Inżynieria materiałowa

1. Elektrochemiczna synteza chalkogenków metali przejściowych.

Promotor: dr hab. inż. Remigiusz Kowalik

Promotor pomocniczy: dr inż. Michał Stępień

Katedra Fizykochemii i Metalurgii Metali Nieżelaznych, Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie:Celem naukowym proponowanej rozprawy doktorskiej jest elektrochemiczna synteza chalkogenków metali przejściowych. Badania będą obejmowały optymalizację parametrów procesu elektrochemicznego osadzania powłok wybranych metali przejściowych z siarką, selenem lub tellurem. Głównym kryterium doboru współosadzonych pierwiastków będzie potencjalna możliwość zastosowania zsyntezowanego związku jako katalizatora w procesie produkcji wodoru metodą elektrolizy.

Optymalizacja procesu elektroosadzania będzie wymagała dobrania odpowiedniego elektrolitu (skład, stężenia składników, pH, dobór buforu, dobór związku kompleksującego, etc.), a następnie określenie zakresu parametrów procesu elektrolizy, w którym będzie możliwe jednoczesne współosadzanie składników wybranych stopów o ściśle określonym składzie. Istotnym etapem proponowanego doktoratu będzie określenie mechanizmu i kinetyki osadzania zarówno poszczególnych pierwiastków, jak i ich wzajemnego oddziaływania podczas współosadzania z jednej kąpieli. Otrzymane powłoki będą poddane badaniom mającym na celu analizę składu chemicznego i fazowego oraz struktury i morfologii powierzchni. Następnie osadzone warstwy będą poddawane szerokiemu spektrum badań elektrochemicznych, mających na celu szczegółowe określenie ich właściwości katalitycznych w procesie wydzielania wodoru oraz właściwości korozyjnych w wybranych środowiskach.

Zaplecze badawcze: Laboratoria na Wydziale Metali Nieżelaznych są wyposażone we wszystkie niezbędne urządzenia niezbędne do realizacji proponowanego tematu badawczego:

  • potencjostaty/galwanostaty, bipotencjostaty

  • elektrochemiczna mikrowaga kwarcowa z celką przepływową

  • rotor z wirującą elektrodą dyskową oraz wirującą elektrodą dyskową z pierścieniem

  • spktrofotometry UV-VIS-NIR

  • spktrofotometry UV-VIS

  • elipsometr

  • mikroskopy optyczne i konfokalne

  • mikroskop sił atomowych

  • skaningowy mikroskop tunelowy

  • dyfraktometr rentgenowski

  • spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z detektorem WDS

  • skaningowy mikroskop elektronowy z detektorami EDS, WDS i EBSD

  • transmisyjny mikroskop elektronowy z detektorem EDS

  • spektrometr podczerwieni FT-IR

  • ultra szybki spektrofotometr UV-Vis (do 1000 widm/s)

  • kamera CCD (do 1000 fps)

  • spektrofotometr UV-Vis do pomiarów metodą zatrzymanego przepływu

  • reaktor ciśnieniowy PARR (do 200 bar)

  • mikroreaktory przepływowe (maksymalne ciśnienie pracy do 20 bar)

  • spektrometr DLS z przystawką do pomiaru potencjału zeta.

  • spektrometr emisyjny z plazmą mikrofalową

  • spektrometr absorpcji atomowej

Liczba miejsc: 2

 

 

2. Kompozytowe biomateriały oparte na fosforanach wapnia i bakteryjnych polimerach – polihydroksyalkanianach.

Promotor: dr hab. inż. Aneta Zima

Promotor pomocniczy: dr inż. Joanna Czechowska

Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Zagadnienie badawcze dotyczy wytworzenia biomateriałów kompozytowych opartych na fosforanach wapnia oraz bakteryjnych poliestrach – polihydroksyalkanianach o potencjalnym zastosowaniu w inżynierii tkanki chrzęstnej (blenda polimerowa z pyłem ceramicznym) oraz kostnej (pianki ceramiczne pokryte polimerem). Wytworzone materiały kompozytowe oprócz spełniania roli wypełniacza ubytku będą pełnić również funkcję nośnika leków o kontrolowanym czasie uwalniania. Bioceramika, która jest szeroko stosowana jako biomateriał, będzie stanowić dodatek zwiększający biozgodność oraz bioaktywność kompozytów. Proszki w blendzie polimerowej będą pełnić dodatkowo funkcję wzmacniającą. Te same proszki będą stanowić surowiec do wytworzenia „pianek” ceramicznych metodą odwzorowania matrycy poliuretanowej. Na etapie otrzymywania pianek zostaną określone parametry reologiczne gęstw ceramicznych służących do nasączania matryc poliuretanowych. Po wypaleniu, wytworzone pianki przejdą szereg badań (XRD, FTIR, Raman, porozymetria rtęciowa (MIP), wytrzymałość mechaniczna, mikrostruktura (SEM)).

Ceramiczne spieki będą pokrywane blendami. Elastomer będzie wzmacniał kruchą ceramikę, a monomery/metabolity uwolnione podczas jego degradacji posłużą komórkom regenerującym tkankę, jako substancje odżywcze. W celu potwierdzenia powyższych tez zostanie przeprowadzona analiza fizykochemiczna otrzymanych kompozytów.

Proponowane zagadnienie badawcze będzie realizowane w ramach projektu TECHMATSTRATEG pt. „Technologia biorafinacji olejów roślinnych do wytwarzania zaawansowanych materiałów kompozytowych”.

Liczba miejsc: 1

 

 

3. Stabilność struktury i właściwości żeliwa o osnowie ausferrytycznej (ADI)

Promotor: dr hab. inż. Marcin Górny, prof. AGH

Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych, Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Temat rozprawy dotyczy nowoczesnych komponentów odlewanych wykonanych z żeliwa sferoidalnego o osnowie metalowej ausferrytycznej (ADI, ang. Austempered Ductile Iron). Tytuł projektu jest ściśle związany z tworzeniem struktury, jej stabilnością oraz zmianami właściwości mechanicznych, towarzyszących oddziaływaniu zmiennej temperatury, która może w istotny sposób wpłynąć na właściwości odlewów. Doskonała kombinacja właściwości odlewów z żeliwa sferoidalnego o osnowie ausferrytycznej otwiera nowe możliwości dla wysokojakościowego żeliwa, zastępując odlewy i odkuwki ze stali oraz odlewy ze stopów aluminium, w wielu zastosowaniach inżynierskich, przy znacznych korzyściach finansowych. Ważnym aspektem proponowanego tematu jest duża atrakcyjność żeliwa sferoidalnego ADI. Jest to stop odlewniczy, który jest doskonałym materiałem, wykazuje ostatnio wysokie tempo rozwoju. Dane literaturowe dostarczają ograniczone informacje związane ze stabilnością struktury oraz właściwości odlewów z żeliwa sferoidalnego ADI poddanych działaniu podwyższonej temperatury. Ze względu na to, że drugi etap obróbki cieplnej obejmuje zakres 250-450oC, ważne z punktu widzenia eksploatacji takich odlewów jest poznanie stabilności struktury i właściwości mechanicznych odlewów z żeliwa ADI poddanych wygrzewaniu w podwyższonych temperaturach, bliskich tych stosowanych podczas procesu ausferrytyzacji. Stabilność struktury może mieć istotne znaczenie przy projektowaniu komponentów odlewanych, zwłaszcza w produkcji motoryzacyjnej, gdzie stabilność struktury i właściwości mają kluczowe znaczenie przy wyborze danego tworzywa. Głównym problemem badawczym przedstawionym w projekcie do rozwiązania jest analiza stabilności struktury i właściwości żeliwa ausferrytycznego (gatunków z ausferrytem dolnym oraz z ausferrytem górnym) z grafitem sferoidalnym. Drugim problemem badawczym jest ocena wpływu krytycznych parametrów stabilności struktury i właściwości (skład chemiczny, temperatura i czas ausferrytyzacji, początkowa mikrostruktura żeliwa sferoidalnego).

Zaplecze badawcze: Wydział Odlewnictwa dysponuje zapleczem badawczym umożliwiającym realizację zaproponowanego tematu. W szczególności Wydział Odlewnictwa zapewnia dostęp do odlewni doświadczalnej oraz laboratorium umożliwiającego realizację obróbki cieplnej. Ponadto zapewniony jest dostęp do badań dylatometrycznych, analizy termicznej DSC, mikroskopii optycznej i skaningowej oraz preparatyki przygotowania próbek do badań.

Liczba miejsc: 1

 

 

4. Oddziaływanie cząstek grafitu z frontem krystalizacji w żeliwie sferoidalnym wysokoniklowy

Promotor: dr hab. inż. Marcin Górny, prof. AGH

Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych, Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Temat doktoratu dotyczy odlewów cienkościennych, to znaczy takich, których grubość ścianki wynosi ≤ 5 mm. Tytuł projektu jest ściśle związany z tworzeniem struktury, która decyduje o ostatecznych właściwościach odlewów. Doskonała kombinacja właściwości odlewów cienkościennych z żeliwa sferoidalnego, w tym odlewów cienkościennych z żeliwa sferoidalnego stopowego (np. żeliwo sferoidalne austenityczne) otwierają nowe możliwości zwłaszcza aplikacyjne dla żeliwa. Ważnym aspektem proponowanego projektu jest duża atrakcyjność żeliwa sferoidalnego o osnowie austenitycznej. Po pierwsze jest to stop odlewniczy, który jest doskonałym materiałem do badań podstawowych procesu tworzenia struktury pierwotnej ze względu na brak przemiany eutektoidalnej. Drugim ważnym aspektem jest to, że takie wysokojakościowe żeliwo sferoidalne (z wydzieleniami grafitu kulkowego) jest stopem, który wykazuje w krajach wysokorozwiniętych jak i Polsce największe tempo rozwoju. Wprowadzenie niklu do żeliwa przeznaczonego do pracy w niskich wartościach temperatury ma na celu otrzymanie osnowy wyłącznie austenitycznej. Tego rodzaju żeliwo sferoidalne można stosować w ekstremalnie ujemnych zakresach temperatury, tj. do -200 oC. Głównym problemem badawczym tematu rozprawy jest opis tworzenia struktury (tworzenie ziaren pierwotnych oraz kształtowanie eutektyki globularnej) w odlewach cienkościennych o osnowie austenitycznej. Drugim problemem badawczym jest analiza wpływu istotnych czynników na tworzenie tej struktury powstającej w warunkach stygnących z dużymi szybkościami o grubości ścianek 3-5 mm. Ze względu na bardzo ograniczone dane literaturowe dotyczące odlewów cienkościennych z wysokojakościowego żeliwa wysokoniklowego, analiza wpływu istotnych czynników na tworzenie struktury pierwotnej (dendrytów austenitu) oraz tworzenie eutektyki globularnej, stygnących z dużymi szybkościami dostarczy brakujących informacji związanych z tym bardzo atrakcyjnym stopem do specyficznych zastosowań.

Zaplecze badawcze: Wydział Odlewnictwa dysponuje zapleczem badawczym umożliwiającym realizację zaproponowanego tematu. W szczególności Wydział Odlewnictwa zapewnia dostęp do odlewni doświadczalnej oraz laboratorium umożliwiającego realizację obróbki cieplnej. Ponadto zapewniony jest dostęp do badań dylatometrycznych, analizy termicznej klasycznej oraz DSC, mikroskopii optycznej i skaningowej oraz preparatyki przygotowania próbek do badań. Dodatkowo doktoranci mają dostęp do programów symulacyjnych typu Magma, Procast i innych.

Liczba miejsc: 1

 

 

5. Odzyskiwanie metali ziem rzadkich z lamp fluorescencyjnych i energooszczędnych.

Promotor: dr hab. inż. Remigiusz Kowalik

Promotor pomocniczy: dr inż. Michał Stępień

Katedra Fizykochemii i Metalurgii Metali Nieżelaznych, Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Celem proponowanego tematu rozprawy doktorskiej jest opracowanie technologii odzysku metali ziem rzadkich z proszku powstałego ze zmielenia zużytych lamp fluorescencyjnych i lamp energooszczędnych. Najbardziej wartościowymi pierwiastkami, które są zawarte w tego rodzaju odpadach to itr i europ. Tym samym prace badawcze będą skupiały się przede wszystkim na dobraniu odpowiedniej sekwencji metod metalurgicznych umożliwiającej odzysk wyżej wymienionych pierwiastków i otrzymania ich w formie spełniającej kryteria produktu handlowego, a tym samym umożliwiające ich ponowne zastosowanie. Dobór metody odzysku metali będzie zależał przede wszystkim od ich zawartości w surowcu odpadowym oraz towarzyszących im innych substancji. Biorąc pod uwagę właściwości chemiczne metali ziem rzadkich, kluczowymi technikami wykorzystywanymi do odzysku itru i europu będą klasyczne metody hydrometalurgiczne, takie jak ługowanie, ekstrakcja czy techniki membranowe. Prace badawcze będą koncertowały się zarówno na optymalizacji procesu odzysku itru i europu, celem osiągnięcia jak największej wydajności oraz selektywności, a także na zrozumieniu mechanizmu i kinetyki procesów zachodzących podczas ich odzysku wybranymi metodami.

Zaplecze badawcze: Laboratoria na Wydziale Metali Nieżelaznych są wyposażone we wszystkie niezbędne urządzenia niezbędne do realizacji proponowanego tematu badawczego:

  • potencjostaty/galwanostaty, bipotencjostaty

  • elektrochemiczna mikrowaga kwarcowa z celką przepływową

  • rotor z wirującą elektrodą dyskową oraz wirującą elektrodą dyskową z pierścieniem

  • spktrofotometry UV-VIS-NIR

  • spktrofotometry UV-VIS

  • elipsometr

  • mikroskopy optyczne i konfokalne

  • mikroskop sił atomowych

  • skaningowy mikroskop tunelowy

  • dyfraktometr rentgenowski

  • spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z detektorem WDS

  • skaningowy mikroskop elektronowy z detektorami EDS, WDS i EBSD

  • transmisyjny mikroskop elektronowy z detektorem EDS

  • spektrometr podczerwieni FT-IR

  • ultra szybki spektrofotometr UV-Vis (do 1000 widm/s)

  • kamera CCD (do 1000 fps)

  • spektrofotometr UV-Vis do pomiarów metodą zatrzymanego przepływu

  • reaktor ciśnieniowy PARR (do 200 bar)

  • mikroreaktory przepływowe (maksymalne ciśnienie pracy do 20 bar)

  • spektrometr DLS z przystawką do pomiaru potencjału zeta.

  • spektrometr emisyjny z plazmą mikrofalową

  • spektrometr absorpcji atomowej

Liczba miejsc: 1

 

 

 

6. Analiza mikrostruktury materiałów metalicznych w oparciu o zaawansowane algorytmy rozpoznawania obrazów dyfrakcyjnych EBSD

Promotor: prof. dr hab. inż. Konrad Szaciłowski

Promotor pomocniczy: dr inż. Tomasz Tokarski

Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii

Streszczenie: W ramach badań będzie rozwijana nowa technika analizy mikrostruktury materiałów krystalicznych, wykorzystująca technikę SEM-EBSD. Istniejące systemy pomiarowe oparte o komercyjne oprogramowanie charakteryzują się ograniczoną do ok. 1 stopnia kątowego zdolnością rozdzielczą rozwiązania orientacji. Poprawa kątowej zdolności rozdzielczej otwiera potencjalne możliwości analizy statystycznej mikrostruktury materiałów poprzez obrazowanie tworzenia i ewolucji struktury dyslokacyjnej oraz wzajemnego oddziaływania poszczególnych jej składowych. W ramach pracy zrealizowana i przetestowana zostanie koncepcja nowych algorytmów analizy linii Kikuchiego oparta o tzw. metody słownikowe operujące w przestrzeni Radona. Celem jest co najmniej 10-krotna poprawa kątowej zdolności rozdzielczej przy zachowaniu dużej szybkości przetwarzania danych charakterystycznej dla algorytmów opartych o transformację Hougha. Opracowana metoda ma docelowo zostać zaimplementowana w badaniach ewolucji mikrostruktury dyslokacyjnej monokryształów o różnej komórce elementarnej.

Zaplecze badawcze: Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii jest kompleksowo wyposażone pod kątem proponowanego zagadnienia badawczego. Proponowany temat będzie wymagał zaangażowania eksperymentalnego na poziomie syntezy materiału, przeprowadzenia badań mechanicznych i mikrostruktury oraz teoretycznego w postaci opracowania i walidacji nowych algorytmów analizy obrazu. Jednostka ACMiN posiada na swoim wyposażeniu szereg urządzeń do przygotowania stopów metali, prowadzenia badań mechanicznych, pełnej preparatyki zgładów metalograficznych oraz analizy mikrostruktury z użyciem mikroskopii skaningowej. Dodatkowo do wykorzystania jest czas obliczeniowy na komputerze TERA-ACMIN umożliwiający efektywne testowanie obliczeniowo wymagających algorytmów analizy obrazu. Badania wpisują się tematy aktywnie prowadzone w III linii badawczej „Materiały do specjalnych zastosowań”. Rozwijana linia analityczna będzie wykorzystywana w bieżących projektach związanych z badaniem ewolucji mikrostruktury w materiałach polikrystalicznych oraz monokryształach.

Liczba miejsc: 1

 

7. Opracowanie modelu mikrostruktury wytwarzanego przyrostowo nadstopu niklu Inconel 625.

Promotor: dr hab. inż. Beata Dubiel, prof. AGH

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Celem proponowanego zagadnienia badawczego jest opracowanie dwuwymiarowego modelu rozkładu faz w nadstopie niklu Inconel 625 wytwarzanym przyrostowo w procesie selektywnego spajania proszku metalu przy użyciu wiązki lasera (ang. Laser Beam Powder Bed Fusion, PBF-L). Opracowanie modelu pozwoli na ograniczenie liczby czasochłonnych i kosztochłonnych eksperymentów koniecznych dla zapewnienia wymaganej mikrostruktury i właściwości nowych wyrobów wytwarzanych metodą tzw. druku 3D z nadstopu Inconel 625. Analiza fazowa wydzieleń metodami dyfrakcji elektronów w połączeniu z obrazowaniem mikrostruktury i rejestrowaniem map składu chemicznego umożliwi sporządzenie eksperymentalnych map rozkładu faz dla wybranych wartości temperatury i czasu. Opracowany model rozkładu faz będzie kompatybilny z wynikami lokalnej i  globalnej analizy fazowej i umożliwi stworzenie cyfrowej reprezentacji dwuwymiarowego rozkładu faz w analizowanym obszarze.

Zaplecze badawcze: Proponowane zagadnienie będzie częściowo realizowane w ramach projektu NCN OPUS 14 pt. „Ewolucja mikrostruktury podczas wysokotemperaturowego wyżarzania i pełzania” umowa nr 2017/27/B/ST8/02244, zadanie badawcze „Opracowanie modelu mikrostruktury ilościowo zgodnego z bilansem faz”. W projekcie zostanie ogłoszony konkurs na stypendium dla doktoranta wykonującego ww. zadanie w okresie kwiecień 2020-marzec 2021. Do sporządzenia eksperymentalnej mapy rozkładu faz zostaną wykorzystane mikroskopy elektronowe SEM i TEM będące na wyposażeniu WIMiIP AGH. Fazy równowagowe występujące w nadstopie Inconel 625 w wybranym zakresie temperatury będą wytypowane na podstawie obliczeń termodynamicznych przy użyciu oprogramowania FactSage będącego na wyposażeniu WIMiIP. Dla potrzeb opracowania modelu wykonane zostanie dedykowane oprogramowanie komputerowe z wykorzystaniem sprzętu komputerowego (komputery osobiste, serwery obliczeniowe) i środowisk programistycznych dostępnych na WIMiIP.

