2019

Browse

Now showing 1 - 5 of 37

The Role of Bi/Material Interface in Integrity of Layered Metal/Ceramic
(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Masini, Alessia; Chlup, Zdeněk; Černý, Martin; Bermejo, Raul
The present doctoral thesis summarises results of investigation focused on the characterisation of materials involved in Solid Oxide Cell technology. The main topic of investigation was the ceramic cell, also known as MEA. Particular attention was given to the role that bi-material interfaces, co-sintering effects and residual stresses play in the resulting mechanical response. The first main goal was to investigate the effects of the manufacturing process (i.e. layer by layer deposition) on the mechanical response; to enable this investigation, electrode layers were screen-printed one by one on the electrolyte support and experimental tests were performed after every layer deposition. The experimental activity started with the measurement of the elastic characteristics. Both elastic and shear moduli were measured via three different techniques at room and high temperature. Then, uniaxial and biaxial flexural strengths were determined via two loading configurations. The analysis of the elastic and fracture behaviours of the MEA revealed that the addition of layers to the electrolyte has a detrimental effect on the final mechanical response. Elastic characteristics and flexural strength of the electrolyte on the MEA level are sensibly reduced. The reasons behind the weakening effect can be ascribed to the presence and redistribution of residual stresses, changes in the crack initiation site, porosity of layers and pre-cracks formation in the electrode layers. Finally, the coefficients of thermal expansion were evaluated via dilatometry on bulk materials serving as inputs for finite elements analyses supporting experiments and results interpretation. The second most important goal was to assess the influence of operating conditions on the integrity of the MEA. Here interactions of ceramic–metal interfaces within the repetition unit operating at high temperatures and as well at both oxidative and reductive atmospheres were investigated. The elastic and fracture responses of MEA extracted from SOC stacks after several hours of service were analysed. Layer delamination and loss of mechanical strength were observed with increasing operational time. Moreover, SEM observations helped to detect significant microstructural changes of the electrodes (e.g. demixing, coarsening, elemental migration and depletion), which might be responsible for decreased electrochemical performances. All the materials presented in this work are part of SOC stacks produced and commercialised by Sunfire GmbH, which is one of the world leading companies in the field.
Termomechanická a izotermická únava povrchově upravené niklové superslitiny
(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Šulák, Ivo; Obrtlík, Karel; Pantělejev, Libor; Polák, Jaroslav
Systémy tepelných bariér na bázi oxidu zirkoničitého stabilizovaného oxidem ytritým patří mezi komerčně nejrozšířenější povrchové úpravy nacházející praktické uplatnění v leteckých motorech a pozemních energetických turbínách. Účelem tepelných bariér je primárně ochrana substrátu před působením vysokých teplot a rovněž zvýšení jeho oxidační odolnost. V současné době v relaci k poměrně častým sopečným erupcím a zvyšující se intenzitě letecké dopravy v pouštních oblastech je upírána pozornost směrem k novým povlakům, které budou odolávat tzv. CMAS poškození a zároveň budou splňovat nejpřísnější požadavky leteckého průmyslu. Speciálně pro tuto práci byly vyvinuty dva nové experimentální povlaky sestávající ze tří na sebe navazujících vrstev, z nichž svrchní dvě tvoří tepelně izolační keramický povlak. U první varianty povlaku použitého pro izotermické zkoušky je nejsvrchnější vrstva tvořena směsí mullitu a hexacelsianu v poměru 70/30 hm. %. Druhý typ nejsvrchnějšího povlaku, který byl použit pro termomechanické zkoušky, tvořila směs Al6Si2O13 + MgAl2O4 + BaCO3. Na svrchní vrstvy povlaku navazuje komerčně nejvyužívanější oxidem ytritým stabilizovaný oxid zirkoničitý. Metalický povlak, který je přímo deponovaný na substrát niklové superslitiny MAR-M247 je na bázi CoNiCrAlY a plní kompenzační funkci mezi mechanickými vlastnosti niklové superslitiny a svrchního keramického povlaku. Systém tepelné a environmentální bariéry byl deponován technologií plasmatického nástřiku (APS). Hlavním cílem této práce bylo hodnocení vlivu nově vyvinuté tepelné a environmentální bariéry, která má vysoký potenciál při ochraně povrchu komponent v agresivním prostředí, na izotermické a termomechanické únavové chování niklové superslitiny MAR-M247. Únavové zkoušky byly provedeny nejprve na nepovlakovaném materiálu a následně na povlakované superslitině v režimu řízení deformace s konstantní amplitudou celkové deformace. Byly zaznamenány křivky zpevnění/změkčení, cyklické deformační křivky a křivky životnosti v reprezentaci amplitudy celkové deformace, amplitudy plastické deformace a amplitudy napětí na počtu cyklů do lomu. Mikrostrukturní analýza superslitiny MAR-M247 a nových experimentálních povlaků byla provedena ve skenovacím elektronovém mikroskopu. Byla identifikována místa iniciace a byl popsán proces šíření únavových trhlin. Dislokační struktury povlakované i nepovlakované superslitiny byly studovány v transmisním elektronovém mikroskopu. Hlavním přínosem této dizertační práce jsou zjištěné parametry nízkocyklové únavy povlakované a nepovlakované superslitiny MAR-M247 a identifikace mechanizmů poškození pro jednotlivé druhy zatěžování. Dosažené výsledky umožní přesnější odhady zbytkové životnosti součásti a bezpečnější provoz vysokoteplotních zařízení.
