Strona: Projekty badawcze / Katedra Nauki o Materiałach

Projekt o numerze rejestracyjnym 2016/23/D/ST5/01343 przyznany w ramach konkursu SONATA 12 przez Narodowe Centrum Nauki

Okres realizacji projektu: 2017 - 2021

Budżet projektu: 387 800 zł

Celem projektu było określenie mechanizmu procesu korozji fazy międzymetalicznej θ (Al₂Cu) występującej w stopach aluminium zawierających miedź jako dodatek stopowy, w roztworach kwaśnych, w obecności izo- i heteropolioksomolibdenianów, wolframianów i wanadanów. Mogą być one zamiennikami dla związków chromu(VI), które są często stosowane jako inhibitor korozji w roztworach do trawienia powierzchni elementów wytworzonych ze stopów aluminium, w szczególności do określania masy powłok anodowych metodą wagową. Konieczność zastąpienia związków chromu(VI) wynika z ich dużej toksyczności - rakotwórczości i mutagenności i jest określona rozporządzeniem REACH Parlamentu Europejskiego i Rady. Ponieważ w mikrostrukturze stopów aluminium występuje wiele faz pośrednich, prawidłowy dobór inhibitorów korozji wymaga zrozumienia oddziaływania tych faz ze środowiskiem korozyjnym.

Realizacja projektu obejmowała wytworzenie stopu o budowie fazowej Al₂Cu przez stopienie czystych składników w elektrycznym piecu łukowym a następnie określenie szybkości jego korozji w funkcji składu chemicznego roztworów i temperatury. W badaniach elektrochemicznych zastosowano metodę polaryzacji liniowej i elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną. Kinetykę tworzenia błękitu molibdenowego w układzie Al₂Cu - H₃PO₄ - Na₂MoO₄ określono metodą spektrofotometryczną. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że badane izo- i heteropolioksometalany nie są skutecznymi inhibitorami korozji fazy Al₂Cu, która ma silną tendencję do korozji selektywnej w roztworach o pH < 2. Pomimo tego uzyskane wyniki mają duże znaczenie dla ochrony przed korozją stopów aluminium. Najbardziej obiecującym jest układ H₃PO₄ - Na₂MoO₄ ponieważ na powierzchni fazy Al₂Cu tworzy się warstewka ochronna o małej grubości zbudowana z tlenków molibdenu na różnych stopniach utlenienia. Przy odpowiedniej wartości potencjału korozyjnego powinno to pozwolić na zahamowanie przebiegu procesu katodowego (wydzielanie H₂) przebiegającego w przypadku stopów aluminium m. in. na powierzchni fazy Al₂Cu. Jednocześnie heteropolioksomolibdenian hamuje przebieg procesu anodowego - roztwarzania ziarn roztworu stałego Al.

Podczas realizacji projektu powstały następujące artykuły naukowe:

1. P. KWOLEK: Corrosion behaviour of 7075 aluminium alloy in acidic solution. RSC Advances 10 (2020) 26078-26089, DOI: 10.1039/d0ra04215c.
2. P. KWOLEK, B. KOŚCIELNIAK, M. WYTRWAŁ-SARNA: Pentavalent Vanadium Species as Potential Corrosion Inhibitors of Al₂Cu Intermetallic Phase in the Sulfuric(VI) Acid Solutions. Materials 13 (2020) 1946.
3. P. KWOLEK: Effect of Na₃VO₄ inhibitor on the corrosion resistance of Al₂Cu intermetallic phase in H₃PO₄ aqueous solution. Archives of Metallurgy and Materials 65 (2020) 175-183.
4. P. KWOLEK, K. DYCHTOŃ, M. PYTEL: Orthophosphoric acid solutions of sodium orthovanadate, sodium tungstate, and sodium molybdate as potential corrosion inhibitors of the Al₂Cu intermetallic phase. Journal of Solid State Electrochemistry, 23 (2019) 3019-3029.
5. P. KWOLEK, A. GRADZIK, D. SZELIGA, B. KOŚCIELNIAK: Selective corrosion of Al₂Cu intermetalllic phase in orthophosphoric acid aqueous solutions. Archives of Metallurgy and Materials, 64 (2019) 1223 – 1229.
   