Liczba miejsc: 1

 

8. Charakterystyka zmian podstruktury dyslokacyjnej podczas pełzania wytwarzanego przyrostowo nadstopu niklu Inconel 625.

Promotor: dr hab. inż. Beata Dubiel, prof. AGH

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Celem proponowanego zagadnienia badawczego jest charakterystyka zmian podstruktury dyslokacyjnej w poszczególnych stadiach wysokotemperaturowego pełzania nadstopu niklu Inconel 625 wytwarzanego przyrostowo w procesie bezpośredniego osadzania materiału z użyciem skupionej wiązki energii (ang. Directed Energy Deposition, DED-L). Badania za pomocą TEM umożliwią charakterystykę jakościową i ilościową podstruktury dyslokacyjnej (oszacowanie gęstości dyslokacji, obserwacje siatek dyslokacyjnych, określenie wektorów Burgersa dyslokacji) oraz obserwację oddziaływania dyslokacjami z wydzieleniami i granicami ziaren. Charakterystyka podstruktury dyslokacyjnej doprowadzi do ustalenia mechanizmów pełzania wysokotemperaturowego nadstopu Inconel 625 wytwarzanego metodą DED-L. Pozwoli to w rezultacie na zrozumienie różnic w żarowytrzymałości wyrobów z tego stopu wytwarzanych za pomocą tzw. druku 3D i konwencjonalnymi metodami metalurgicznymi.

Zaplecze badawcze: Proponowane zagadnienie będzie częściowo realizowane w ramach projektu NCN OPUS 14 pt. „Ewolucja mikrostruktury podczas wysokotemperaturowego wyżarzania i pełzania” umowa nr 2017/27/B/ST8/02244. Badania mikrostruktury próbek pełzanych zostaną wykonane za pomocą mikroskopu Jeol JEM-2010 ARP, będącego na wyposażeniu WIMiIP AGH, przy użyciu specjalistycznych dwupochyłowych uchwytów do ilościowej analizy dyslokacji w kontraście dyfrakcyjnym.

Liczba miejsc: 1

 

9. Wymiana ciepła w warunkach kontaktu narzędzia i materiału w wysokotemperaturowych procesach metalurgicznych.

Promotor: dr hab. inż. Marcin Rywotycki

Promotor pomocniczy: dr inż. Agnieszka Cebo - Rudnicka

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Zjawisko wymiany ciepła przy kontakcie dwóch powierzchni stałych występuje w licznych procesach metalurgicznych jak np. ciągłe odlewanie stali lub procesy przeróbki plastycznej metali. Pola temperatur brył biorących udział w tym zjawisku są opisane równaniem Fouriera. Określenie termicznych warunków brzegowych jest konieczne do uzyskania dokładnego i jednoznacznego rozwiązania równania przewodzenia ciepła, które opisuje pole temperatury ciała uczestniczącego w tym zjawisku. Strumień ciepła pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym jest zależny od takich czynników jak temperatura, nacisk, obecność innych substancji jak np. zgorzelina. W pracy zostanie wykorzystana metodologia określania strumienia ciepła oraz współczynnika wymiany ciepła między dwoma ciałami stałymi pozostającymi w kontakcie. Składa się ona z dwóch etapów: eksperymentu i metody numerycznej. Pierwszy z nich to pomiary zmian temperatury w określonych punktach w dwóch próbkach pozostających w kontakcie. Część numeryczna wykorzystuje rozwiązanie odwrotne dla równania przewodzenia ciepła i metodę elementów skończonych do obliczania strumienia ciepła na powierzchni styku. Efektem końcowym pracy doktoranta będzie opracowanie modelu opisującego wymianę ciepła przy styku w funkcji temperatury, nacisku i grubości warstwy zgorzeliny.

Zaplecze badawcze: W trakcie dotychczasowej pracy została opracowana metodologia określania strumienia ciepła oraz współczynnika wymiany ciepła między dwoma ciałami stałymi pozostającymi w kontakcie. Zaplecze badawcze wydziału Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, planowane do użycia w pracy badawczej to: autorskie oprogramowanie wykorzystujące metoda inverse do wyznaczenia strumienia i współczynnika wymiany ciepła, pakiet numeryczny Ansys Fluent, maszyna wytrzymałościowa Zwick, mikroskopy elektronowe

Liczba miejsc: 1

 

10. Badania wpływu składu fazowego na podatność do przeróbki plastycznej nierównowagowych stopów wysokoentropowych.

Promotor: dr hab. inż. Krzysztof Muszka

Drugi promotor: dr hab. inż. Piotr Bała

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Ciągły postęp technologiczny wymaga opracowywania coraz nowszych materiałów, które będą się charakteryzowały innymi od dotychczasowych, znacznie bardziej wymagającymi własnościami. Stopy wysokoentropowe stanowią obecnie bardzo atrakcyjną grupę nowych materiałów, które ze względu na wysoką entropię konfiguracyjną mikrostruktury, charakteryzują się unikalnymi własnościami np. bardzo dobrą odpornością na promieniowanie radiacyjne oraz korozję. Zastosowanie tych stopów w przemyśle energetycznym (energetyka jądrowa, przechowywanie wodoru) wymaga jednak opracowania nowych technologii wytwarzania wyrobów gotowych z tych materiałów, w tym przede wszystkim ich przeróbki plastycznej co, ze względu na złożoną strukturę fazową stopów, jest dużym wyzwaniem – szczególnie we wieloskładnikowych nierównowagowych stopach o wysokiej entropii. Jednocześnie atrakcyjność tej grupy materiałów, wynikająca z obecności wielu składników fazowych umożliwia sterowanie złożonymi efektami rozwoju mikrostruktury (podobnie jak w obecnie produkowanych stalach typu TRIP i TWIP) a w efekcie ich przeróbkę plastyczną. Celem pracy będzie opracowanie nowych stopów oraz badanie ich podatności do odkształcania plastycznego na gorąco, ciepło i zimno jak również badanie własności mechanicznych i technologicznych przerobionych plastycznie stopów. Wykorzystane zostanie połączone podejście wieloskalowego modelowania numerycznego (mi.in. symulacje termodynamiczne oraz z wykorzystaniem chemii kwantowej - ab initio) i fizycznego, co pozwoli na określenie zależności pomiędzy stabilnością faz a ich podatnością na odkształcenie plastyczne. Badania posłużą do zrozumienia zależności pomiędzy składem chemicznym, strukturą a mechanizmami umocnienia i odkształcenia w wybranych stopach.

Zaplecze badawcze: Praca realizowana będzie w Katedrze Plastycznej Przeróbki Metali na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH. Wydział dysponuje zapleczem badawczym niezbędnym do realizacji pracy . Analiza mikrostrukturalna przeprowadzona zostanie z wykorzystaniem skaningowy mikroskopu elektronowego wyposażonego w mikroanalizatory do analizy składu chemicznego oraz tekstury. WIMiIP posiada także niezbędne urządzenia do badań reologicznych oraz do przeróbki plastycznej metali a także oprogramowanie komputerowym do symulacji termodynamicznych (ThermoCalc, JmatPro, FactSage). W ramach grantów obliczeniowych umożliwiony zostanie również dostęp do infrastruktury PL Grid, co pozwoli na wykorzystanie pakietów do modelowania „ab initio” (chemii kwantowej).

Liczba miejsc: 1

 

11. Wpływ pierwiastków stopowych na kształtowanie się eutektoidu w stopach podeutektoidalnych żelaza.

Promotor: dr hab. inż. Janusz Krawczyk, prof. AGH

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Klasyczny opis przemiany eutektoidalnej w stopach żelaza wskazuje na jej tworzenie się na granicach perytektyki. W przypadku stopów podeutektoidalnych w procesie tym odgrywa rolę przemieszczająca się granica międzyfazowa γ→α. Zmienna rozpuszczalność węgla w obu fazach skutkuje zarodkowaniem węglików na granicy międzyfazowej i wrastaniem ich w obszar powstałej wcześniej fazy α. Proces ten jest uzależniony od dyfuzji węgla oraz prawdopodobnie pierwiastków substytucyjnych. Pierwszy etap tworzenia się mieszaniny eutektoidalnej związany z wydzielaniem węglików trzeciorzędowych powinien być uzależniony od procesów zarodkowania i dyfuzji. Wpływ substytucyjnych pierwiastków stopowych węglikotwórczych i niewęglikotwórczych powinien mieć istotny wpływ na taki proces. Rolę odgrywa tu również wielkość dynamicznego przechłodzenia. Poznanie tych procesów ma znaczenie naukowe ale i praktyczne w odniesieniu do kształtowania mikrostruktury i własności konstrukcyjnych stopów żelaza. Badania obejmować będą zaprojektowanie modelowych stopów w oparciu o przesłanki termodynamiczne, wytopienie takich stopów i ich ujednorodnienie, wyznaczenie temperatur krytycznych, zaprojektowanie procesu chłodzenia w zakresie przemiany eutektoidalnej z udziałem fazy α, wykonanie badań dylatometrycznych, mikrostrukturalnych (w tym metalografia ilościowa), ocenę dystrybucji pierwiastków stopowych, analizę EBSD oraz ewentualne zastosowanie spektroskopii mössbauerowskiej.

Zaplecze badawcze: Wydział dysponuje sprzętem pozwalającym na realizację badań. Istnieją wstępne badania wskazujące na możliwość realizacji wskazanego zagadnienia badawczego. Tematyka zagadnienia badawczego stwarza możliwość uzyskania finansowania w ramach grantów naukowych i aplikacyjnych.

Liczba miejsc: 1

 

12. Wpływ warunków odkształcenia na procesy zdrowienia i rekrystalizacji stopów tytanu β.

Promotor: dr hab. inż. Janusz Krawczyk, prof. AGH

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Stopy tytanu charakteryzują się mniejszym przewodnictwem cieplnym i większym efektem egzotermicznym w stosunku do stopów żelaza. Istnieje możliwość w przypadku stopów bliskich β wprowadzić druga fazę poprzez zabiegi starzenia. Wprowadza to na nowy poziom zagadnienia rekrystalizacji i zdrowienia zarówno statycznego jak i dynamicznego oraz możliwość badania rekrystalizacji zwłocznej. Badania będą obejmowały kształtowanie się mikrostruktury w warunkach odkształcenia dynamicznego i quasi-statycznego. Badania obejmą wpływ niejednorodności odkształcenia na procesy zdrowienia i rekrystalizacji oraz wpływy wcześniejszego zdrowienia na kinetykę procesu rekrystalizacji. Ma to znaczenie w interpretacji procesów tzw. dyssypacji energii podczas odkształcenia na gorąco, na ciepło i na zimno. Badania obejmować będą analizę jakościową i ilościową ww. zjawisk. Na wstępnie zostaną zaprojektowane warunki odkształcenia a następnie po ich realizacji zostaną wykonane badania metalograficzne, tekstury (EBSD), badania własności mechanicznych.

Zaplecze badawcze: Wydział dysponuje sprzętem pozwalającym na realizację badań. Istnieją wstępne badania wskazujące na możliwość realizacji wskazanego zagadnienia badawczego.

Liczba miejsc: 1

 

13. Analiza przepływu płynów w porowatych matach na bazie elektroprzędzonych włókien polimerowych do zastosowań biomedycznych.

Promotor: dr hab. inż. Urszula Stachewicz

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: W czasie doktoratu student będzie miał możliwość nauczenia się procesu elektroprzędzenia do wytwarzania polimerowych mat na bazie włókien. Maty na bazie polimerowych włókien będą przebadane pod względem własności mechanicznych, porowatości i zwilżania. W czasie pracy, wyniki eksperymentalne związane ze zwilżalnością i wydzielaniem płynów, będą weryfikowane teoretycznie. Zostanie stworzony model teoretyczny na bazie znanych już praw fizyki w celu opracowania kontrolowanego mechanizmu uwalniania płynów z porowatych mat. Wymagania to podstawy z mechaniki płynów i znajomość najlepiej oprogramowania Matlab i Comsol.

Zaplecze badawcze: Doktorat jest w ramach projektu First Team. Informacje na stronie: nano4skin.agh.edu.pl

Liczba miejsc: 1

 

14. Analiza odpowiedzi komórkowych na zmiany własności powierzchniowych i strukturalnych włókien polimerowych wytwarzanych metoda elektroprzędzenia do zastawania w inżynierii tkankowej.

Promotor: dr hab. inż. Urszula Stachewicz

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: W czasie doktoratu student będzie miał możliwość nauczenia się procesu elektroprzędzenia do wytwarzania polimerowych mat na bazie włókien. Wytworzone włókna polimerowe będą przebadane pod względem ich biozgodności i własności powierzchniowych i strukturalnych z wykorzystaniem zaawansowanych technik mikroskopowych. Głównym zdaniem doktoranta będzie weryfikacja zachowania komórek po względem zmian własności włókien polimerowych kontrolowanych w podczas elektroprzędzenia. Wymagania to podstawy teoretyczne procesu elektroprzędzenia i doświadczenie w badaniach komórkowych in vitro.

Zaplecze badawcze: W katedrze posiadamy elektroprzędzarkę do produkcji włókien polimerowych a także laboratorium do przeprowadzenia podstawowych badan komórkowych. Dodatkowo w badaniach wykorzystane zostaną dostępne mikroskopy elektronowe I konfokalne.

Liczba miejsc: 1

 

15. Opracowanie współosadzania elektroforetycznego bioaktywnej ceramiki i biodegradowalych polimerów w celu wytworzenia powłok kompozytowych do zastosowań biomedycznych.

Promotor: dr hab. inż. Tomasz Moskalewicz, prof. AGH

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Tytan i jego stopy są szeroko stosowane w medycynie na implanty ortopedyczne i stomatologiczne. Pomimo wielu korzystnych właściwości materiały te wykazują słabe właściwości osteoinduktywne, niezbędne do uzyskania trwałego i stabilnego połączenia implantu z tkanką kostną. Głównym celem badań realizowanych w proponowanej pracy doktorskiej będzie zbadanie stabilności zawiesin oraz poznanie kinetyki i mechanizmów współosadzania elektroforetycznego cząstek organicznych i nieorganicznych w celu wytworzenia wieloskładnikowych powłok bioaktywna ceramika/biodegradowalny polimer poprawiających właściwości bioaktywne biomateriałów tytanowych. Jako bioaktywna ceramika stosowany będzie nanokrystaliczny hydroksyapatyt lub szkło żelowe, zaś osnową powłok będzie zeina lub alginian sodu. Ważną częścią badań będzie opracowanie składów zawiesin i parametrów osadzania elektroforetycznego, zapewniających jednorodność powłok i kontrolowany udział objętościowy poszczególnych składników. Zostaną wykonane systematyczne badania zmiany potencjału dzeta cząstek w zależności od pH zawiesin, mechanizmów i kinetyki współosadzania cząstek. Proponowane badania umożliwią ustalenie wpływu parametrów wytwarzania na mikrostrukturę powłok, adhezję do podłoża, właściwości mikro-mechaniczne, a także bioaktywność i odporność na korozję elektrochemiczną.

Zaplecze badawcze: Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej dysponuje specjalistyczną aparaturą badawczą niezbędną do zrealizowania badań przewidzianych w pracy doktorskiej, w tym osadzania elektroforetycznego powłok, zbadania kinetyki i mechanizmów osadzania cząstek, wykonania obróbki cieplnej powłok, scharakteryzowania mikrostruktury i topografii powierzchni powłok oraz przeprowadzenia badań odporności na korozję elektrochemiczną i bioaktywności. Badania zaplanowane w pracy doktorskiej są częścią wniosku badawczego zgłoszonego do Narodowego Centrum Nauki, konkurs BEETHOVEN Classic 3.

Liczba miejsc: 1

 

16. Funkcjonalizacja powierzchni biomateriałów tytanowych poprzez osadzanie elektroforetyczne powłok nanokompozytowych o osnowie polieteroeteroketonu i ich sulfonowanie termiczne.

Promotor: dr hab. inż. Tomasz Moskalewicz, prof. AGH

Promotor pomocniczy: dr inż. Łukasz Cieniek

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Tytan i jego stopy są biomateriałami metalowymi szeroko stosowanymi i powszechnie akceptowanymi na implanty ortopedyczne i stomatologiczne. Są jednak obojętne biologicznie i po wprowadzeniu do organizmu nie mogą wiązać się bezpośrednio z otaczającą tkanką kostną. Dlatego na ich powierzchni często wytwarza się powłoki bioaktywne. W ramach realizacji pracy doktorskiej zostaną przeprowadzone systematyczne badania nad osadzaniem elektroforetycznym kompozytowych powłok o osnowie polieteroeteroketonu (PEEK) zawierających bioaktywny nanokrystaliczny hydroksyapatyt oraz ich obróbką cieplną. Ponadto w celu poprawy właściwości biologicznych PEEK zastosowane zostanie sulfonowanie termiczne w obecności siarczków. W celu wytworzenia jednorodnych powłok zostaną przeprowadzone badania nad osadzaniem powłok, w tym badania stabilności zawiesin, kinetyki i mechanizmów współosadzania cząstek organicznych i nieorganicznych. Zostaną wykonane badania mikrostruktury, topografii powierzchni powłok oraz właściwości mikro-mechanicznych i odporności powłok na zarysowanie. Weryfikacja zastosowanych obróbek zostanie przeprowadzona w oparciu o badania ich wpływu na odporność na korozję elektrochemiczną i bioaktywność.

Zaplecze badawcze: Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej dysponuje specjalistyczną aparaturą badawczą niezbędną do zrealizowania badań przewidzianych w pracy doktorskiej, w tym osadzania elektroforetycznego powłok, zbadania kinetyki i mechanizmów osadzania cząstek, wykonania obróbki cieplnej powłok, scharakteryzowania mikrostruktury i topografii powierzchni powłok oraz przeprowadzenia badań odporności na korozję elektrochemiczną i bioaktywności. Badania zaplanowane w pracy doktorskiej są częścią wniosku badawczego zgłoszonego do Narodowego Centrum Nauki, konkurs OPUS 17.

Liczba miejsc: 1

 

17. Laserowo napawane Ni-Cr-Mo-W powłoki poddane oddziaływaniu wysokiej temperatury i szkodliwego środowiska korozyjnego.

