Modyfikacja struktury i właściwości masywnych szkieł metalicznych w niskotemperaturowej plazmie

Numer: 2018/29/B/ST8/01610

Program/Konkurs: OPUS 15

Jednostka finansująca: NCN

Kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Tadeusz Kulik

Funkcja: lider

Czas realizacji: 2019-2023

Opis:

Szkła metaliczne są nowoczesnymi materiałami inżynierskimi o unikalnych właściwościach, które zawdzięczają amorficznej strukturze atomowej. Jest to struktura rzadko spotykana wśród materiałów metalicznych m.in. dlatego, że jest termodynamicznie niestabilna. Oznacza to, że w przypadku narażenia na podwyższoną temperaturę występuje ryzyko utraty amorficzności, a więc i znaczne pogorszenie wielu właściwości. Celem projektu było zbadanie możliwości modyfikacji powierzchni masywnych szkieł metalicznych na bazie cyrkonu poprzez dyfuzję takich pierwiastków jak azot czy tlen w procesach realizowanych w niskotemperaturowej plazmie w aspekcie poprawy ich właściwości użytkowych, tj. twardości, odporności na zużycie przez tarcie i korozję. W ramach realizacji projektu wytworzono na szkle Zr₄₈Cu₃₆Al₈Ag₈ warstwy powierzchniowe w procesach obróbek jarzeniowych w niskotemperaturowej plazmie takich jak: azotowanie, tlenoazotowanie, utlenianie oraz nawęglanie dyfuzyjne.

Szczególnie interesujące okazały się warstwy azotowane oraz utleniane, których wytworzenie skutkowało znacznym wzrostem twardości i odporności na zużycie przez tarcie. Silna zależność uzyskanej twardości od parametrów procesu wydaje się być atrakcyjnym narzędziem pozwalającym projektować właściwości powierzchniowe masywnych szkieł metalicznych na bazie cyrkonu w drodze obróbek jarzeniowych w niskotemperaturowej plazmie.
Uzyskane wyniki, wskazujące na możliwość znacznego podniesienia właściwości mechanicznych wierzchniej warstwy masywnych szkieł metalicznych bez utraty amorficzności podłoża, wzbudziły zainteresowanie zarówno osób zajmujących się naukowo tematyką wytwarzania metalicznych materiałów amorficznych, jak i środowiska przemysłowego. Wyniki projektu, poza możliwością ich praktycznego zastosowania, umożliwiły poszerzenie wiedzy na temat dyfuzji w masywnych szkłach metalicznych w układach nierównowagowych, w których jako źródło czynnika dyfundującego stanowi niskotemperaturowa plazma, pozwalająca na wzrost aktywności atomów pierwiastka dyfundującego oraz zwiększenie współczynnika adsorpcji. Uzyskano informację na temat wpływu stopniowego wprowadzania dyfuzyjnego pierwiastków (tlen, azot, węgiel) na stabilność struktury amorficznej podłoża, zachodzenie procesów krystalizacji w mikroobszarach przypowierzchniowych oraz wpływu zmian składu chemicznego na wybrane właściwości mechaniczne masywnych szkieł metalicznych.