6. M. WOJNICKI, P. KWOLEK: Spectrophotometric study of corrosion inhibition of aluminium in orthophosphoric acid aqueous solutions by using sodium molybdate. Corrosion Engineering Science and Technology, 54 (2019), 199 – 204.
   
7. P. KWOLEK, A. PUSTUŁA, W.J. NOWAK: Influence of molybdophosphoric acid on the kinetics of the anodic coating dissolution. Surface & Coatings Technology, 357 (2019) 535–542.
   
8. P. KWOLEK, J. SIENIAWSKI: Sodium molybdate as the corrosion inhibitor of aluminium alloys in the acidic solution. Ochrona przed korozją, 61 (2018), 86 – 89.

Konkurs: Preludium 11 finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w Krakowie

Analiza doskonałości struktury krystalicznej w mikroobszarach monokryształów z nadstopu niklu CMSX-4 w warunkach oddziaływania temperatury i czasu

Numer rejestracyjny: 2016/21/N/ST8/00240

Numer umowy: UMO-2016/21/N/ST8/00240

Kwota umowy: 129 600,00

Termin rozpoczęcia: 2017-01-25

Termin zakończenia 2020-01-24

Kierownik Projektu: mgr inż. Kamil Gancarczyk

Cel prowadzonych badań / hipoteza badawcza

Rozwój fizyki ciała stałego i wielu dziedzin techniki, szczególnie elektroniki i mechatroniki ale także budowy maszyn wiąże się ściśle z zastosowaniem monokryształów. W zagadnieniach fizyki ciała stałego istotna jest doskonałość struktury monokryształów i anizotropia ich właściwości fizycznych, chemicznych i mechanicznych. Najczęściej wg encyklopedycznych definicji opisuje się monokryształy jako materiały będące w całości jednym kryształem. Monokryształy nadstopów niklu są szczególnymi – ich struktura utworzona jest bowiem nie z jednego lecz dwóch składników fazowych - kryształów fazy γ i fazy γ’ o silnie zbliżonych wartościach ich stałych sieciowych – odpowiednio a_0γ = 0,352 nm i a_0γ’ = 0,3561 nm. Dlatego ocena doskonałości struktury krystalicznej monokryształów z wieloskładnikowego nadstopu niklu CMSX-4 w mikroobszarach jego podstawowych składników fazowych umożliwia prognozowanie jego anizotropowych właściwości. Ze względu na zastosowanie monokryształów z nadstopów niklu badania doskonałości struktury krystalicznej monokryształów wykonano w&nbsp:warunkach zmiennej temperatury i czasu – obróbki cieplnej. Analiza uzyskanych wyników badań była podstawą do sformułowania wniosków dotyczących wpływu temperatury i czasu na wartości stałej sieciowej składników fazowych – fazy γ i γ’, ich orientację krystaliczną oraz wzajemną dezorientację. Przyjęto hipotezę, że warunki oddziaływania temperatury i czasu wpływają na orientację krystaliczną składników fazowych γ i γ’ w mikroobszarach i w konsekwencji na orientację krystaliczną całego monokryształu oraz jego właściwości.

Zrealizowane cele

• określenie wartości kąta odchylenia α_z w monokryształach wytworzonych z prędkością wyciągania formy 1, 3 i 5 mm/min w stanie lanym i po obróbce cieplnej – przesycaniu i starzeniu
• wyznaczenie wartości stałych sieciowych faz γ i γ’ oraz kąta odchylenia tych faz w monokryształach w stanie lanym i po obróbce cieplnej
• ustalenie wartości kąta dezorientacji α_b bloków w monokryształach
• scharakteryzowanie morfologii składników fazowych mikrostruktury monokryształów w stanie lanym i po obróbce cieplnej
• określenie odporności na pełzanie monokryształów w stanie lanym i po obróbce cieplnej