Promotor: dr hab. inż. Agnieszka Radziszewska

Promotor pomocniczy: dr Axel Kranzmann

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: W ramach pracy doktorskiej zostanie określony wpływ wygrzewania, w szkodliwych korozyjnych środowiskach laserowo nakładanych powłok Ni-Cr-Mo-W na zarodkowanie pęknięć w warstwach tlenkowych, mikrostrukturę i ich właściwości mechaniczne. Głównym celem pracy będzie określenie korelacji i fundamentalne poznanie wpływu jednoczesnego oddziaływania zmęczeniowego i agresywnych atmosfer (zawierających np. siarkę, chlor, tlen) w wysokiej temperaturze i przy różnym czasie ekspozycji na warstwę tlenkową i pękanie powłok napawanych laserowo. W wyniku tego ważnym jest zrozumienie i opracowanie modelu opisującego mechanizmy uszkodzeń, podczas zachodzenia procesów zmęczenia i utleniania na uzyskanych warstwach tlenkowych i powłokach na bazie Ni. W celu realizacji celów planowane jest zastosowanie powłok na bazie niklu (stopy Ni-Cr-Mo-W), osadzane na stalach techniką laserowego napawania. Proces powlekania laserowego będzie prowadzony przy użyciu lasera CO2. Powłoki zostaną poddane procesowi zmęczenia wspomaganego utlenianiem. Po procesach korozji zmęczeniowej przeprowadzona zostanie analiza zmian mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego powłok i zgorzelin, stosując: mikroskopię optyczną, skaningową mikroskopię elektronową (SEM), transmisyjną mikroskopię elektronową (TEM), energo-dyspersyjną spektroskopię (EDS), rentgenowską analizę fazową. Przeprowadzone zostaną także eksperymenty mikro- i nanotwardości powłok w celu określenia zmian ich właściwości i wpływu na przyczepność warstw tlenków do ich powierzchni. Proponowane badania w ramach doktoratu mają duże znaczenie dla rozwoju dziedziny naukowej, jaką jest inżynieria materiałowa. Praca przyczyni się do poszerzenia wiedzy o jednoczesnym wpływie szkodliwego środowiska i procesów starzenia na zjawiska zachodzące na powierzchni powłok.

Zaplecze badawcze: Wydział Inżynierii Metali I Informatyki Przemysłowej AGH jest wyposażony w urządzenia do charakteryzowania materiałów. Następujące urządzenia będą stosowane do scharakteryzowania powłok Ni-Cr-Mo-W przed i po procesach takich jak: laserowe napawanie, korozja wysokotemperaturowa i badania zmęczeniowe: mikroskop optyczny Zeiss Axio Imager M1m, skaningowy mikroskop elektronowy (FEI Nova NanoSEM 450 (SEM). Urządzenie jest wyposażone w spektrometry EDS i WDS oraz system EBSD. Mikroskop może pracować w modach: niskiej próżni, wysokiej próżni i STEM. WIMiIP AGH posiada również skaningowy mikroskop elektronowy HITACHI S-3500 wyposażny w system EDS NORAN 986B-ISPS i WDS IBEX, który będzie również zastosowany w badaniach powłok. Mikroskopy elektronowe transmisyjne: JEM200CX(JEOL). JEM-2010ARP(JEOL), Tecnai G2 20 TWIN (FEI) zostaną również zastosowane w badaniach. Badania XRD (Panalytical Empyrean DY 1061) zostaną wykonane w celu scharakteryzowania składu fazowego próbek. Mikro- i nanotwardościomierze zostaną zastosowane do badań twardości i modułu Younga. Laserowe napawanie zostanie wykonane w Politechnice Świętokrzyskiej w Kielcach. Badania korozyjne w Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) w Berlinie, w Niemczech.

Liczba miejsc: 1

 

18. Wykorzystanie popiołów lotnych ze spalania węgla jako modyfikatorów w produkcji tworzyw sztucznych.

Promotor: dr hab. inż. Beata Hadała

Promotor pomocniczy: dr inż. Monika Kuźnia

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: W ramach realizowanego zagadnienia badawczego wytworzone zostaną wybrane tworzywa sztuczne (m.in. pianka poliuretanowa) z dodatkiem popiołów lotnych pochodzących ze spalania węgla w kotle fluidalnym i w palenisku konwencjonalnym. Popiół lotny zostanie pozyskany z polskich elektrowni. Wytworzone tworzywa sztuczne z dodatkiem modyfikatora (popiołu lotnego) analizowane będą pod kątem badania m.in. palności, przewodnictwa cieplnego, wytrzymałości mechanicznej czy zmian w strukturze komórkowej. Wiele dotychczasowych badań dotyczących wykorzystania popiołów lotnych oraz zastosowania w przemyśle obejmuje produkcję materiałów budowlanych. Praktycznie nie istnieją w przemyśle rozwiązania dotyczące możliwości zastosowania popiołów lotnych fluidalnych w procesie produkcji tworzyw sztucznych. Popioły lotne fluidalne są uciążliwe do zagospodarowania ze względu na skład chemiczny. Oczekuje się, iż w wyniku przeprowadzonych badań określony zostanie dokładny zakres dodatku popiołów lotnych do wybranej grupy tworzyw sztucznych, poprawiający właściwości otrzymanych materiałów. Pozwoli to jednocześnie na zmiejszenie ilości bazowych komponentów stosowanych do produkcji tworzyw sztucznych oraz wykorzystanie odpadowych popiołów lotnych (zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju). W ramach realizowanych prac rozbudowany zostanie układ stanowisk do badania przewodnictwa cieplnego oraz palności wytworzonych materiałów.

Zaplecze badawcze: Zaplecze badawcze w ramach realizowanego zagadnienia to w głównej mierze zespół stanowisk znajdujących się w Katedrze Techniki Cieplnej i Ochrony Środowiska na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH. W szczególności są to stanowiska do badania przewodnictwa cieplnego, stanowisko do badania palności, zespół urządzeń do wytwarzania pianki poliuretanowej, analizator LECO CHNS 628, chromatograf, analizatory spalin, suszarki, piece muflowe. Dodatkowo, w ramach doktoratu zostanie rozbudowany zespół stanowisk pomiarowych do badania palności wytworzonych materiałów.

Liczba miejsc: 1

 

19. Wirtualny model systemu do osadzania cienkich warstw z użyciem lasera impulsowego, z uwzględnieniem rejestracji obrazów odbiciowej dyfrakcji wysokoenergetycznych elektronów.

Promotor: dr hab. inż. Zbigniew Mitura

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Zadaniem doktoranta będzie prowadzenie prac badawczych w kierunku stworzenia kompletnego modelu komputerowego osadzania warstw z wykorzystaniem lasera impulsowego (czyli metodą PLD, ang. pulsed laser deposition). Zakłada się, ze docelowo model taki powinien uwzględniać impulsowe nagrzewanie odparowywanego materiału, tworzenie się plazmy, osadzanie warstw na wybranym podłożu oraz analizę obrazów dyfrakcyjnych typu RHEED rejestrowanych in situ zarówno dla podłoża, jak też i dla osadzanych warstw. Jest to zadanie dość obszerne, wiec doktorant będzie prowadził prace badawcze tylko dla wybranych przez siebie problemów, które sam uzna za istotne. Zakłada się, że ok. 50 procent czasu przeznaczonego na prace badawcze będzie poświęcone na modelowanie komputerowe (z wykorzystaniem oprogramowaniu już dostępnego i/lub z wykorzystaniem programów własnych stworzonych przez doktoranta). Natomiast pozostałe 50 procent czasu będzie poświęcone na prowadzenie prac eksperymentalnych. Prace doświadczalne będą przeprowadzane na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej z wykorzystaniem systemu próżniowego PLD (we współpracy dr hab. inż. Agnieszka Kopią i dr hab. inż. Sławomirem Kącem), oraz w Akademickim Centrum Materiałów i Nanotechnologii, gdzie będą koncentrowały się na obserwacjach obrazów RHEED (we współpracy z prof. Markiem Przybylskim). Kandydat na doktoranta powinien być absolwentem jednego z następujących kierunków (lub pokrewnych): informatyka stosowana, inżynieria materiałowa, metalurgia, fizyka techniczna.

Zaplecze badawcze: Prace komputerowe doktoranta będą realizowane w Katedrze Informatyki Stosowanej i Modelowania. Katedra ta posiada m.in. zaawansowane komercyjne oprogramowanie ADINA pozwalające przeprowadzać symulacje numeryczne dla przepływu ciepła i płynów oraz dla szeregu zjawisk fizycznych dotyczących makroświata. Ponadto zakłada się, że doktorant będzie wykorzystywał w swoich badaniach wolne oprogramowanie, np. LAMMPS służące do symulacji z zakresu dynamiki molekularnej. Badania eksperymentalne będą prowadzone w ścisłej współpracy z Katedrą Inżynierii Powierzchni i Analiz Materiałów (KIPiAM) z tego samego Wydziału oraz z Akademickim Centrum Nanotechnologii i Materiałów (ACMIN), będącym także jednostką AGH. Wspomniana Katedra, KIPiAM posiada system Neocera Pioneer 180 PLD pozwalający na uzyskiwanie cienkich warstw wysokiej jakości oraz posiada szereg urządzeń (np. mikroskop sił atomowych AFM) do późniejszej charakteryzacji warstw. Natomiast ACMIN jest posiadaczem szczególnie zaawansowanego systemu PLD Neocera Pioneer 240 PLD, umożliwiającego prace w stosunkowo wysokich próżniach oraz wyposażonego w system rejestracji obrazów dyfrakcyjnych RHEED (ang. reflection high energy electron diffraction) do obserwacji typu on-line uzyskiwanych nanostruktur.

Liczba miejsc: 1

 

20. Wysokorozdzielcza spektroskopia mechaniczna.

Promotor: dr hab. inż. Leszek Magalas, prof. AGH

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Temat pracy doktorskiej obejmuje wybrane zagadnienia związane z rozwojem i nowymi zastosowaniami wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej w inżynierii materiałowej. Badania obejmować będą dwie techniki niskoczęstotliwościowe: spektroskopię rezonansową i subrezonansową. Praca doktorska jest ukierunkowana na badania procesów rozpraszania energii mechanicznej w materiałach metalicznych metodami klasycznymi i z wykorzystaniem technik wysokorozdzielczych. Obliczenia i analiza wyników badań realizowane będą w środowisku Matlab. Celem badań jest m.in. optymalizacja i porównanie różnych metod obliczeniowych stosowanych do estymacji parametrów opisujących wielkość rozpraszanej energii mechanicznej w materiałach oraz detekcja subtelnych zmian modułu sprężystości. Inne klasyczne techniki badań materiałów mają charakter suplementarny do badań prowadzonych metodą spektroskopii mechanicznej. Zakres planowanych badań obejmuje zarówno prace podstawowe, jak i aplikacyjne.

Wymagania: Studia z zakresu fizyki ciała stałego, fizyki komputerowej, informatyki w inżynierii materiałowej i fizyce, inżynierii materiałowej. Umiejętność programowania w środowisku Matlab (i/lub C++). Bardzo dobra znajomość języka angielskiego.

Zaplecze badawcze: Laboratorium wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej posiada: (1) niskoczęstotliwościowy spektrometr mechaniczny działający w zakresie rezonansowym i subrezonansowym pracujący w szerokim zakresie częstotliwości od 0.01 do7Hz i w zakresie temperatur od 100 do 1000 K oraz (2) pierwszy na świecie wysokorozdzielczy spektrometr mechaniczny, HRMS (model testowy). Architektura spektrometru HRMS zawiera innowacyjny tor pomiarowy wyposażony w układ FPGA i najnowszy model komputera NUC. Klimatyzowane pomieszczenie umożliwia precyzyjną kontrolę parametrów w trakcie badań izotermicznych. Do dyspozycji doktorantów jest nowe laboratorium (pok. 16, paw. A-2) oddane do użytku w 2019 roku oraz drugie pomieszczenie (pok. 017d, paw. A-2), które będzie oddane do użytku we wrześniu 2019 roku. Laboratorium posiada solidne wyposażenie do prowadzenia badań eksperymentalnych i obliczeń w środowisku Matlab.

Liczba miejsc: 2

 

21. Cienkie warstwy La2Ti2O7/LaCoO3: Sr do konwersji energii słonecznej.

Promotor: dr hab. inż. Agnieszka Kopia prof. AGH

Drugi promotor: prof. Sebastien Saitzek

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Globalne zużycie energii stale rośnie, stąd konieczność poszukiwania innych rozwiązań pozyskiwania energii niż technologie tradycyjne (oparte na węglu). Jednym ze sposobów pozyskania energii jest konwersja energii słonecznej za pośrednictwem ogniw fotowoltaicznych lub w postaci chemicznej z wytwarzaniem diwodoru z fotokatalizatora (rozszczepianie wody). W śród procesów w których wykorzystuje się fotokatalizę można wyróżnić: absorpcje fotonów, tworzenie ekscytonów, dyfuzję i transport nośników, [K. Takanabe, ACS Catalysis, (2017), 7, 8006-8022]. Zastosowanie heterozłącza n / p umożliwia lepsze oddzielenie nośników (elektronów i dziur) i zwiększenie ich żywotności w celu poprawy efektów fotokatalitycznych systemu [K. Afroz i in., Journal of Materials Chemistry A, (2018), 6, 21696]. Jeśli chodzi o konwersję energii światła na energię elektryczną, w ostatnich dziesięcioleciach opracowano różne technologie ogniw słonecznych. Na przykład można wymienić: najstarszy i najszerzej sprzedawany na bazie krzemu amorficznego lub polikrystalicznego; półprzewodniki, takie jak GaAs, CdTe, CuInS2, CIGS; Komórki Grätzela; związki hybrydowe oparte na CH3NH3PbX3 (X = I, Br, Cl). Spośród wszystkich tych technologii, w ostatnich latach pojawiła się nowa technologia w postaci ogniwa z heterozłączem tlenkowym n / p np. jako p-Cu2O / n-ZnO [C. Tenailleau i in., Mater, Energia, (2017), 6, 18; S. Rühle i in., J. Phys. Chem. Łotysz. (2012), 3, 3755], którego zaletą jest dobra stabilność systemu w czasie i łatwiejsza produkcja. Dlatego też obecne badania idą w kierunku poszukiwania nowych materiałów mogących pracować jako heterozłącza i stanowić potencjalne zastosowanie w dziedzinie fotowoltaiki.

Zaplecze badawcze: Akademia Górniczo-Hutnicza wydział inżynierii Metali I Informatyki przemysłowej dysponuje następującą aparaturą do realizacji przedstwaionego tematu: system PLD (pulsed laser deposition) (Nd-YAG laser Continuum Powerlite DLS (Digital Laser Source) z Chamber Neocera), system PED (pulsed electron deposition) (PED Neocera PEBS-20), młyn kulowy RETSCH model PM400, mikroskop skaningowy (FEI Nova NanoSEM 450 (STEM) with WDS „IBEX”) transmisyjny mikroskop elektronowy Tecnai G2 20 TWIN (FEI) z STEM-HAADF i EDS (TIA/EDAX), XPS PHI Versa Probe II, XRD PanAnalytical DY 1061, AFM mikroskop Veeco Dimension® Icon™ SPM i LSR – 3,  firmy Linseiss do badań własności elektrycznych. Faculté des Sciences Jean Perrin, University of Artois dysponuje aparaturą do wytwarzania nanoproszków metodą zol-żel, systemem PLD z analizatorem RHEED, Spektrometrem Raman, dyfraktometrem rentgenowskim X-ray Ultima IV, wysokorozdzielczym dyfraktometrem X-ray (SmartLab Rigaku) do analizy cienkich warstw, dwoma mikroskopami AFMz modem do pomiarów własności elektrycznych, elipsometrem spektroskopowym oraz urządzeniami do pomiarów własności fotokatalitycznych cienkich warstw.

Liczba miejsc: 1

 

22. Wpływ geometrii walcowania na mikrostrukturę i własności metalu w stanie odkształconym i po rekrystalizacji.

Promotor: dr hab. inż. Mirosław Wróbel

Drugi promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wierzbanowski

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Na przełomie lat 50 ubiegłego wieku E. Hall i N. Petch odkryli, że możliwym jest istotne umocnienie metalu poprzez rozdrobnienie ziarna. Po około 20 latach odkrycie to zaowocowało wprowadzeniem na rynek przez US Steels tanich stali niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości ujętych w normie ASTM A-572. Rozdrobnienie ziarna tych stali uzyskano poprzez niewielki dodatek wanadu i odpowiednia obróbkę termomechaniczną. W roku 1965 w swojej pracy doktorskiej S.W. Mironowicz pokazał, że możliwe jest istotne umocnienie metalu poprzez intensyfikację naprężenia ścinającego w odkształcanym metalu. Rozdrobnienie ziarna osiągnął on bez konieczności zmiany składu chemicznego metalu. Idea ta szybko rozprzestrzeniła się w świecie. Jej główny propagator prof. R.Z. Valiev jest najbardziej cytowanym materiałoznawcą (IF= 115), a amerykańska firma prof. Mironowicza oferuje komercyjnie 2,5 krotne zwiększenie wytrzymałości metali. Wadą powyższych technologii jest mała wydajność oraz istotne ograniczenie gabarytów wyrobów. Wad tych pozbawiona jest tradycyjna technologia walcowania. W technologii tej zmianę rozkładu naprężenia można osiągnąć poprzez zmianę geometrii kotliny walcowniczej i/lub warunków tarcia na powierzchniach wyrobu, równoległych do płaszczyzny walcowania. W pracy doktorskiej p. Uniwersał, zrealizowanej w AGH i obronionej z wyróżnieniem w roku 2017, wykazano, że wprowadzenie kontrolowanej asymetrii walcowania nie tylko intensyfikuje naprężenie ścinające i rozdrabnia ziarno, ale także umożliwia podwyższenie wydajności procesu oraz że korzystne efekty mikrostrukturalne utrzymują się także po rekrystalizacji walcowanego materiału. Zgłaszana praca jest kontynuacja powyższych badań, w wyniku realizacji ktorych powstało między innymi 6 publikacji w pismach z Listy Filadelfijskiej, w tym w tak renomowanych jak Acta Materialia (1 publikacja) i Materials Characterization (3 publikacje). Celem jej jest weryfikacja praktycznych korzyści wynikających z kolejnego pomysłu intensyfikacji naprężenia ścinającego. Podobnie jak w pracy p. Uniwersał zmiana stanu naprężenia będzie uzyskana w sposób stosunkowo prosty, tak by jej aplikacja przemysłowa mogła być łatwa. Praca będzie miała głównie charakter eksperymentalny. Eksperymenty będą jednak poprzedzone modelowaniem komputerowym z wykorzystaniem posiadanych programów bazujących na metodzie elementów skończonych i programów dotyczących tworzenia się tekstury krystalicznej. W ramach zasadniczej części pracy przewidywane jest wykonanie prób walcowania na walcarce będącej na wyposażeniu WIMiIP. Podczas tych prób rejestrowane będzie obciążenie walców i moment walcowania. Następnie przebadana zostanie rekrystalizacja odkształconego metalu. Zarówno dla materiału odkształconego jak i zrekrystalizowanego zostanie wykonana kompleksowa charakterystyka mikrostruktury (mikroskopia optyczna, skaningowa mikroskopia elektronowa, dyfrakcyjne pomiary tekstury krystalograficznej i naprężenia resztkowego) i własności mechanicznych (pomiary twardości, próba rozciągania, wyznaczenie charakterystyki tłoczności). Student zostanie przeszkolony w zakresie technik i umiejętności wymaganych podczas realizacji pracy. Praca będzie wykonywana w interdyscyplinarnym zespole mającym duże osiągnięcia w tej dziedzinie. Mile widziana jest umiejętność pracy w grupie oraz gotowość do wyjazdów zagranicznych.