Short Crack Growth in Materials for High Temperature Applications
(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Mazánová, Veronika; Polák, Jaroslav; Obrtlík, Karel; Krupp, habil Ulrich
Pokročilá vysoce legovaná austenitická nerezová ocel Sanicro 25 s Fe-Ni-Cr matricí byla studována za podmínek nízkocyklové únavy za pokojové a vysoké teploty 700 °C. Široká škála moderních experimentálních technik byla použita ke studiu vzájemně souvisejících efektů chemického složení slitiny, mikrostrukturních změn a deformačních mechanismů, které určují odolnost materiálu vůči poškození. Hlavní úsilí bylo zaměřeno na studium iniciace únavových trhlin a růstu krátkých trhlin, tedy dvě stádia, která hrají zásadní roli ve výsledné celkové délce únavového života materiálu v provozu. • Vnitřní deformační mechanismy byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu, který je pozorován ve formě persistentních skluzových stop na povrchu. Bylo zjištěno, že vysoce planární charakter dislokačního skluzu způsobuje vysokou lokalizaci cyklické plastické deformace do persistentních skluzových pásů, což v důsledku vede k nukleaci “Stage I” trhlin, která je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na povrchu ve všech studovaných vzorcích. Bylo zjištěno, že praskání dvojčatových hraníc je taktéž spojeno s přítomností persistentních skluzových stop podél povrchové stopy dvojčatové roviny. • Interkrystalická iniciace únavové trhliny byla pozorována pouze zřídka, a to za podmínek zatěžování amplitudami vysoké deformace. Bylo zjištěno že interkrystalická iniciace je spojena s přítomností persistentních skluzových stop na hranicích zrn. Hranice zrn praskají za podmínek externího tahového zatížení zejména z důvodu vysokého počtu nekompatibilit na hranicích zrn, které jsou způsobené tvarem persistentních skluzových stop. • Mechanismy růstu přirozených krátkých trhlin byly studovány na vzorcích vystavených nízkocyklove únava s nízkou i vysokou deformací. Role mikrostruktury byla analyzována pomocí experimentálních technik a diskutována. • Rychlosti šíření nejdelších trhlin byly měřeny na vzorcích s mělkým vrubem. Výsledky byly analyzovány použitím přístupů lomové mechaniky založených na amplitudě KI a J-integrálu stejně jako na amplitudě plastické deformace. Všechny přístupy byly diskutovány v souvislosti s Mansonovými-Coffinovými křivkami únavové životnosti. Jednoduchý mocninový zákon růstu krátkých trhlin založený na amplitudě plastické deformace ukazuje velice dobrou korelaci se zákonem únavové životnosti. • Byla studována role oxidace v podmínkách cyklického zatěžování za vysokých teplot. Bylo zjištěno, že křehké praskání zoxidovaných hranic zrn hraje hlavní roli v počátečních stádiích nukleace trhlin. Později po iniciaci se dráha růstu trhliny mění preferenčně na transkrystalickou. Dráha šíření trhlin je velmi podobná dráze zjištěné při cyklování za pokojové teploty.
Modifikace povrchu kovových materiálů s využitím elektronového svazku
(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Matlák, Jiří; Foret, Rudolf; Dupák, Libor; Houdková, Šárka
Rychlé vychylování představuje jednu z velkých předností elektronového svazku, díky které je možné zpracovat naráz poměrně velikou oblast a zároveň modifikovat distribuci dodávané energie. Dizertační práce je zaměřena na povrchové tepelné zpracování elektronovým svazkem s důrazem na zhodnocení vlivu způsobu vychylování svazku na tento proces. Dále je studován vliv rychlosti zpracování a míry rozostření elektronového svazku. V literární části práce je uveden princip technologie elektronového svazku a souhrn poznatků z oblasti povrchového tepelného zpracování různých materiálů. Experimentální část je věnována studiu vlivu parametrů zařízení na proces zpracování jak v pevné fázi, realizováno na oceli 42CrMo4, tak i v kapalné fázi na slitině NiCrBSi. Dosažené výsledky jsou posuzovány především z hlediska změn struktury, tvrdosti, tvaru zpracované oblasti a odolnosti proti opotřebení. Rovněž je provedeno zhodnocení výsledků z energetického hlediska. Dále pak je pro povrchové tepelné zpracování v pevné a kapalné fázi doporučena optimální kombinace technologických parametrů.
Metodika vývoje a validace softwaru pro bezpečnostní části řídících systémů v divadelní technice
(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Drlík, Michal; Blecha, Petr; Suchánek, Rostislav; Sinay, Juraj
Předložená práce nejdříve popisuje, co je to divadlo a jaké typy mechanismů se v divadle nacházejí. Následně je problematika jevištních strojně technických mechanismů uvedena do kontextu české, potažmo evropské legislativy s důrazem na použití technických norem, které jsou nutné splnit, aby bylo tohoto cíle dosaženo. V další části je proveden rozbor řídicích systémů, které se používají v jevištní technice s důrazem na funkčnost těchto systémů, neboť ta následně určuje počet a rozsah možných nebezpečí a nebezpečných událostí. Tato nebezpečí jsou poté podrobně vyjmenována a specifikována, čímž je kladen důraz na jejich existenci, závažnost a nutnost řešení. Je také nastíněno řešení, že tyto nebezpečí a nebezpečné události jsou v mnoha případech řešitelné použitím programovatelných systémů souvisejících s bezpečností, potažmo bezpečnostních funkcí realizovaných těmito funkcemi. Jednotlivé kroky jsou popsány do V-modelu s patřičnými dokumenty každého z kroků V-modelu. Výsledkem této práce bude navržený model metody vývoje a validace softwaru pro programovatelné a řídicí systémy v divadelní technologii.

Browse

Recent Submissions