni na Fe) až do tloušťky vrstev a izolací okolo 120 mm.

PT – kapilární metody

- červená i ultrafialová indikační media, diagnostika povrchových vad, tlakové těsnosti nádob a odlitků – sady sprejů – penetrantů KD – SCHECK Karl Deutsch.

MT – magnetické metody

pro černé i ultrafialové zjišťování povrchových vad ocelových a litinových výrobků: základní přístrojové vybavení ATG, UV osvětlení SB-100P/F. MH-05 měření zbytkového pole po demagnetizaci, indikační media CHEMETALL.

VT – vizuální metody

měrky k hodnocení svarů a povrchů dle EN, lupy. TR-110 kapesní přístroj k měření a záznamu drsnosti povrchů dle všech typů hodnot R. Pro Vision 100 boroskop – prohlížení nepřístupných míst sondou o průměru 10mm a délce 1m.

IT – infračervená defektoskopie

PYROPEN–L laserem zaměřovaný bodový teploměr – měření teploty povrchu těles v záporných i kladných hodnotách až 2000 °C.

PoT – potenciometrické zkoušky

JK1 přístroj měření hloubek trhlin do 50mm a elektrické vodivosti.

PXA 20

extenzometr pro přesný záznam změn délek v 0,0001mm na površích.

Dynamické tvrdoměry

kapesní POLDI kladívko k měření HB kuličkou d10mm na odlitcích a výkovcích,
Hardscheck DHT-300 – Shoreho odrazová metoda měření HS, HV, HRC na velkých výrobcích a těžko přístupných místech hotových výrobků.

Referenční pracoviště OLYMPUS CZ

OmniScan MX firmy Olympus je výjimečný ultrazvukový defektoskop, který ve své kategorii těžko hledá konkurenta. K přístroji je možno připojit modul phased array nebo modul vířivých proudů – díky výměnnému modulu zařízení prakticky nezestárne a bude odpovídat stále nejnovějším technologiím. Možná kvantifikace porezity stěn odlitků a produktů PM.

Referenční pracoviště ELKOSO Brno

Strukturoskopy REMAG, DOMENA, CASTA, TELIT na místní magnetické měření tvrdosti a struktury litin a ocelí a degradace austenitických ocelí bez porušení integrity povrchu broušením, porušením nátěru. Vhodné pro litinové odlitky a výrobky. Strukturní obraz velkých a složitých odlitků. Vhodné pro řešení vleklých provozních problémů s materiálovou jakostí, stavu zkřehnutí dlouhodobým, nebo nepřiměřeným provozem oceli např. ventilů spalovacích pístových motorů.

Laboratoř Geopolymerů

Výzkum je zaměřen na vývoj geopolymerů a geopolymerních kompozitů. Geopolymery jsou alkalicky aktivované aluminosilikáty, které mají oproti podobnému materiálu, Portlandskému cementu, mnoho výhod, jako větší pevnost v tlaku, požární odolnost, škálovatelnou hustotu, vysokou odolnost proti chemikáliím, nebo nízkou uhlíkovou stopu.Těchto materiálů lze využít ve stavebnictví pro zvýšení prevence, ochrany a bezpečnosti v případě požáru současně s omezením šíření ohně. Použitím účinné technologie povrchových úprav kovových a dřevěných konstrukcí a způsobem využití materiálů na bázi geopolymerů, lze zajistit prodloužení doby evakuace osob při požáru. Použítí geopolymerů je však mnohem širší, v současnosti například probíhá výzkum 3D tisku geopolymerních směsí, akustické ochrany, nebo výzkum ochrany vraků a podvodních staveb geopolymery. Geopolymery je možno modifikovat a povrchově upravovat a docílit tak například větší odolnosti vůči kapalinám či povětrnostním vlivům.