Zaplecze badawcze: Jednostki dysponują zapleczem badawczym wymaganym do realizacji tematu (mikroskopy elektronowe (4), dyfraktometry rentgenowskie (2), maszyny wytrzymałościowe (3), twardościomierze (3), kalorymetr (1), laboratorium obróbki cieplnej, laboratorium przygotowywania próbek metalograficznych, walcarka z oprzyrządowaniem umożliwiającym wykonywanie pomiarów). Planuje się, że obliczenia będą wykonywane na komputerach Akademickiego Centrum Komputerowego Cyfronet AGH do których mają dostęp studenci AGH. W Cyfronecie jest dostępne oprogramowanie wymagane do realizacji pracy. Dyfrakcyjne pomiary neutronowe będą wykonane w Zjednoczonym Instytucie badań Jądrowych w Dubnej (ZIBJ) - Rosja; promotorzy realizują wspólne projekty badawcze z pracownikami tego instytutu. ZBIJ jest renomowanym międzynarodowym ośrodkiem badawczym (Komunikat MNiSW o ustanowieniu przedsięwzięcia pod nazwą „Strategia Doskonałości – Uczelnia Badawcza” z 11. 05. 2018, , Monitor Polski poz. 478 par. 1.1.2) Realizacja wnioskowanego tematu umożliwi przedłużenie umowy o współpracy naukowo-badawczej AGH-ZIBJ Dubna na kolejne lata i wystąpienie do ZIBJ z wnioskiem o kolejne wspólne granty badawcze finansowane przez ZIBJ. Wydziały, których pracownicy składają obecny wniosek są ze strony AGH partnerami ZBIJ w formalnej umowie o współpracy naukowo-badawczej.

Liczba miejsc: 1

 

23. Krystalizacja stopów odlewniczych w polu ultradźwiękowym.

Promotor: dr hab. inż. Jerzy S. Zych

Promotor pomocniczy: dr inż Łukasz Jamrozowicz

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Temat wpisuje się w problematykę badań nad modyfikacją struktury stopów, której celem jest podwyższenia właściwości mechanicznych. Krystalizacja stopów w warunkach wymuszonych drgań prowadzi do rozdrobnienia struktury, i to jest znane zjawisko. Natomiast drgania o częstotliwosci powyżej 20kHz (ultradźwięki) prawdopodobnie prowadzą do głąbszego rozdrobnienie, zmniejszenia odległości gałęzi dendrutów wtównych (mniejsze wartości SDAS). Teza ta wymaga wqeryfikacji. Przy pozytywnym wyniku badań możliwe byłoby oddziaływanie na krystalizację stopów w małych obszarach w odlewach, w których wskazane byłoby podwyżenie wytrzymałości. Wprowadzanie pola ultradźwiękowego w krzepnący stop realizowane byłoby przy pomocy falowodów specjalnej konstrukcji. W pierwszej kolejnosci realizowano by badania na stopach metali lekkich.

Zaplecze badawcze: Badania realizowane byłyby w Katedrze, w której strukturze jest pracownia badań nieniszczących, wyposażona w aparaturę ultrodźwiękową. W pracowni, pod kierownictwem promotora (J. Zycha) wykonano bardzo dużo badań dotyczących aplikacji techniki ultradźwiękowej do wielu cełów (kontroli struktury, badania właściwości, badania kinetyki procesów wiązania i utwardzania tworzyw ze spoiwami, wykrywania wad, itp.). W katedrze jest również zaplecze metalurgiczne i możliwość wykonywania wytopów ze większości stopów odlewniczch. W katedrze od wielu lat realizowane są projekty, ostanio z NCBiR (inteligentana ścieżka) i jest wysokie prawdopodobieństwo pozyskania projektów w kolejnych latach, tym z programem obejmującym tematykę pracy doktorskiej.

Liczba miejsc: 1

 

24. Obróbka cieplna stopów AlSiMg w kąpielach polimerowych – optymalizacji procesu dla podwyższenia Index Quality (IQ).

Promotor: dr hab. inż. Jerzy S. Zych

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Temat wpisuje się w problematykę badań nad modyfikacją struktury stopów, której celem jest podwyższenia właściwości mechanicznych. Odlewane konstrukcje ze stopów lekkich bardzo często poddawane są ulepszaniu cieplnemu: przesycaniu i starzeniu. Istnieją nadal duże rezerwy w obszarze doboru parametrów obróbki cieplnej dla selektywnego podwyższania właściwości mechanicznych stopów ALSiMg. Ważnym elementem obróbki jest studzenie (hartowanie), którego szybkość można sterować rodzajem kąpieli (wodna, polimerowa, inna) i jej parametrami – temperaturę, intenstwnoscią wymuszonego obiegu medium. Badania zostaną zogniskowane na wyznaczeniu roli i intensywności wpływu kąpieli hartowniczej na strukturę i wlaściwości stopu A356 z mikrododatkami uszlachetniającymi. Analizie poddana zostanie rola parametrów przesycania (T i ) oraz parametrów starzenia w kształtowaniu kompleksowego wskaźnika jakości stopu IQ.

Zaplecze badawcze: Badania realizowane byłyby w Katedrze, w której strukturze jest pracownia odlewnictwa metali nieżelaznych. W Katedrze jest zaplecze metalurgiczne i możliwość wykonywania wytopów ze większości stopów odlewniczych. W ostatnim okresie zostało zbudowane mobilne stanowisko do hartowania próbek w procesie ulepszania cielnego. Jest ono wyposażone w układ grzewczy kąpieli hartowniczej jak i ukłąd wymuszania obiegu medium chłodzącego z kontrolowaną intensywnością. Katedra od wielu lat realizuje projekty, ostatnio z NCBiR (inteligentna ścieżka) i jest wysokie prawdopodobieństwo pozyskania projektów w kolejnych latach, tym z programem obejmującym tematykę pracy doktorskiej.

Liczba miejsc: 1

 

25. Żeliwo do pracy w ultra niskiej temperaturze w warunkach dynamicznych obciążeń – badania nad technologią wytwarzania w warunkach przemysłowych.

Promotor: dr hab. inż. Jerzy S. Zych

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Coraz więcej odlewanych konstrukcji pracujących w warunkach dynamicznych obciążeń pracuje również w niskiej temparaturze. Elemnty siłowni wiatrowych budowanych na morzach w północnej części globu, blisko koła podbiegunowego pracuje okresowo w temperaturze poniżej - 40C. Materiałem do takiej pracy są staliwa austenityczne, żeliwa sferoidalne austenityczne lub ferrytycznej o wysokiej plastyczności i wysokiej udarniści w opisanej temparaturze. Praca wpisuje się w tematykę projektu realizowanego NCBIR. Obejmuje tematykę optymalizacji składow chemicznych, technoogii topienia oraz technologii obróbki pozapiecowej, w tym rafinacji gazowej. Celem jest opanowanie technologii wytwarzania żeliwa sferoidalnego z grupy ferrutycznych do pracy wniskiej temparaturze (LT), dzieki której w sposób powtarzalny i z małym ryzykiem będzie możliwa produkcja odlewów, których materiał będzie charakteyzował się wysoką udarnością w ultra niskiej temparaturze .

Zaplecze badawcze: Badania realizowane byłyby na Wydziele Odlewnictwa AGH. W Katerze, pod kierownictwem promotora (J. Zycha) wykonano bardzo dużo badań dotyczących podwyzszania jakości wysokojakościowych gatunkóe żeliwa: sferoidalnego, wermicularnego i ADI . Wydział Odlewnictwa dyspponuje zaplecze metalurgiczne i możliwość wykonywania wytopów ze większości stopów odlewniczych. Aktualnie realizowana jest projekt MCBiR, w ramach którego część badań może być realizowana. Wydział dysponuje pełnym zapleczem urządzeń kontrolno pomiarowych i badawczych do realizacji programu pracy.

Liczba miejsc: 1

 

26. Aplikacja techniki ultradźwiękowej do badania kinetyki procesów wiązania mas ceramicznych, mas formierskich, betonów, klejów budowlanych, gipsów, itp.

Promotor: dr hab. inż. Jerzy S. Zych

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Temat wpisuje się w problematykę badań, w której od blisko 20 lat specjalizuje się promotor (J. Zych) – autor opatentowanej metody badań kinetyki procesów techniką ultradźwiękową. Przebiegoi wielu procesów wiązania, utwardzania, sieciowania tworzyw i materiałow są bardzo słabo poznane, głównie z uwagi na brak narzędzi badawczych. Nowa metoda badań ultradźwiękowych zmienia tę sytuację. Praca doktorska będzie obejmować segment obszernej tematyki, adekwatnie do zainteresowań i przygotowania doktoranta. Wydział Odlewnictw, katedra, której kierownikiem jest promotor (J.Zych) dysponuje specjalistyczną aparaturą ultradźwiękową, stanowiskami pomiarowymi, w tym do badań w warunkach przemysłowych. Badania mogą obejmować monitorowanie procesów utwardzania w warunkach temparatury otoczenia, lub innych realizowanych w komorze klimatycznej. Możliwości badawcze i aplikacja ich wyników do warunków przemysłowych są, w opini promotora, bardzo szerokie.

Zaplecze badawcze: Badania realizowane byłyby na Wydzale Odlewnictwa AGH w KatedrzeTechnologii Form, w której strukturze jest pracownia badań ultradźwiękowych, wyposażona w aparaturę ultradźwiękową i szereg autorskich stanowisk badawczych. W pracowni, pod kierownictwem promotora (J. Zycha) wykonano bardzo dużo badań dotyczących aplikacji techniki ultradźwiękowej do wielu celów (kontroli struktury, badania właściwości, badania kinetyki procesów wiązania i utwardzania tworzyw ze spoiwami, wykrywania wad, itp.). W katedrze od wielu lat realizowane są projekty, ostatnio z NCBiR (inteligentna ścieżka) i jest wysokie prawdopodobieństwo pozyskania projektów w kolejnych latach, tym z programem obejmującym tematykę pracy doktorskiej. W wielu z projketów aplikowano opracowaną metodę do monitorowania procesów, głównie wiązania mas formierskich i rdzeniowych.

Liczba miejsc: 1

 

27. Termodynamiczna baza danych typu Calphad dla układów fazowych z miedzią.

Promotor: dr hab. Bogusław Onderka, prof. AGH

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Stopy na bazie miedzi są używane w wielu przypadkach, ze względu na ich korzystne właściwości, a w szczególności wysokie przewodnictwo tak termiczne jak elektryczne oraz stosunkowo wysoką ich wytrzymałość. Wieloskładnikowe stopy miedzi spełniają wysokie wymagania eksploatacyjne w zakresie materiałów elektronicznych (podkłady w układach drukowanych, połączenia etc.). Stopy na bazie miedzi są także projektowane i badane w związku z rozwojem lutowi bezołowiowych. Pokazano, że właściwości takich połączeń są zależne od różnych domieszek stopowych tak w lutach bezołowiowych jak i stopach na bazie Cu. Proces rozwoju wysokoefektywnych wieloskładnikowych stopów na bazie miedzi wymaga konstrukcji odpowiednich termodynamicznych baz danych pozwalających na przewidywanie układów równowagi fazowej, w tym linii likwidus, solidus i solwus oraz procesów krzepnięcia równowagowego i nierównowagowego (np. model Scheila-Gullivera), bo praktycznie nie istnieją dane eksperymentalne dla wieloskładnikowych stopów z Cu. Ponadto bazy danych na bazie Cu są wykorzystywane do optymalizacji procesów metalurgicznych w technologiach wytwarzania czystej miedzi i jej stopów. Tak więc, wszelkie obliczenia reakcji i równowag w układach fazowych są możliwe tylko w przypadku istnienia spójnego opisu termodynamicznego układu fazowego w postaci modeli faz tworzących termodynamiczną bazę danych, Jedną z najszerzej stosowanych obecnie metod konstrukcji takich baz jest metoda Calphad. Celem niniejszej pracy będzie konstrukcja termodynamicznej bazy danych dla stopów na bazie Cu zawierającej wstępnie dodatkowych 5 składników: As, Fe, O, Pb, S. Aby zrealizować ten plan niezbędna będzie wspólna optymalizacja odpowiednich układów dwu- i trójskładnikowych (np. Cu-S, As-Cu, Cu-Pb itp.) na podstawie literaturowych danych eksperymentalnych metodą Calphad. Wraz z danymi dyfuzji i ruchliwości atomów bazy te służą także do projektowania nowych stopów funkcjonalnych i optymalizacji parametrów procesowych.

Zaplecze badawcze: Wydział Metali Nieżelaznych dysponuje oprogramowaniem komercyjnym niezbędnym do opracowania krytycznego termodynamicznych danych dla wykresów fazowych różnych układów na podstawie danych eksperymentalnych. Do dyspozycji doktoranta jest oprogramowanie: Pandat (CompuTherm LLC - USA, ThermoCalc - TCAB, Szwecja, HSC – Outotec, Finlandia, czy FactSage - GTT Technologies, RFN/Kanada). Niezbędne dane eksperymentalne do opracowania modelowego faz układów pozyskuje się z literatury światowej w postaci publikacji i materiałów konferencyjnych. Oprogramowanie to pozwala także na obliczenia wykresów fazowych z opracowanych krytycznie modeli faz i innych ich właściwości termodynamicznych. Pozwala także na oszacowanie sekwencji wydzielania faz tak w przypadku równowagowym (reguła dźwigni) , jak i nierównowagowym (model Sheila-Gullivera). Oprogramowanie, którym dysponuje Katedra Fizykochemii i Metalurgii Metali Nieżelaznych pozwala także, w ograniczonym zakresie (układy 3-składnikowe) na sprzężone modelowanie kinetyczne i jednoczesną symulację zarodkowania, wzrostu i rozrostu ziaren przy zastosowaniu metody numerycznej Kampmanna-Wagnera (KWN) oraz pozwala na symulację rozkładu gęstości cząsteczek i ich średniego wymiaru metodą Fast-Acting (teoria Langera i Schwartza). Szczególnią zaletą oprogramowania jest możliwość uwzględnienie w obliczeniach termodynamicznych udziału fazy gazowej.

Liczba miejsc: 1

 

28. Wpływ stosowanych mas formierskich i rdzeniowych na szkodliwość środowiska pracy w odlewni.

Promotor: dr hab. inż. Katarzyna Major-Gabryś

Promotor pomocniczy: dr inż. Małgorzata Hosadyna-Kondracka

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Trendy współczesnego odlewnictwa dotyczące mas formierskich i technologii formy wynikają z trzech głównych uwarunkowań. Są to: zapewnienie odpowiednich właściwości technologicznych formy i rdzenia, wysoka ekonomika procesu, niska szkodliwość dla środowiska. Jednakże w ostatnich latach czynnikiem dominującym w rozwoju technologii mas formierskich i rdzeniowych staje się konieczność przestrzegania wysokich wymagań w zakresie ochrony środowiska. Dokonuje się to nawet kosztem obniżenia właściwości technologicznych mas. W Pracowni Tworzyw Formierskich Wydziału Odlewnictwa AGH promotor od wielu lat prowadzi badania związane z zastosowaniem przyjaznych dla środowiska mas formierskich i rdzeniowych. Jednakże dotychczas nie podjęto próby oceny toksyczności tych mas w odlewni. Współpraca w ramach niniejszej pracy pomiędzy Wydziałem odlewnictwa a Instytutem Odlewnictwa umożliwi przeprowadzenie takiej oceny.

Zaplecze badawcze: Badania realizowane byłyby na Wydziale Odlewnictwa AGH oraz w Instytucie Odlewnictwa w Krakowie. W Pracowni Tworzyw Formierskich Wydziału Odlewnictwa AGH promotor (K. Major-Gabryś) od wielu lat prowadzi badania związane z rozwojem mas formierskich i rdzeniowych w aspekcie wymogów ochrony środowiska. Wydział dysponuje zapleczem urządzeń badawczych do realizacji programu pracy.

Liczba miejsc: 1

 

29. Masy formierskie i rdzeniowe przeznaczone do produkcji wielkogabarytowych odlewów.

Promotor: dr hab. inż. Katarzyna Major-Gabryś

Promotor pomocniczy: dr inż. Małgorzata Hosadyna-Kondracka

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: W ostatnim okresie w strukturze europejskiego przemysłu odlewniczego nastąpiły istotne zmiany, takie jak gwałtowny rozwój produkcji odlewów z żeliwa z grafitem zwartym, a także stopów lekkich, kosztem ograniczania produkcji odlewów staliwnych. Stworzyło to istotną lukę w produkcji ciężkich odlewów staliwnych (przekraczających masę 30 Mg) dla przemysłu hutniczego, cementowego czy energetyki. Problem stanowi technologia formy dla tak ciężkich odlewów, ponieważ ich czas krzepnięcia i stygnięcia wynosi nawet kilka dni, co naraża materiał formierski na długotrwałe obciążenie cieplne i mechaniczne. Masy ze spoiwami organicznymi (żywicami syntetycznymi) z punktu widzenia właściwości technologicznych znajdują największe zastosowanie w praktyce przemysłowej. Główne ich zalety to wysoka wytrzymałość, dobra podatność i wybijalność, a także łatwość regeneracji mechanicznej. Podstawową wadą tych mas jest wysoka szkodliwość dla środowiska, która może objawiać się na różnych etapach procesu wykonywania odlewów, a szczególnie w procesie zalewania. Stąd poszukiwane są nowe rozwiązania mas opartych o spoiwa organiczne, które zapewniają dobre właściwości technologiczne, wykazując mniejszą szkodliwość dla środowiska.

Zaplecze badawcze: Badania realizowane byłyby na Wydziale Odlewnictwa AGH oraz w Instytucie Odlewnictwa w Krakowie. W Pracowni Tworzyw Formierskich Wydziału Odlewnictwa AGH promotor (K. Major-Gabryś) od wielu lat prowadzi badania związane z rozwojem mas formierskich i rdzeniowych ze spoiwami organicznymi i nieorganicznymi. Wydział dysponuje zapleczem urządzeń badawczych do realizacji programu pracy.

Liczba miejsc: 1

 

30. Synteza nanocząstek srebra o heksagonalnej strukturze krystalograficznej – nowa nadzieja.

Promotor: dr hab inż. Marek Wojnicki

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: W ramach doktoratu, badane będą warunki w jakich możliwa jest synteza stabilnych nanocząstek srebra o krystalografii H2 i H4 tj. (heksagonalnej). Takie nanocząstki wykazują odmienne właściwości do cząstek o krystalografii A1. Ze względu na inną gęstość upakowania atomów w komórce elementarnej oczekuje się iż będą one wykazywały odmienne właściwości fizyczne i chemiczne.

Zaplecze badawcze: Wydział jest wyposażony w aparaturę umożliwiającą w pełni syntezę tego typu materiałów. Ponadto większość aparatury niezbędnej do charakterystyki tych materiałów jest również dostępna: potencjostaty/galwanostaty, bipotencjostaty, elektrochemiczna mikrowaga kwarcowa z celką przepływową, rotor z wirującą elektrodą dyskową oraz wirującą elektrodą dyskową z pierścieniem, spktrofotometry UV-VIS-NIR, spktrofotometry UV-VIS, elipsometr, mikroskopy optyczne i konfokalne, mikroskop sił atomowych, skaningowy mikroskop tunelowy, dyfraktometr rentgenowski, spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z detektorem WDS, skaningowy mikroskop elektronowy z detektorami EDS, WDS i EBSD, transmisyjny mikroskop elektronowy z detektorem EDS, spektrometr podczerwieni FT-IR, ultra szybki spektrofotometr UV-Vis (do 1000 widm/s), kamera CCD (do 1000 fps), spektrofotometr UV-Vis do pomiarów metodą zatrzymanego przepływu, reaktor ciśnieniowy PARR (do 200 bar), mikroreaktory przepływowe (maksymalne ciśnienie pracy do 20 bar), spektrometr DLS z przystawką do pomiaru potencjału zeta., spektrometr emisyjny z plazmą mikrofalową, spektrometr absorpcji atomowej.

Liczba miejsc: 2

 

31. Synteza anizotropowych nanocząstek złota wolnych od CTAB.

Promotor: dr hab inż. Marek Wojnicki

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: W ramach doktoratu, badane będą warunki w jakich możliwa jest synteza stabilnych nanocząstek złota w formie nanodrutów wolnych od CTAB. Obecnie najczęściej stosowana metoda oparta jest o zastosowanie CTAB jako czynnika stabilizującego i wymuszającego określony kierunek wzrostu. Niestety związek ten jest silnie toksyczny. Dlatego poszukiwanym jest metoda umożliwiająca syntezę nanocząstek o kształcie nanodrutów z wykorzystaniem innych związków wymuszających anizotrpię kształtu.

Zaplecze badawcze: Wydział jest wyposażony w aparaturę umożliwiającą w pełni syntezę tego typu materiałów. Ponadto większość aparatury niezbędnej do charakterystyki tych materiałów jest również dostępna: potencjostaty/galwanostaty, bipotencjostaty, elektrochemiczna mikrowaga kwarcowa z celką przepływową, rotor z wirującą elektrodą dyskową oraz wirującą elektrodą dyskową z pierścieniem, spktrofotometry UV-VIS-NIR, spktrofotometry UV-VIS, elipsometr, mikroskopy optyczne i konfokalne, mikroskop sił atomowych, skaningowy mikroskop tunelowy, dyfraktometr rentgenowski, spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z detektorem WDS, skaningowy mikroskop elektronowy z detektorami EDS, WDS i EBSD, transmisyjny mikroskop elektronowy z detektorem EDS, spektrometr podczerwieni FT-IR, ultra szybki spektrofotometr UV-Vis (do 1000 widm/s), kamera CCD (do 1000 fps), spektrofotometr UV-Vis do pomiarów metodą zatrzymanego przepływu, reaktor ciśnieniowy PARR (do 200 bar), mikroreaktory przepływowe (maksymalne ciśnienie pracy do 20 bar), spektrometr DLS z przystawką do pomiaru potencjału zeta., spektrometr emisyjny z plazmą mikrofalową, spektrometr absorpcji atomowej.

Liczba miejsc: 1

 

32. Synteza nanostruktur metaloorganicznych reagujących na takie bodźce jak: temperatura, światło, pH, czynniki chemiczne.

Promotor: dr hab inż. Marek Wojnicki

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Inteligentne materiały w tym struktury oparte na metaloorganicznych związkach są jednymi z najbardziej interesujących oraz trudnych do wytworzenia. Znane są molekuły organiczne zwane też molekularnymi włącznikami i robotami, które pod wpływem określonego bodźca zewnętrznego zachowują się w określony sposób. W odpowiedzi na te specyficzne własności dramatycznie zmieniają się możliwości ich wykorzystania w praktyce w wielu gałęziach nauki, techniki m.in. optoelectronice, (bio)sensorach, (bio)katalizie, itp. Celem pracy badawczej będzie zaprojektowanie i wytworzenie nanostruktury bazującej na metalach szlachetnych oraz jej funkcjonalizację odpowiednimi związkami organicznymi. Następnie zbadanie własności zsyntezowanego materiału oraz określenie warunków działania.

Zaplecze badawcze: Katedra posiada zaplecze do prowadzenia badań w zakresie zarówno syntezy nanomateriałów w reaktorze okresowym jak i przepływowym (mikroreaktory), modyfikacji ich powierzchni jak i analizy. Laboratorium wyposażone jest m.in. w spektrofotometry UV-Vis, FTIR, analizator do pomiaru rozmiaru cząstek metodą dynamicznego rozpraszania światła, refraktometr, wirówki, mikroskop sił atomowych (AFM), skaningowy mikroskop elektronowy (SEM).

Liczba miejsc: 1

 

33. Określenie właściwości termodynamicznych i równowag fazowych w trójskładnikowych stopach z galem.

Promotor: dr hab. inż. Dominika Jendrzejczyk-Handzlik

Promotor pomocniczy: dr inż. Piotr Handzlik

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Celem proponowanego zagadnienia badawczego jest zbadanie właściwości termodynamicznych i określenie równowag fazowych w trójskładnikowych stopach z galem. Początkowo zostaną przebadane właściwości termodynamiczne ciekłych roztworów przy zastosowaniu metody kalorymetrycznej oraz elektrochemicznej. Następnie zostaną określone temperatury przemian oraz przebieg linii likwidus przy użyciu analizy termicznej. Uzyskane wyniki nie dostarczą informacji na temat jakie fazy powstają i kiedy mogą ze sobą koegzystować. Aby to określić zostanie przeprowadzony kolejny eksperyment, a mianowicie równoważenie izotermiczne. Następnie zostaną wykonane badania strukturalne z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej oraz dyfraktometrii rentgenowskiej. Uzyskane wyniki eksperymentalne zostaną wykorzystane do utworzenia bazy danych, za pomocą której w ostatnim etapie pracy zostanie wykonana optymalizacja tego trójskładnikowego układu przy pomocy metody CALPHAD. Programy ThermoCalc i Pandat zostaną wykorzystane w optymalizacji tego potrójnego układu.

Zaplecze badawcze: Laboratoria na Wydziale Metali Nieżelaznych są wyposażone we wszystkie niezbędne urządzenia niezbędne do realizacji proponowanego tematu badawczego: wysokotemperaturowy kalorymetr, wysokotemperaturowe piece przeznaczone do badań metodą elektrochemiczną, wysokotemperaturowy mikro-kalorymetr przeznaczony do badań metodą DTA/DSC, precyzyjne wagi , wysokotemperaturowe piece operacyjne , mikroskop optyczny, dyfraktometr rentgenowski, skaningowy mikroskop elektronowy z detektorami EDS, WDS i EBSD, transmisyjny mikroskop elektronowy z detektorem EDS, specjalistyczne oprogramowanie ThermoCalc, specjalistyczne oprogramowanie Pandat.

Liczba miejsc: 1

 

34. Badania nad podatnością stopów AlZnMg(Cu) do wyciskania zgrzewającego.

Promotor: dr hab. inż. Dariusz Leśniak, prof. AGH

Promotor pomocniczy: dr inż. Justyna Grzyb

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Praca doktorska dotyczy zagadnienia podatności do wyciskania zgrzewającego trudno-odkształcalnych i trudno-zgrzewalnych stopów AlZnMg(Cu). Planuje się badania zgrzewalności w/w stopów z wykorzystaniem oryginalnego urządzenia do badań zgrzewalności metali i stopów, obliczenia numeryczne MES z wykorzystaniem oprogramowania QForm-Extrusion oraz weryfikację doświadczalną w warunkach przemysłowych firmy Albatros Aluminium Sp. z .o.o. w Wałczu. Rezultatem doktoratu będzie opracowanie kompletnej technologii wyciskania kształtowników zamkniętych z miedziowych stopów aluminium serii 7xxx, ze szczególnym uwzględnieniem wytworzenia wysokiej jakości zgrzewów wzdłużnych w wyrobie.

Zaplecze badawcze: Do dyspozycji doktoranta będzie zaplecze badawcze katedry Przeróbki Plastycznej i Metaloznawstwa Metali Nieżelaznych na Wydziale Metali Nieżelaznych AGH w Krakowie, w szczególności urządzenie do badań zgrzewalności metali i stopów oraz oprogramowanie CAD (SolidWorks) i FEM (Qform-Extrusion i Deform). Ponadto, doktorant będzie zatrudniony (umowy o dzieło) w ramach startującego projektu TECHMATSTRATEG II pt.”Wyciskanie zgrzewające stopów aluminium serii 7xxx”, którego kierownikiem na AGH jest Dr hab. inż. Dariusz Leśniak, prof. AGH.

Liczba miejsc: 1

 

35. Stopy wysokoentropowe i ich odporność chemiczna.

Promotor: prof. dr hab. inż. Elżbieta Godlewska

Promotor pomocniczy: dr inż. Marzena Mitoraj-Królikowska

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedmiotem badań będą właściwości chemiczne nowych stopów należących do grupy materiałów o wysokiej entropii konfiguracyjnej. Stopy te zawierają co najmniej pięć składników, spośród których większość to metale przejściowe. Udziały molowe poszczególnych składników są w przybliżeniu jednakowe. Stopy wysokoentropowe często wykazują bardzo dobre właściwości mechaniczne oraz stabilność struktury w wysokiej temperaturze, natomiast ich odporność na korozję kontakcie ze środowiskiem ciekłym lub odporność na wysokotemperaturowe utlenianie nie jest wystarczająco poznana. Badania będą mieć zarówno wartość poznawczą jak i aplikacyjną. Z jednej strony przedmiotem zainteresowania będzie przebieg reakcji chemicznych w układzie ciało stałe - ciecz i/lub ciało stałe – gaz a z drugiej strony zagadnienia związane z potencjalnymi obszarami zastosowania nowych stopów i ocena ich konkurencyjności w stosunku do znanych materiałów konstrukcyjnych. Przewiduje się, że niektóre z tych nowych materiałów będą zastosowane do wytwarzania elementów maszyn i urządzeń metodą druku 3D.

Zaplecze badawcze: Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH dysponuje sprzętem niezbędnym do realizacji badań przewidzianych w proponowanej pracy doktorskiej. Laboratorium Powłok Funkcjonalnych (www.fclab.agh.edu.pl) wyposażone jest w nowoczesne urządzenia do wytwarzania i charakterystyki materiałów i warstw, takie jak: całkowicie zautomatyzowane stanowiska do cyklicznego utleniania, mikrotermowaga do pomiarów kinetyki reakcji w stałej temperaturze, stanowisko do klasycznych pomiarów elektrochemicznych, stanowisko do pomiarów szumu elektrochemicznego, skaningowa stacja elektrochemiczna. Analiza składu chemicznego i fazowego, mikrostruktury oraz topografii powierzchni (SEM, EDS, XRD, UV-VIS, IR, FT-Raman, AFM) jest możliwa do przeprowadzenia w wydziałowych pracowniach. Inne techniki analizy powierzchni są dostępne w laboratoriach uczelnianych (Międzynarodowe Centrum Mikroskopii Elektronowej dla Inżynierii Materiałowej, Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii). Praca doktorska będzie po części wykonywana w ramach projektu międzynarodowego NADEA (Nano-scale duplex high entropy alloys produced by additive manufacturing) M-ERA.NET 2, który jest aktualnie w trakcie realizacji.

Liczba miejsc: 1

 

36. Warstwy półprzewodnikowe – synteza i właściwości.

Promotor: prof. dr hab. inż. Elżbieta Godlewska

Promotor pomocniczy: dr inż. Krzysztof Mars

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedmiotem proponowanej pracy doktorskiej będą związki pomiędzy strukturą i właściwościami materiałów półprzewodnikowych w formie warstw. Przypuszcza się, że teoretycznie możliwe wzmocnienie właściwości użytkowych materiałów litych z grupy krzemków, selenków i tellurków uda się uzyskać w układach warstwowych/cienkowarstwowych o hierarchicznej strukturze. Nanoszenie warstw można realizować metodami chemicznymi, fizycznymi lub stosując sekwencyjnie obie metody. Jedna z technik PVD - impulsowe rozpylanie magnetronowe - jest do tego celu szczególnie przydatna. Umożliwia modulowanie składu i budowy warstwy od amorficznej do krystalicznej. Dodatkowym, ciekawym naukowo problemem będzie stabilność strukturalna warstw w funkcji temperatury. Przewiduje się wielostronną charakterystykę warstw obejmującą badania właściwości elektrycznych (rezystancja, współczynnik Seebecka), koncentracji i ruchliwości oraz typu nośników ładunku (efekt Halla) w funkcji temperatury, właściwości cieplne (DTA/TG, DSC) oraz równoległe badania ewolucji składu i morfologii warstw w funkcji temperatury (SEM, TEM, EDS, XRD, dyfrakcja elektronowa oraz wybrane techniki spektroskopowe).

Zaplecze badawcze: Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH dysponuje sprzętem niezbędnym do realizacji badań przewidzianych w proponowanej pracy doktorskiej. Laboratorium Powłok Funkcjonalnych (www.fclab.agh.edu.pl) wyposażone jest w nowoczesne urządzenia do wytwarzania i charakterystyki materiałów i warstw, takie jak: stanowisko do pomiaru przewodnictwa elektrycznego metodą czterosondową oraz współczynnika Seebecka, reaktor do syntezy materiałów metodą samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS) w kontrolowanej atmosferze, komora próżniowa wyposażona w planarne wyrzutnie magnetronowe i system umożliwiający kontrolę temperatury podłoża w trakcie nanoszenia warstw, unikalny wielofunkcyjny przyrząd do pomiaru właściwości termoelektrycznych warstw. Analiza składu chemicznego i fazowego, mikrostruktury oraz topografii powierzchni (SEM, EDS, XRD, UV-VIS, IR, FT-Raman, AFM) jest możliwa do przeprowadzenia w wydziałowych pracowniach. Inne techniki analizy powierzchni są dostępne w laboratoriach uczelnianych (Międzynarodowe Centrum Mikroskopii Elektronowej dla Inżynierii Materiałowej, Akademickie Centrum Materiałów i Nanotechnologii). Praca doktorska będzie po części wykonywana w ramach projektu pt. „Warstwy półprzewodnikowe o kontrolowanej mikrostrukturze nanoszone metodą impulsowego rozpylania magnetronowego” (NCN OPUS nr 2016/23/B/ST8/01248), który jest aktualnie w trakcie realizacji.

Liczba miejsc: 2

 

37. Biosensory glukozy na bazie anizotropowych związków metali przejściowych.

Promotor: prof. dr hab. inż Marta Radecka

Promotor pomocniczy: dr inż. Anna Kusior

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Zagadnienie badawcze obejmuje opracowanie nowatorskiej generacji czujników glukozy opartych o związki metali przejściowych charakteryzujących się rozwiniętą powierzchnią i anizotropią właściwości. Prowadzone będą badania dotyczące wpływu struktury i składu chemicznego tych materiałów półprzewodnikowych na transfer elektronów oraz skuteczność w utlenianiu glukozy pod kątem uzyskiwanej siły sygnału, zakresu pomiarowego, jak również czułości bazujących na nich sensorów. Istotne będzie określenie selektywności, stabilności chemicznej oraz czasowej skonstruowanych układów, które przyczyniłyby się do ich konkurencyjności względem obecnie stosowanych czujników enzymatycznych.

Zaplecze badawcze: Cała niezbędna do realizacji projektu aparatura znajduje się na wyposażeniu Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH. W tym dyfraktogram rentgenowski, skaningowy mikroskop elektronowy, czy też reaktor wysokociśnieniowy. Możliwe będzie wykorzystanie następujących technik badawczych: spektroskopia optyczna, spektroskopia Ramana, analizy TG/DTA oraz pomiar wielkości potencjału zeta. Pomiary woltamperometryczne skonstruowanych na bazie otrzymanych materiałów elektrod posłużą do określenia właściwości sensorowych.

Liczba miejsc: 1

38. Właściwości fizykochemiczne (nano-)materiałów przeznaczonych na elektrody w układach elektrochemicznych do magazynowania energii.

Promotor: dr hab. inż. Paweł Pasierb, prof. AGH

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Opracowanie nowych materiałów i technologii służących przetwarzaniu i magazynowaniu różnych form energii, w szczególności w formie użytecznej energii elektrycznej, jest aktualnie bardzo istotnym zagadnieniem badawczym rozwijanym w szeregu ośrodkach badawczych. Do urządzeń służących magazynowaniu energii można zaliczyć wszelkiego rodzaju ogniwa elektrochemiczne lub super- i ultrakondensatory. Rozwój tego typu technologii nie jest możliwy bez opracowania nowych materiałów, w tym materiałów w skali nano, materiałów kompozytowych, złożonych struktur typu core-shell oraz dogłębnego poznania mechanizmów działania tego typu urządzeń. Określenie korelacji pomiędzy strukturą opracowywanych materiałów, rozumianą szeroko jako skład chemiczny i fazowy, struktura krystaliczna, mikrostruktura, czy struktura elektronowa, a właściwościami elektrochemicznymi i mechanizmem działania konstruowanych prototypowych urządzeń do magazynowania energii jest kluczem do zaproponowania pełniejszego opisu zachodzących zjawisk służących zmagazynowaniu korzystnie jak największej ilości energii. Tematyka proponowanego zagadnienia badawczego wpisuje się w pełni w opisaną powyżej problematykę badawczą.

Zaplecze badawcze: Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH dysponuje wszelką aparaturą konieczną do realizacji proponowanego zadania badawczego. W szczególności zespół badawczy kierowany przez opiekuna naukowego dysponuje aparaturą do preparatyki materiałów i przeprowadzeniu wszelkich pomiarów elektrycznych i elektrochemicznych prototypowych urządzeń.

Liczba miejsc: 1

 

39. Modyfikacje włóknistych podłoży węglowych w celu aktywacji procesów regeneracji ubytków chrzestno-kostnych.

Promotor: dr hab inż. Ewa Stodolak-Zych

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Badania nad wykorzystaniem włókien węglowych wytwarzanych klasycznymi metodami mokrymi jak i elektroprzędzeniem prowadzone w ostatnich latach przyczyniły się do powtórnego zainteresowania tym materiałem w aspekcie wykorzystania go w medycynie regeneracyjnej. Potwierdzony potencjał kościotwórczy i chrząstkotwórczym niskomodułowych włókien węglowych został wzmocniony przez możliwość licznych modyfikacji objętościowych (dodatek nanocząstek) lub powierzchniowych (białka, cukry, czynniki wzrostu) pojedynczych włókien, nanowłókien czy membran węglowych. Miały one na celu stymulacje komórek kostnych/chrzestnych w procesach inicjujących naprawę i odtworzenie struktur zniszczonej tkanki. Opierając się na tych doniesieniach a także na badaniach własnych w projekcie planowane jest otrzymanie złożonych węglowych układów włóknistych modyfikowanych objętościowo dodatkami uławiającymi monitorowanie zachowania się implantu w warunkach in vitro (np. ferromagnetyki). Drugi rodzaj modyfikacji zakłada próbę modyfikacji powierzchniowych układami peptyd-cukier. Szczepienie białkowych pochodnych kolagenu do polisacharydu a następnie próba naniesienia takiego układu na powierzchnie włókna węglowego stanowi kolejny etap modyfikacji podłoża/membrany węglowej. Takie wielofunkcyjne podłoże z jednej strony powinno wspomagać proliferacje komórek chrzęstnych i/lub kostnych z drugiej powinno ułatwić proces monitorowania kostnienia uszkodzonej tkanki lub odbudowę tkanki chrzęstnej.

Zaplecze badawcze: Do realizacji projektu zostanie wykorzystana aparatura dostępna w Katedrze Biomateriałów i Kompozytów. Właściwości podłoży 3D i membran 2D zostaną zbadane metodami termicznymi (TG/DSC), spektroskopowymi (FTIR: ATR, DRIFT) oraz fizykochemicznymi (goniometr DSA 10Kruss). Mikrostruktura powierzchni włóknin zostanie przeprowadzona z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (Nova NanoSEM) dostępnej w Wydziałowej Pracowni Mikroskopowej WIMIC. Badania mechaniczne będą przeprowadzone z wykorzystaniem uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej (Zwick 1435) zaś badania termomechaniczne włóknin w aparaturze DTMA (TA Instruments). Z kolei badania biologiczne będą realizowane we współpracy z Zakładem Anatomii Akademii Wychowania Fizycznego w Krakowie. Trwałość podłoży jak również możliwość monitorowania zachowania się podłoży w warunkach in vitro zostanie zrealizowana przy współpracy z Laboratorium Rezonansu Magnetycznego WFiIS-AGH. Praca doktorska stanowić będzie część projektu: Wpływ hybrydowych struktur węglowych na proces regeneracji tkanki chrzęstnej/kostnej, który finansowany jest przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu OPUS 16.

Liczba miejsc: 1

 

40. Biodegradowalne materiały metaliczne i polimerowo-metaliczne dla zastosowań medycznych.

Promotor: prof. dr hab. inż. Jan Chłopek

Promotor pomocniczy: dr inż. Patrycja Domalik-Pyzik

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Badania będą prowadzone w kierunku opracowania wielofazowych układów polimerowo-metalicznych do zastosowań medycznych, w oparciu o biodegradowalne stopy metali, np. stopy magnezu, oraz wybrane polimery resorbowalne. Zakłada się wykorzystanie nowoczesnych metod otrzymywania, które pozwolą na formowanie materiałów o ściśle określonych właściwościach, a także opracowanie sposobów budowy przestrzennych modeli złożonych z faz o różnej szybkości degradacji. Zróżnicowane tempo degradacji poszczególnych faz oraz zastosowanie odpowiednich czynników wykazujących aktywność biologiczną będzie miało na celu wspomaganie procesu tworzenia nowych naczyń krwionośnych, które są niezbędne dla prawidłowego przebiegu procesu regeneracji tkanek. Otrzymane materiały zostaną scharakteryzowane pod względem szeregu właściwości fizykochemicznych, ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmów degradacji w zaprojektowanych układach kompozytowych oraz skuteczności kontroli szybkości degradacji. Badania biologiczne będą prowadzone w celu oceny biozgodności opracowanych układów oraz ich zdolności do wspierania tworzenia nowych naczyń krwionośnych i dalej regeneracji tkankowej.

Zaplecze badawcze: Katedra Biomateriałów i Kompozytów dysponuje bogatym zapleczem badawczym, dzięki któremu możliwa jest realizacja szeregu interdyscyplinarnych projektów naukowych. Wśród pracowni katedralnych wymienić można m.in. pracownie badań właściwości mechanicznych, badań właściwości materiałów węglowych i kompozytowych, badań powierzchni, mikrotechnologii i badań biomateriałów, badań termicznych oraz pracownie badań biologicznych. Poza tym Katedra posiada pełen dostęp do infrastruktury badawczej macierzystego Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki. Badania będą mogły być realizowane w ramach projektów naukowych.

Liczba miejsc: 1

 

41. Biodegradowalne, wielofunkcyjne materiały kompozytowe dla inżynierii tkankowej.

Promotor: dr hab. inż. Katarzyna Cholewa-Kowalska

Promotor pomocniczy: dr inż. Michał Dziadek

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Biomateriały nowej generacji dla inżynierii tkankowej a przede wszystkim dla inżynierii tkanki kostnej, poza zdolnością do stymulowania procesów odbudowy kości, powinny również wykazywać właściwości antybakteryjne, przeciwnowotworowe, przeciwutleniające, przeciwzapalne i immunomodulacyjne. Z tego względu tematyka pracy dotyczy zaprojektowania oraz wytworzenia nowych, wielofunkcyjnych, bioresorbowalnych kompozytów wzbogacanych polifenolami (PPh) pozyskanymi z roślin leczniczych (np. szałwii/rozmarynu) oraz indywidualnymi związkami polifenolowymi (np. kwasem galusowym/kwasem rozmarynowym/kwasem karnozowym) o szerokim spektrum aktywności biologicznej. Badania dotyczą możliwości kontrolowania właściwości materiałowych i biologicznych biomateriałów kompozytowych wzbogaconych PPh przy zastosowaniu zarówno różnych matryc polimerowych (polimery amorficzne/semikrystaliczne) jak i wypełniaczy matrycy polimerowej (submikrometryczne/nanometryczne cząstki ceramiczne, nanorurki węglowe). W ostatnim etapie, podjęta zostanie próba wytworzenia podłoży kompozytowych w formie 3D, jako nowoczesnych nośników związków polifenolowych. Z uwagi na wpływ obecności polifenoli jak i cząstek modyfikujących w roztworze polimeru na jego parametry istotne z punktu widzenia procesu otrzymywania (np. lepkość, przewodnictwo, napięcie powierzchniowe), kluczowym zagadnieniem będzie optymalizacja parametrów procesu wytwarzania w celu otrzymania rusztowań o unikalnych i łatwych do kontrolowania właściwościach biologicznych.

Zaplecze badawcze: W związku z interdyscyplinarnym charakterem pracy, badania prowadzone będą na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie (AGH) we współpracy ze specjalistami z Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie (UR) i Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego (UJ-CM). AGH WIMiC dysponuje dobrze wyposażonym laboratorium syntez zol-żel i biomateriałów, jak również niezbędną do charakterystyki wytworzonych materiałów aparaturą (m.in. SEM/EDX (Nova NanoSEM 200 FEI Europe Company/EDAX), analizator wielkości cząstek (Mastersizer, Malvern), analizator potencjału zeta (Zetasizer, Malvern), analizator powierzchni BET (ASAP 2010), spektrometr FTIR (Bruker Vertex 80v) z przystawką ATR, DRIFTS, XRD (PANalytical X-ray Diffractometer X’Pert Pro), aparatura do analizy termicznej DSC/TGA (Netzsch STA 449 F3 Jupiter/Bruker Tensor 27), spektrofotometr UV-Vis (Jasco v730), , mikroskop konfokalny (Olympus Lext OLS4000), goniometr (Kruss DSA25), uniwersalna maszyna wytrzymałościowa (Table Blue, Hegewald&Peschke), spektrometr ICP-OES (Plasm 40, Perkin Elmer). UR zapewnia dostęp do zaawansowanej aparatury badawczej koniecznej do charakterystyki roztworów związków polifenolowych jak również otrzymanych materiałów (m.in. wysokosprawny chromatograf cieczowy HPLC (Shimadzu Prominence), Z kolei Collegium Medicum UJ wyposażone jest we wszystkie niezbędne urządzenia do prowadzenia badań biologicznych.

Liczba miejsc: 1

 

42. Wysokotemperaturowe utlenianie i degradacja materiałów żaroodpornych.

Promotor: dr hab. inż. Jerzy Jedliński, prof. AGH

Promotorzy pomocniczy: dr inż. Jarosław Dąbek, dr inż. Juliusz Dąbrowa, dr inż. Marek Zajusz, dr inż. Mirosław Stygar

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Zagadnienie dotyczy aktualnie prowadzonych na świecie badań w zakresie określania przebiegu (kinetyki, mechanizmów) utleniania i degradacji materiałów przeznaczonych lub testowanych pod kątem przeznaczenia do pracy w wysokich temperaturach. Dotyczy to następujących materiałów:

I. materiałów strukturalnych, np.: (1) stopów/stali FeCrAl, stosowanych w wymiennikach ciepła, oporowych elementach grzewczych, nośnikach katalizatorów samochodowych i planowanych do wykorzystania w reaktorach jądrowych IV generacji; (2) grupy tzw. stopów wysokoentropowych,

II. materiałów powłokowych w postaci związków lub stopów z układu Ni-Al, np. warstw wiążących (Bond Coats) w wielowarstwowych powłokach TBC (Thermal Barrier Coatings), głównie: związku β-NiAl oraz stopów typu γ/γ’ (γ-Ni / γ’-Ni3Al).

Badania obejmować będą, zależnie od specyfikacji tematu, która nastąpi w pierwszym roku studiów: 1) badania kinetyki utleniania, 2) badania przebiegu utleniania w warunkach cyklicznie zmiennych temperatur; 3) badania mechanizmy utleniania; 4) badania wielkości i rozkładu naprężeń resztkowych, 5) badania mechanizmów degradacji, 6) badanie tzw. efektu pierwiastków aktywnych.

 

Zaplecze badawcze:

I. Zasoby kadrowe:

 

1. Własne: 1) 1 samodzielny pracownik; 2) współpraca – 5 adiunktów

2. Współpracujące: 1) międzynarodowe – 1 grupa badawcza – Francja, 1 grupa badawcza – USA, 3) 1 grupa badawcza – Japonia, 4) 2 grupy badawcze - Polska.

II. Zasoby aparaturowe:

1. Własna: 1) kompletny zestaw do badania przebiegu utleniania w temperaturze do 1400⁰C : - kinetyki (automatyczna termowaga), - izotermicznego utleniania – piec + waga laboratoryjna; - utleniania w warunkach cyklicznie zmiennych temperatur – piec + waga laboratoryjna, - mechanizmu utleniania z wykorzystaniem izotopu tlenu 18O2 jako znacznika (jedno z kilku urządzeń na świecie), 2) urządzenie do pre-utleniania pod obniżonym ciśnieniem (układ zamknięty: piec + pompy próżniowe), 3) urządzenie do badania składu powierzchni i warstw powierzchniowych – SIMS (spektrometria masowa jonów wtórnych) i XPS (spektroskopia fotoelektronów).

2. Dostępna na Wydziale i na AGH: 1) urządzenia do przygotowywania próbek, 2) skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) wyposażony w spektrometr promieniowania X z dyspersją energii (EDX), 3) piec próżniowy do wytopu stopów/materiałów, 4) dyfraktometr rentgenowski (XRD).

3. Dostępna w wyniku współpracy krajowej i międzynarodowej: 1) urządzenie do implantacji jonowej, 2) urządzenie do badania metodą spektroskopii fotoluminescencyjnej (PLS), 3) urządzenie do badania metodą spektrometrii masowej lekkich jonów (RBS).

Liczba miejsc: 2

 

43. Bioaktywne powłoki na aktywowanej plazmochemicznie powierzchni stopów medycznych dla zastosowania w bioinżynierii.

Promotor: dr hab. inż. Karol Kyzioł

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Proponowana tematyka badawcza ma na celu modyfikację powierzchni wybranych stopów medycznych (np. Ti6Al7Nb), w tym z pamięcią kształtu (np. NiTi), które stanowią obecnie jedne z bardziej użytecznych materiałów do zastosowania w bioinżynierii. W przypadku zastosowania tych materiałów w ortopedii i chirurgii stomatologicznej problemem pozostaje nadal szereg właściwości fizykochemicznych i biologicznych, w tym związanych między innymi z niedopasowaniem właściwości mechanicznych wszczepu i tkanki kostnej, tworzeniem biofilmu w procesie implantacji czy brak osteointegracji. Poważny problem stanowi również obecność metali, co w rezultacie może prowadzić do metalozy, jak również niekorzystne działanie na organizm Al i Ni. Przyjęta metodyka badawcza wychodzi na przeciw tym problemom i będzie obejmowała intencjonalną, kilkuetapową obróbkę powierzchni wybranych stopów medycznych. W tym względzie proponuje się wykorzystanie między innymi metod obróbki mechanicznej i chemicznej, procesów plazmochemicznych w reaktorze (w tym z otrzymaniem warstw na bazie struktur DLC) jak i metod prowadzących do otrzymania funkcjonalnych powłok na bazie biopolimerów (m. in. chitozanu, alginianu, kopolimeru kwasu mlekowego i glikolowego (PLGA), w tym wzbogacanych nanocząstkami metali i/lub antybiotykami). Oczekuje się, że wymiernym efektem realizacji pracy doktorskiej będzie opracowanie użytecznych rozwiązań mających na celu rozwój technologii ograniczających niekorzystny wpływ implantów metalicznych o złożonej mikrogeometrii (ograniczenie metalozy), jak i poprawa właściwości antybakteryjnych powierzchni wszczepów z zachowaniem ich biokompatybilności. Dodatkowo, na podstawie przeprowadzonych prac eksperymentalnych, możliwym będzie określenie najbardziej użytecznej modyfikacji w odniesieniu do konkretnej części wszczepu, co powinno w rezultacie przyczynić się do zwiększenia biofunkcjonalności implantów (w tym endoprotez z zachowaniem pełnej ruchomości) i długiego czasu użytkowania.

Zaplecze badawcze: Zaplecze badawcze obejmuje urządzenia do otrzymywania warstw jak i aparaturę do charakterystyki ich składu i struktury, właściwości fizykochemicznych i użytkowych, w tym:

- układ RF-MW CVD (Radio Frequency - Micro-Wave Chemical Vapour Deposition) do otrzymywania powłok metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej, Elettrorava S.p.A, Włochy,

- układ RMS PVD (Reactive Magnetron Sputtering Physical Vapour Deposition) do otrzymywania powłok metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej,

- system pozwalający otrzymywać warstwy metodami z grupy technik immersyjnych (np. zol-żel),

- eletronowy mikroskop skaningowy z analizatorem EDS (Nova NANOSEM 200 (USA, FEI) JOEL, Oxford Instrument LINK ISIS),

- spektroskop IR i Ramana (Bruker Vertex 70 FTIR),

- profilometr Hommel Tester 500,

- układ do pomiaru zwilżalności powierzchni (Kruss DSA10Mk2),

- dyfraktometr rentgenowski Empyrean firmy PANalytical wraz z wyposażeniem:

We nawiązanej współpracy z innymi ośrodkami (w tym Uniwersytet w Saragossie, Wydziałem Chemii UJ, Wydziałem Odlewnictwa AGH, Wydziałem Mechanicznym PK, Instytutem Inżynierii Materiałowej PŁ) mogą być wykonywanie badania właściwości biologicznych, odporności na korozję, właściwości mechanicznych i tribologicznych badanych próbek. Jednostki dysponują odpowiednim zapleczem aparaturowym.

Tematyka pracy badawczej będzie w znacznej części rozwijana w oparciu o rezultaty prac finansowanych z projektów badawczych: i. Bioaktywne powłoki na aktywowanej plazmochemicznie powierzchni stopu NiTi, projekt badawczy MNiSzW/UE, 2018-2019 (kierownik projektu dr hab. inż. Karol Kyzioł; wykonawca inż Piotr Jabłoński)

ii. Funkcjonalizacja powierzchni stopu Ti6Al7Nb biopolimerami z wykorzystaniem aktywacji plazmochemicznej, projekt badawczy NCN, 2017-2018 (kierownik projektu dr hab. inż. Karol Kyzioł)

Liczba miejsc: 2

 

44. Modelowanie dyfuzji kontrolowanej lepkością w warstwach powierzchniowych.

Promotor: dr hab. inż. Katarzyna Tkacz-Śmiech

Drugi promotor: dr hab. Bogusław Bożek

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Dyfuzji wieloskładnikowej w materiałach towarzyszyć mogą złożone interakcje między strumieniami (tzw.efekty krzyżowe), powstawanie naprężeń, transport konwekcyjny i odkształcenie plastyczne. Metodą, która pozwala opisać dyfuzję w takim przypadku jest metoda dwóch prędkości, zaporoponowana przez Darkena. W metodzie, potencjał prowadzący do odkształcenia plastycznego jest jednak zaniedbywany. Takie podejście jest słuszne w przypadku dyfuzji na relatywnie duże odległości, kiedy siła napędowa prowadząca do odkształcenia plastycznego jest pomijalnie mała, a kinetyka procesu limitowana jest prędkością najszybszego składnika. W przypadku dyfuzji na stosunkowo niewielkich odległościach, jak w warstwach, szybkość procesu może być ograniczona odkształceniem plastycznym. Równanie dyfuzji jest w tym przypadku niewystarczające i konieczne jest nowe podejście, które uwzględni wszystkie powyższe zjawiska i procesy. Problem badawczy dotyczy nowego zrozumienia dyfuzji w skali małych odległosci na przykładzie dyfuzji w warstwach powierzchniowych (na przykład w procesie azotowania). Zaproponowany zostanie model dyfuzji wzajemnej, który łączy naprężenia z odkształceniem lepkosprężystym i jego podstawę tworzy metoda Darkena. Końcowym osiągnięciem będzie opracowanie programu komputerowego umożliwiającego wykonanie symulacji i porównanie ich wyników z danymi eksperymentalnymi.

Zaplecze badawcze: Zagadnienie ma charakter teoretyczny. Jego realizacja nie łączy się z kosztami. Realizacja badań opierać się będzie o wieloletnie doświadczenie w zakresie modelowania dyfuzji w materiałach i o wcześniejsze wyniki eksperymentalne uzyskane przez promotora w projekcie OPUS „Modelowanie dyfuzji reakcyjnej w azotowaniu metali i stopów w złożonej geometrii - wpływ warunków brzegowych”, finansowanym ze środków NCN. Promotorstwo dra hab. B.Bożka z Wydziału Matematyki Stosowanej zapewni opiekę merytoryczną w zakresie programowania i symulacji komputerowych.

Liczba miejsc: 1

 

45. Niehomogeniczne materiały termoelektryczne.

Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wojciechowski

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedmiotem projektu jest opracowanie nowych materiałów termoelektrycznych o wysokiej sprawności w szerokim zakresie temperatur. W ramach badań podstawowych będą rozwijane dwie oryginalne koncepcje: kompozytowych materiałów termoelektrycznych o niedopasowanej strukturze fononowej i zestrojonej strukturze elektronowej (Mismatched Phonon Structure and Adjusted Electron Structure MPS-AES) oraz gradientowych materiałów termoelektrycznych (Double-Tuned Functionally Graded Thermoelectric Materials DT-FGTM). Badania eksperymentalne będą polegały na opracowaniu metod syntezy takich materiałów przy użyciu zaawansowanych technik wytwarzania (pulsed plasma in liquid, shock compression, high-gravity sedimentation). Wytworzone materiały posłużą do skonstruowania prototypowych modułów termoelektrycznych do konwersji energii.

Zaplecze badawcze: Zasadnicze badania będą wykonywane w Laboratorium Badań Termoelektrycznych na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki w ramach środków finansowych z projektu TEAM-TECH (Fundacja na rzecz Nauki Polskiej). Jednostka posiada dostęp do wszelkiej aparatury niezbędnej do syntezy materiałów półprzewodnikowych oraz badań właściwości strukturalnych (XRD), mikrostrukturalnych (SEM, EDX) oraz elektrycznych i cieplnych materiałów. Badania prowadzone będą we współpracy z partnerami zagranicznymi (Instytut Maxa Plancka w Dreźnie, Uniwersytet Kumamoto, Japonia) które dodatkowo dysponują zaawansowanymi narzędziami do syntezy materiałów nanostrukturalnych i gradientowych oraz do badań strukturalnych (np. badania synchrotronowe, wysokorozdzielcza elektronowa mikroskopia transmisyjna HRTEM).

Liczba miejsc: 2

 

46. Elementy termoelektrycznych na bazie niehomogenicznych materiałów termoelektrycznych.

Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wojciechowski

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedmiotem badań jest opracowanie konstrukcji i wykonanie elementów funkcjonalnych na bazie materiałów gradientowych oraz kompozytowych materiałów termoelektrycznych. Prace badawcze będą polegały na zaprojektowaniu optymalnych parametrów geometrycznych oraz składu chemicznego materiału termoelektrycznego wzdłuż osiowego przekroju elementu termoelektrycznego dla założonych warunków temperaturowych źródeł ciepła (dolnego i górnego) oraz parametrów wydajnościowych (tj. sprawność, gęstość mocy, napięcie stanu jałowego, prąd zwarcia) takiego elementu. Dobór powyższych parametrów w elementach półprzewodnikowych będzie uwarunkowany danymi materiałowymi dotyczącymi struktury elektronowej (np. poziomem Fermiego, szerokością przerwy wzbronionej) oraz cieplnymi i mechanicznymi.

Zaplecze badawcze: Zasadnicze badania będą wykonywane w Laboratorium Badań Termoelektrycznych na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki w ramach środków finansowych z projektów TECHMAT-STRATEG (NCBIR) oraz TEAM-TECH (FNP. Jednostka posiada dostęp do wszelkiej aparatury niezbędnej do syntezy materiałów półprzewodnikowych oraz badań właściwości strukturalnych (XRD), mikrostrukturalnych (SEM, EDX) oraz elektrycznych i cieplnych materiałów. Jednostka badawcza posiada także specjalistyczne zaplecze technologiczne niezbędne do konstrukcji prototypowych modułów: linię do lutowania rozpływowego, aparaturę do spiekania materiałów metodą SPS, aparaturę do wytwarzania barier dyfuzyjnych metodą magnetronową a także stanowiska badawcze (w tym generator termoelektryczny) do wyznaczania parametrów wydajnościowych i trwałościowych modułów termoelektrycznych. Wydział posiada licencję na użytkowanie pakietu ANSYS do obliczeniowej mechaniki płynów.

Liczba miejsc: 1

 

47. Właściwości fizykochemiczne nowych związków o strukturze β-manganitu.

Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wojciechowski

Promotor pomocniczy: dr Raul Cardoso-Gil

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Niemetaliczne związki o strukturze β-manganitu tworzą nową klasę ciał stałych o częściowo obsadzonej podsieci niemetalu, w której dodatkowo występuje znaczna liczba (do 100) luk tetraedrycznych przypadających na komórkę elementarną. Półprzewodniki należące do tej grupy wykazują niezwykłe właściwości termoelektryczne, piroelektryczne i optyczne. Badania naukowe skupią się na znalezieniu korelacji między strukturą krystaliczną, strukturą elektronową i właściwościami transportowymi (np. przewodnictwo cieplne, przewodnictwo elektryczne) tych związków.

Zaplecze badawcze: Zasadnicze badania będą wykonywane w Laboratorium Badań Termoelektrycznych na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki w ramach środków finansowych z projektu TEAM-TECH (Fundacja na rzecz Nauki Polskiej). Jednostka posiada dostęp do wszelkiej aparatury niezbędnej do syntezy materiałów półprzewodnikowych oraz badań właściwości strukturalnych (XRD), mikrostrukturalnych (SEM, EDX) oraz elektrycznych i cieplnych materiałów. Badania prowadzone będą we współpracy z Instytutem Maxa Plancka w Dreźnie, który dodatkowo dysponuje zaawansowanymi narzędziami do badań strukturalnych (np. badania synchrotronowe, wysokorozdzielcza elektronowa mikroskopia transmisyjna HRTEM).

Liczba miejsc: 1

 

48. Moduły termoelektryczne do konwersji ciepła niskoparametrycznego.

Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wojciechowski

Promotor pomocniczy: dr inż. Karol Sztekler

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedmiotem badań jest opracowanie konstrukcji i wykonanie prototypowych modułów termoelektrycznych przeznaczonych do konwersji ciepła odpadowego pochodzącego z procesów technologicznych. Prace badawcze będą polegały na zaprojektowaniu konstrukcji modułów i wykonanie symulacji przy pomocy narzędzi numerycznych CFD (n.p. pakiet ANSYS) a następnie wykonaniu prototypowych modułów na bazie opracowanych wcześniej materiałów termoelektrycznych i przeprowadzeniu badań ich parametrów wydajnościowych i trwałościowych. Dodatkowo zostaną przeprowadzone testy wykonanych modułów w docelowych urządzeniach energetycznych (generatorach termoelektrycznych).

Zaplecze badawcze: Zasadnicze badania będą wykonywane w Laboratorium Badań Termoelektrycznych na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki w ramach środków finansowych z projektów TECHMAT-STRATEG (NCBIR) oraz TEAM-TECH (FNP. Jednostka posiada dostęp do wszelkiej aparatury niezbędnej do syntezy materiałów półprzewodnikowych oraz badań właściwości strukturalnych (XRD), mikrostrukturalnych (SEM, EDX) oraz elektrycznych i cieplnych materiałów. Jednostka badawcza posiada także specjalistyczne zaplecze technologiczne niezbędne do konstrukcji prototypowych modułów: linię do lutowania rozpływowego, aparaturę do spiekania materiałów metodą SPS, aparaturę do wytwarzania barier dyfuzyjnych metodą magnetronową a także stanowiska badawcze (w tym generator termoelektryczny) do wyznaczania parametrów wydajnościowych i trwałościowych modułów termoelektrycznych. Wydział posiada licencję na użytkowanie pakietu ANSYS do obliczeniowej mechaniki płynów.

Liczba miejsc: 1

 

49. Zastosowanie badań struktury geometrycznej powierzchni do określania wybranych właściwości fizycznych i użytkowych materiałów.

Promotor: prof. dr hab. inż. Lucyna Jaworska

Promotor pomocniczy: dr inż. Sławomir Cygan

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Streszczenie zagadnienia badawczego (maks. 1/2 strony) Badania planowane w tej pracy mają dotyczyć zaadaptowania przyrządów służących do pomiaru struktury geometrycznej powierzchni jako alternatywnych narzędzi do obliczania porowatości otwartej próbek o określonych kształtach oraz opracowania nowej, dokładniejszej metodyki analizy obszarów zużycia uzyskanych metodą ball – on – disc. Do tej pory badania związane z polem powierzchni ścieżki wytarcia wiązały się z dość małą dokładnością oraz powtarzalnością pomiarów. Charakteryzowały się natomiast dużym odchyleniem standardowym wyników. Badania powinny doprowadzić do opracowania nowych metod: obliczania porowatości oraz pomiaru zużycia po wykonaniu testów tribologicznych. Ścieżka starcia i pory charakteryzują się nietypową geometrią i badania są często przybliżone, szczególnie w przypadku małych obiektów badań. W badaniach zostanie zastosowana stykowa metoda pomiaru chropowatości oraz (opcjonalnie) metoda optyczna – konfokalna. W ramach pracy doktorskiej planuje się wykonać specjalny stolik obrotowy do pomiaru przekrojów zużyć uzyskanych w czasie tribotestów. Rezultaty pracy powinny korzystnie wpłynąć na wiarygodność oraz powtarzalność wyników badań zużycia wykonywanych z zastosowaniem metod badań tribologicznych oraz dać możliwość obliczania porowatości zewnętrznej osobom stosującym przyrządy do badania struktury geometrycznej powierzchni. W pracy planuje się znaleźć powiązania pomiędzy zastosowaną nieniszczącą metodyką badawczą a właściwościami materiałów. Badania zostaną przeprowadzone dla różnych grup materiałowych.

Zaplecze badawcze: Badania będą realizowane w ramach „doktoratu wdrożeniowego”. Większość badań zostanie zrealizowana w Sieci Badawczej Łukasiewicz Instytucie Zaawansowanych Technologii Wytwarzania w Krakowie. Instytut dysponuje odpowiednim wyposażeniem w postaci: tribotesera ball- on - disk, porozymetru helowego, wielu typów urządzeń do pomiarów stanu warstwy wierzchniej. W ramach doktoratu skonstruowana i wykonana zostanie specjalna przystawka wpływająca na poprawę jakości badań w zakresie określenia porowatości otwartej i pomiarów ścieżki wytarcia materiału po próbie ball-on-disk. Wydział Metali Nieżelaznych dysponuje odpowiednim zapleczem badawczym dla charakterystyki mikrostruktury materiałów w zakresie porowatości i oceny mechanizmu wytarcia materiału w próbie ball-on -disk. Obie instytucje zapewniają pełne wyposażenie aparaturowe konieczne do realizacji badań.

Liczba miejsc: 1

 

50. Zwiększenie żywotności narzędzi do tłoczenia komponentów do amunicji małokalibrowej i średniokalibrowej na tle porównawczym stosowanych materiałów i powłok.

Promotor: dr hab.inż. Grzegorz Boczkal, prof. AGH

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Tematyka badawcza doktoratu wdrożeniowego dotyczy zwiększenia wydajności, a tym samym obniżenia kosztów produkcji komponentów amunicji mało i średniokalibrowej. Jest to tematyka bardzo aktualna i istotna z punktu widzenia gospodarki i obronności kraju. Obecnie stosowane narzędzia tłoczne posiadają ograniczoną żywotność i wzrost ich trwałości nawet o kilkanaście procent odbije się znacząco na kosztach produkcji. Kluczowym aspektem zagadnienia jest właściwy dobór materiału narzędzia w połączeniu z zastosowaniem powłok powierzchniowych. W ramach doktoratu planowane jest przeprowadzenie analizy porównawczej parametrów obecnie stosowanych rozwiązań, a następnie w oparciu o wiedzę z zakresu inżynierii materiałowej i przeprowadzone eksperymenty zaproponowanie nowych, ulepszonych rozwiązań. Efektem końcowym pracy będzie wytypowanie gatunków materiałów od kilku dostawców europejskich i wdrożenie uzyskanej technologii na linii produkcyjnej.

Zaplecze badawcze: MESKO posiada stacje prób i poligon przyzakładowy, na których wykonywane są próby technologiczne oraz testowane są wyroby powstałe w ramach prowadzonych prac badawczo- rozwojowych. MESKO posiada Laboratorium mechaniczno-metrologiczne i Laboratorium pirotechniczne, które wykonują badania odbiorcze elementów amunicji i rakiet. Laboratorium mechaniczno-metrologiczne wyposażone jest m.in. w:

- maszynę wytrzymałościowa - do wykonywania prób rozciągania i ściskania celem zbadania własności wytrzymałościowych wytworzonych narzędzi i komponentów

- mikroskop świetlny-do obserwacji zgładów metalograficznych

- spektrometr – do badania składu chemicznego stali

- twardościomierze - do badania twardości materiałów i powłok.

Liczba miejsc: 1

 

51. Innowacyjne materiały półprzewodnikowe dla przemysłu elektroenergetycznego.

Promotor: dr hab.inż. Grzegorz Boczkal, prof. AGH

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: W ostatnich latach zagadnienia dotyczące technologii związanych pośrednio lub bezpośrednio z materiałami termoelektrycznymi rozwijają się bardzo dynamicznie. Ten intensywny rozwój wynika z możliwości zastosowania materiałów termoelektrycznych w wielu obszarach techniki, np. w energetyce można zastosować generatory termoelektryczne TEG do bezpośredniej konwersji energii cieplnej na elektryczną. Rozwój technologiczny nie będzie jednak możliwy bez prowadzenia równolegle prac mających na celu transfer wiedzy z zakresu badań o charakterze prac naukowych i prac rozwojowych do realnych zastosowań w przemyśle (prac wdrożeniowych). Dlatego też celem głównym Doktoratu Wdrożeniowego jest opracowanie technologii wytwarzania innowacyjnych materiałów termoelektrycznych, o wysokim współczynniku efektywności termoelektrycznej ZT. Główną przyczyną podjęcia problemu badawczego jest chęć pogłębienia wiedzy na temat technologii wytwarzania materiałów półprzewodnikowych, co może w sposób znaczący wpłynąć na poprawę jakości życia społeczeństwa, chociażby ze względu na możliwy wzrost sprawności energetycznej maszyn i urządzeń wykorzystujących nowe technologie materiałów termoelektrycznych. Wizja powszechnego zastosowania generatorów termoelektrycznych może także pozytywnie wpłynąć na redukcję zanieczyszczeń i emisji CO2 do atmosfery – co stanowi istotny problem dla obecnego rozwoju cywilizacyjnego.

Zaplecze badawcze: Sieć badawcza Łukasiewicz – Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych posiada nowoczesne zaplecze umożliwiające przeprowadzenie procesów z wykorzystaniem technik metalurgii proszków. Do wytworzenia materiałów półprzewodnikowych wykorzystane zostaną między innymi urządzenie do konsolidacji materiałów techniką Spark Plasma Sintering (SPS) o maks. temperaturze pracy 2400 °C i szybkości grzania do 300°C/min. W celu szczegółowej charakteryzacji parametrów strukturalnych, mikrostrukturalnych oraz oceny składu fazowego i chemicznego otrzymanych materiałów, w projekcie wykorzystane zostaną takie metody badawcze jak: Wysokorozdzielcza dyfrakcja rentgenowska XRD (ang. X-ray Diffraction); Wysokorozdzielcza skaningowa mikroskopia elektronowa HR-SEM (ang. Scanning Electron Microscopy), skojarzona ze spektroskopią rentgenowską EDS (ang. Energy-Dispersive Spectroscopy.

Wyznaczenie współczynnika efektywności termoelektrycznej ZT otrzymywanych materiałów wymaga określenia podstawowych właściwości fizyko-chemicznych, dla wyznaczenia których użyte zostaną następujące aparatury pomiarowe: Laserowe urządzenie do pomiaru dyfuzyjności cieplnej Laser Flash LFA 457 NETZSCH Aparatura do pomiarów przewodnictwa elektrycznego właściwego, Tmax= 550°C; Urządzenie do wyznaczania współczynnika Seebecka w funkcji temperatury, Tmax= 550°C..

Liczba miejsc: 1

 

52. Badania nad optymalizacją procesu ciągłego odlewania wybranych stopów miedzi w układzie poziomym.

Promotor: dr hab. inż. Grzegorz Kiesiewicz

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: W ramach pracy doktorskiej przeprowadzone zostaną badania teoretyczne oraz doświadczalne zmierzające do optymalizacji procesu odlewania ciągłego w układzie poziomym, które realizowane będą dla wybranych stopów miedzi przeznaczonych do produkcji różnego rodzaju elementów złącznych o nośno-przewodzącym charakterze pracy. W ramach powyższego zagadnienia badawczego planuje się w szczególności przeprowadzenie prac pozwalających na określenie wpływu poszczególnych parametrów procesu odlewania ciągłego na własności i jakość produkowanych w zakładzie wyrobów w postaci prętów ze stopu CuNi2Si oraz CuZn37Ni1Si0,5 oraz przeprowadzenie badań i prac projektowych zmierzających do poprawy efektywności procesu odlewania ciągłego ww. stopów miedzi. Planuje się, iż osiągnięcie powyższego celu pracy zrealizowane zostanie poprzez wnikliwą analizę stosowanej w zakładzie technologii oraz świadomą optymalizacje stosowanych dotychczas parametrów jak i odpowiednio dobrane i następnie zweryfikowane doświadczalnie zmiany konstrukcyjne oraz technologiczne zarówno w obrębie ogólnie rozumianej budowy pieca oporowego jak i budowy jego układu krystalizacji. Całość zaplanowanych w ramach doktoratu wdrożeniowego badań umożliwić powinna w praktyce uzyskanie zwiększonej wydajności procesu odlewania i przy jednoczesnym utrzymaniu jakości uzyskiwanych wyrobów na dotychczasowym poziomie.

Zaplecze badawcze: Planuje się, że całość zaplanowanych do realizacji prac badawczych uwzględnionych w ramach opisanego zagadnienia badawczego przeprowadzona zostanie praktycznie wyłącznie przy wykorzystaniu możliwości jakie posiada zakład produkcyjny oraz jednostka naukowa w postaci laboratoriów i aparatury dostępnej na Wydziale Metali Nieżelaznych. W szczególności prace realizowane będą na linii do ciągłego odlewania w układzie poziomym znajdującej na wyposażeniu zakładu KUCA Sp. z o.o. Zakład produkcyjny posiada dodatkowo w pełni wyposażone laboratorium badawcze uwzględniające przede wszystkim emisyjny analizator składu chemicznego, twardościomierz umożliwiający pomiar w skali Rockwella, Brinella oraz Vickersa oraz urządzenie do pomiaru przewodności elektrycznej metodą prądów wirowych. Dodatkowo planuje się również wykorzystanie urządzeń do obróbki mechanicznej, a w tym nowoczesnego centrum obróbkowego CNC w układzie pionowym, do przygotowywania próbek przeznaczonych do dalszych badań materiałowych. Z ramienia Akademii Górniczo-Hutniczej planuje się natomiast wykorzystanie laboratoryjnej instalacji do ciągłego odlewania w układzie poziomym, maszyn wytrzymałościowych do badania własności mechanicznych metali, urządzeń do pomiaru przewodności elektrycznej (metodą czteropunktową oraz metoda prądów wirowych), twardościomierzy, chropowatościomierzy. Niezależnie planuje się również wykorzystanie możliwości analizy mikrostrukturalnej za pomocą posiadanych przez Wydział Metali Nieżelaznych mikroskopów świetlnych oraz elektronowych.

Liczba miejsc: 1

53. Badania nad nową technologią CAST-EX-DRAW wytwarzania wyrobów ciągnionych ze stopów miedzi przeznaczonych do obróbki ubytkowej na szybkoobrotowych automatach skrawających..

Promotor: prof. dr hab. inż. Tadeusz Knych

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: CAST-EX-DRAW Tech. (Casting-Extrusion-Drawing_Technology), która jest przedmiotem doktoratu, to koncepcja nowej technologii produkcji nisko i wysokogabarytowych wyrobów ze stopów miedzi typu mosiądze o nowym standardzie jakości geometrycznej przeznaczonych do zaawansowanej obróbki ubytkowej. Wyroby będące efektem tej technologii tym się wyróżniają od tradycyjnych, że są przeznaczone do obróbki na wielofunkcyjnych wysokoobrotowych automatach skrawających. Nowoczesna obróbka ubytkowa (m.in. toczenie, wiercenie) polega na tym, aby proces odbywał się z bardzo wysoką prędkością obrotową detalu lub narzędzia, co zapewnia wysoką jakość obrabianych powierzchni bez konieczności przeprowadzania dodatkowych operacji ich uszlachetniania. Prędkości te w zależności od średnicy detalu zawierają się w przedziale od 5000 do 40000 rpm, a typowymi elementami podlegającymi obróbce są pręty i rury z grupy mosiądzów ołowiowych. Takie warunki procesu obróbczego przekładają się na bardzo wysokie wymagania względem całego zespołu własności obrabianych wyrobów, do których należą: wysoka tolerancja wymiarów liniowych, idealna prostość, stabilność struktury i własności mechanicznych, brak lub niski poziom naprężeń wewnętrznych, odpowiednia jakość powierzchni. Celem pracy doktorskiej jest analiza całego ciągu technologicznego produkcji wyrobów ciągnionych, a więc procesu przygotowania materiałów wsadowych i odlewania wlewków w reżimie gospodarki obiegu zamkniętego, nagrzewania wsadu i procesu wyciskania, trawienie prasówki i procesu jej ciągnienia na pręty o wymiarze gotowym i ściśle określonym poziomie własności mechanicznych. Na podstawie przeprowadzonej analizy zostanie zaprojektowany i przeprowadzony program badań eksperymentalnych w obrębie każdego węzła technologicznego umożliwiający opracowanie innowacyjnej technologii produkcji nowej generacji prętów z mosiądzów wieloskładnikowych o własnościach i tolerancjach wymiarowych umożliwiających bezpieczny proces obróbki ubytkowej na szybkoobrotowych aparatach skrawających.

Zaplecze badawcze: Zakład produkcyjny w którym będą realizowane prace badawcze w ramach programu Doktorat Wdrożeniowy dysponuje nowoczesnym parkiem maszynowym, liniami technologicznymi, wykwalifikowaną kadrą pracowniczą i kierowniczą, a także zapleczem badawczym w postaci laboratorium kontroli jakości, wyposażonym w stanowiska do badania różnych własności i przeprowadzania testów technologicznych półwyrobów i wyrobów. Wydział Metali Nieżelaznych AGH dysponuje wieloma specjalistycznymi laboratoriami badawczymi wyposażonymi w specjalistyczną nowoczesną aparaturę i urządzenia do badań. Wykwalifikowana kadra naukowa pracująca w pracowniach i laboratoriach struktury ciała stałego, metalurgii, fizykochemii, metaloznawstwa, przeróbki plastycznej, analizy mikrostrukturalnej, zapewni prowadzenie badań na najwyższym poziomie i realizację badań w ramach programu Doktorat Wdrożeniowy.

Liczba miejsc: 1

54. Badania nad technologią wytwarzania kabli o podwyższonej elastyczności, odporności na działanie ognia i choroby wodorowej do zastosowań w urządzeniach Industry 4.0.

Promotor: dr hab. inż. Beata Smyrak, prof. AGH

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Zagadnienie badawcze koncentruje uwagę na opracowaniu technologii wytwarzania elastycznych, odpornych na działanie ognia i choroby wodorowej przewodów sterowniczych do zastosowań w nowoczesnych systemach zasilania zgodnie z założeniami Industry 4.0. Zakres badań będzie interdyscyplinarny ponieważ będzie związany z obszarem inżynierii materiałowej metali nieżelaznych oraz tworzyw sztucznych jak i również obszarem elektrotechniki dotyczącym między innymi oceny elektromagnetycznej kompatybilność itp.. W szczególności, badania dotyczyć będą następujących wyzwań: dobór materiału przewodzącego na bazie miedzi gwarantującego odporność na chorobę wordową, określenie wpływu stanu mechanicznego oraz strukturalnego materiału na bazie miedzi na jego odkształcalność w procesie ciągnienia i skręcania dla założonego zakresu poprzecznych przekrojów linek, opracowanie warunków wytłaczania izolacji żył z silikonów ceramizujacych, opracowanie parametrów procesu skręcania izolowanych żył, opracowanie warunków dostosowania wyrobów do wymagań kompatybilności elektromagnetycznej na drodze procesu ekranowania oraz opracowanie technologii nakładania ognioodpornej powłoki zewnętrznej kabla. Rezultatem będą nowoczesne kable i przewody do zastosowań w urządzeniach Industry 4.0 o nowym zespole funkcjonalności, gwarantującej jednocześnie wysoką przewodność elektryczną, wysoką odporność na działanie ognia, odporność na chorobę wodorową i ponadstandardową elastyczność.

Zaplecze badawcze: Zakład produkcyjny w którym będą realizowane prace badawcze w ramach programu Doktorat Wdrożeniowy dysponuje nowoczesnym parkiem maszynowym, liniami technologicznymi, wykwalifikowaną kadrą pracowniczą i kierowniczą, a także zapleczem badawczym w postaci laboratorium kontroli jakości, wyposażonym w stanowiska do badania różnych własności i przeprowadzania testów technologicznych półwyrobów i wyrobów. Wydział Metali Nieżelaznych AGH dysponuje wieloma specjalistycznymi laboratoriami badawczymi wyposażonymi w specjalistyczną nowoczesną aparaturę i urządzenia do badań. Wykwalifikowana kadra naukowa pracująca w pracowniach i laboratoriach struktury ciała stałego, metalurgii, fizykochemii, metaloznawstwa, przeróbki plastycznej, analizy mikrostrukturalnej, zapewni prowadzenie badań na najwyższym poziomie i realizację badań w ramach programu Doktorat Wdrożeniowy.

Liczba miejsc: 1

55. Stworzenie optymalnego modelu numerycznego reaktora metanizacji.

Promotor: dr hab. inż. Marek Wojnicki

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Celem doktoratu wdrożeniowego jest stworzenie numerycznego modelu reaktora przeznaczonego do procesu metanizacji. Proces metanizacji, jest obecnie rozważany jako potencjalny układ do konwersji energii elektrycznej na energię chemiczną. Może on stanowić swoisty akumulator energii. W przeciwieństwie do wodoru (energetyka wodorowa), przechowywanie metanu jest tanie i proste. Co najważniejsze, Polska posiada już rozwiniętą infrastrukturę do przesyłu tego gazu, zatem wdrożenie tej technologii wymaga jedynie efektywnego reaktora do metanizacji. Proces ten jest z termodynamicznego punktu widzenia silnie egzotermicznym. Dlatego wyzwaniem dla przemysłu jest stworzenie odpowiedniego reaktora mogącego spełnić podstawowe oczekiwania tj. bezpieczeństwo, niski koszt wykonania, niski koszt eksploatacji, efektywność energetyczna. Właśnie ze względu na efektywność energetyczną, istnieje konieczność, stworzenia modelu matematycznego takiego reaktora, uwzględniający podstawowe parametry termochemiczne takie jak: kinetykę reakcji chemicznej, efekty cieplne reakcji chemicznej oraz transport reagentów i ciepła powstałego w wyniku reakcji. Te ostatnie zagadnienia są najbardziej złożone. Efektywność wymiany ciepła zależy bowiem od dynamiki przepływu oraz kształtu wymiennika, ale również od właściwości materiałów konstrukcyjnych. W procesie modelowania zostaną wykorzystane dane z literatury dotyczące właściwości materiałów użytych w projekcie. Model reakcji chemicznej oraz parametry kinetyki tego procesu są również znane oraz opublikowane. Przy wyborze materiałów zostaną uwzględnione ich właściwości zarówno chemiczne jak i fizyczne, tj. odporność korozyjna, odporność na tzw. chorobę wodorową, podatność do spajania technikami zapewniającymi szczelność i wytrzymałość połączenia oraz przewodność cieplna i wytrzymałość mechaniczna. Zatem wyzwaniem jest połączenie ze sobą wiedzy z różnych dziedzin nauki i stworzenie modelu reaktora, który pozwoli stworzyć bezpieczny pełnowymiarowy rzeczywisty obiekt do metanizacji.

Zaplecze badawcze: Aplikacja Comsol Multiphisics

Liczba miejsc: 1

56. Opracowanie powłoki antykorozyjnej dla niezabezpieczonej części stalowego kapsla koronowego.

Promotor: dr hab. Piotr Żabiński, prof. AGH

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Zamknięcie koronowe składa się z zakrywki metalowej i uszczelki z tworzywa sztucznego, wykonanej z granulatu na bazie PVC lub PE. Do produkcji zamknięć metalowych stosuje się blachę pokrytą obustronnie warstwą cyny lub chromu. Grubość blachy to zazwyczaj od 0,18 mm do 0,23 mm. W zależności od sposobu zabezpieczenia wykończenia powierzchni, stosuje się lakierowanie wewnętrzne adhezyjne, natomiast na powierzchni zewnętrznej lakier podkładowy, zadruk litografii i lakier powłokowy, który zabezpiecza powierzchnię. Arkusze blachy podawane są na prasę, gdzie następuje proces tłoczenia zakrywki. Następnie są one transportowane do wytłaczaki, gdzie następuje proces nakładania uszczelki. Ostatni etap to pakowanie. Zjawisko korozji może pojawiać się na niezabezpieczonej części koronki kapsla, która powstaje podczas procesu tłoczenia. Głównie problem ten występuje w browarach, gdzie butelki najpierw są myte i mogą zostać niedostatecznie osuszone. Po napełnieniu ich piwem i zamknięciu kapslem stalowym, prowadzony jest proces pasteryzacji przez około jedną godzinę w temperaturze 60-70°C w zależności od typu wyrobu. Właśnie w tym momencie istnieje duże ryzyko pojawienia się ognisk korozji w niezabezpieczonym miejscu koronki kapsla. Dodatkowym sprzyjającym środowiskiem dla korozji może być również pakowanie butelek bezpośrednio po procesie pasteryzacji do opakowań foliowych. Opracowanie powłoki antykorozyjnej dla niezabezpieczonej części koronki kapsla ma na celu zmniejszenie problemu korozji i związanych z tym reklamacji dla firmy.

Zaplecze badawcze: Zaplecze badawcze Can-Pack Metal Closures Sp. z o.o.: pomiar ubytku lakieru po bębnowaniu (test pylenia), ocena odporności korozyjnej w roztworze siarczanu miedzi, pomiar elektrochemii na przyrządzie Enamel Rater.

Laboratoria na Wydziale Metali Nieżelaznych są wyposażone we wszystkie niezbędne urządzenia niezbędne do realizacji proponowanego tematu badawczego: potencjostaty/galwanostaty, bipotencjostaty, elektrochemiczna mikrowaga kwarcowa z celką przepływową, rotor z wirującą elektrodą dyskową oraz wirującą elektrodą dyskową z pierścieniem, spktrofotometry UV-VIS-NIR, spktrofotometry UV-VIS, elipsometr, mikroskopy optyczne i konfokalne, mikroskop sił atomowych, skaningowy mikroskop tunelowy, dyfraktometr rentgenowski, spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z detektorem WDS, skaningowy mikroskop elektronowy z detektorami EDS, WDS i EBSD, transmisyjny mikroskop elektronowy z detektorem EDS, spektrometr podczerwieni FT-IR, ultra szybki spektrofotometr UV-Vis (do 1000 widm/s), kamera CCD (do 1000 fps), spektrofotometr UV-Vis do pomiarów metodą zatrzymanego przepływu, reaktor ciśnieniowy PARR (do 200 bar), mikroreaktory przepływowe (maksymalne ciśnienie pracy do 20 bar), spektrometr DLS z przystawką do pomiaru potencjału zeta., spektrometr emisyjny z plazmą mikrofalową, spektrometr absorpcji atomowej.

Liczba miejsc: 1

57. Poprawa jakości odlewów ciśnieniowych przez zastosowanie w konstrukcji formy ciśnieniowej elementów drukowanych oraz wspomagania próżniowego.

Promotor: prof. dr hab inż. Mirosław Głowacki

Promotor pomocniczy: dr inż. Dorota Wilk-Kołodziejczyk

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Podejmowane zagadnienie związane jest z ograniczeniem ilości zamykanego powietrza oraz skróceniem czasu krzepnięcia odlewu we wnęce formy. W trakcie procesu odlewania przemieszczająca się porcja ciekłego metalu „przepycha” powietrze, które wypełnia wnękę formy ciśnieniowej. Dodatkowo powietrze, które znajduje się w komorze tłoka, wprowadzane jest do ciekłego metalu i w postaci pęcherzy, które nie zostały usunięte, pozostaje w strukturze odlewu tworząc nieciągłości. Takie wady mogą przyczynić się do obniżenia właściwości użytkowych np. szczelność. Zastosowanie systemów „vacuum casting”, czyli podłączenie formy ciśnieniowej do systemu odpowietrzającego formę ma na celu, w momencie przepływu ciekłego metalu, usunięcie powietrza z wnęki formy. W przypadku zastosowania tej techniki problematyczne jest dostosowanie parametrów pracy wszystkich urządzeń. W tym celu można posłużyć się programem do symulacji komputerowej. W proponowanym temacie zastosowany zostanie program Flow3D. W symulacji komputerowej uwzględniany jest ruch tłoka działający na ciekły metal co pozwala na bardzo dokładną analizę usuwania objętości powietrza z wnęki formy. W przypadku zastosowania systemu próżniowego bardzo ważny jest dobór parametrów technologicznych, czyli momentu wprowadzenia ciekłego metalu do wnęki formy oraz włączenia systemu próżniowego. Kolejnym zagadnieniem podejmowanym w temacie będzie krzepnięcie ciekłego metalu w objętości wnęki formy po jej wypełnieniu. W przypadku odlewów ciśnieniowych ostatnim elementem krzepnącym jest tzw. piętka i to ona determinuje czas cyklu. Elementem odpowiedzialnym za odtworzenie piętki jest rozdzielacz, który w swojej konstrukcji posiada prosty układ chłodzenia w postaci kanałów. Konstrukcja rozdzielacza ze skomplikowanym układem kanałów jest niewykonalna metodami tradycyjnej obróbki mechanicznej. W tym celu można wykorzystać druk 3d przez selektywne spiekanie laserowe. Połączenie tych dwóch zagadnień, czyli odlewania wspomaganego próżnią oraz druku 3d części formy ciśnieniowej może pozwolić na otrzymanie odlewu o podwyższonej jakości użytkowej. Wyniki analizy badań nieniszczących zostaną porównane z wynikami symulacji komputerowej procesu wytwarzania. Jednym z planowanych efektów naukowych będzie wyznaczenie różnicy pomiędzy odlewaniem klasycznym, a odlewaniem z zastosowaniem próżni oraz elementów drukowanych. Przeprowadzona zostanie analiza mikrostruktury oraz właściwości mechanicznych próbek uzyskanych bezpośrednio z odlewów. Przeprowadzone badania eksperymentalne pozwolą na walidacje wyników otrzymanych w czasie obliczeń numerycznych, a przez to możliwa będzie rozbudowa posiadanej bazy danych o parametry nowych metod wytwarzania. Dodatkowo wyznaczenie optymalnych warunków obróbki cieplnej elementów drukowanych będzie bardzo pomocną bazą danych możliwą do wykorzystania przy innych pracach wykorzystujących elementy drukowane.

Zaplecze badawcze: Instytut Odlewnictwa posiada najbardziej nowoczesne programy do komputerowej symulacji procesów odlewniczych (MAGMA, ABAQUS, FluidFlow, PANDAT) i zaawansowane urządzenia do szybkiego prototypowania, topienia stopów metali i małoseryjnej produkcji elementów odlewanych ze stopów Al, Mg, Zn, Sn, Cu, Ni, Fe, Co, Ti, z kompozytów metalowo-ceramicznych, funkcjonalnych materiałów gradientowych, jak również wysokoporowatych metali i stopów, stosując technologie, takie jak: tradycyjne odlewanie w formach z masy piaskowej i w formach metalowych, odlewanie precyzyjne oraz technologie zaawansowane, w których ciśnienie jest elementem wspomagającym proces odlewania (prasowanie w stanie ciekłym, odlewanie pod wysokim ciśnieniem, odlewanie niskociśnieniowe, odlewanie odśrodkowe, prasowanie izostatyczne na gorąco). Struktura organizacyjna Instytutu obejmuje, między innymi: Centrum Projektowania i Prototypowania, Centrum Badań Wysokotemperaturowych, Zespół Laboratoriów Badawczych, Biuro Certyfikacji i Normalizacji oraz Centrum Doskonałości dla Zaawansowanych Technologii Odlewniczych, którego działalność skupia się na różnych aspektach integracji polskiego potencjału badawczo-rozwojowego w dziedzinie nauki i technologii. W obrębie Instytutu Odlewnictwa funkcjonują także takie zakłady jak: Zakład Stopów Żelaza, Zakład Technologii i Zakład Stopów Metali Nieżelaznych, których jednym z głównym zadań jest wsparcie i wdrażanie nowych technologii w przemyśle, prowadzenie pomiarów i audytów. Istotnym produktem poszczególnych zakładów są patenty oraz opracowane technologie. W tym zakresie konieczne jest często uzyskanie kompromisu między nowoczesnymi i zaawansowanymi rozwiązaniami, oczekiwaniami zakładu produkcyjnego, a kosztem ciągnionym całej inwestycji. Instytut Odlewnictwa prowadzi także ciągłą analizę aktualnych trendów i kierunków rozwojów różnych aspektów branży Odlewniczej, weryfikując wyniki uzyskane w Polsce i poza granicami kraju, korzystając z własnych zasobów.

Liczba miejsc: 1

58. Badania innowacyjnego procesu prażenia koncentratu miedzi w warunkach Huty Miedzi Głogów.

Promotor: dr hab. inż. Beata Hadała

Promotor pomocniczy:

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Zagadnienie badawcze dotyczy badań nad technologią prażenia koncentratów miedzionośnych stosowanych w Hucie Miedzi Głogów w celu zwiększenia wydajności procesu. Technologia prażenia koncentratów miedzionośnych stosowana w Hucie Miedzi Głogów nie osiągnęła poziomu zaprojektowanej wydajności. Prażony koncentrat w składzie chemicznym i fazowym odbiega od zakładanych parametrów. Skład chemiczny fazy gazowej wskazuje na niedostateczne dopalenie węglowodorów i tlenku węgla. Wymusza to konieczność opracowania zmian w technologii prażenia koncentratów miedziowych oraz dostosowania urządzeń do nowych założeń. Zaproponowana praca będzie wymagała szeregu badań z zakresu analizy jakościowej, termodynamiki, metalurgii oraz analizy danych, których efektem końcowym będzie uzyskanie niezbędnej wiedzy do poprawy pracy pieca prażalniczego pozwalającej na uzyskanie materiału o optymalnych właściwościach. Do zasadniczych zadań doktoranta będzie ustalenie parametrów procesu na podstawie charakterystyki wsadu oraz produktu w postaci wyprażonego koncentratu, wykonanie bilansu cieplnego instalacji, ustalenie parametrów umożliwiających zwiększenie efektywności pracy instalacji do przetopu koncentratu oraz opracowanie wytycznych do prowadzenia procesu. Proponowane zagadnienie badawcze jest bezpośrednio związane z działalnością przedsiębiorstwa, wynika z aktualnych potrzeb KGHM Polska Miedź S.A. związanych z nowo powstałą instalacją do prażenia krajowych koncentratów miedzi bogatych w węgiel organiczny. Proponowane badania mają charakter wdrożeniowy.

Zaplecze badawcze: Zaplecze badawcze niezbędne do realizacji części eksperymentalnej projektu naukowego będzie udostępnione przez firmę KGHM Polska Miedź S.A. Firma posiada rozbudowane laboratoria umożliwiające przeprowadzenie badań nad ustaleniem właściwości produktów na poszczególnych etapach produkcji, niezbędne do realizacji głównego celu proponowanego zagadnienia badawczego. Umożliwione zostaną badania nad charakterystyką koncentratów miedziowych kierowanych do procesu prażenia, właściwości produktu po zakończonym procesie (prażonki), zawartości związków chemicznych w fazie gazowej. Dodatkowe niezbędne badania do realizacji doktoratu zostaną wykonane w laboratoriach Wydziału Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej.

Liczba miejsc: 1

59. Opracowanie wytycznych dla technologii walcowania wyrobów ze stali stopowych pod kątem optymalizacji morfologii mikrostruktury austenitu i produktów jego przemiany.

Promotor: dr hab. inż. Krzysztof Muszka

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Przydatność materiałów konstrukcyjnych wykorzystywanych na konstrukcje spawane, oprócz parametrów wytrzymałościowych i plastycznych, determinuje szczególnie energia łamania, określana w zależności od warunków jego zastosowania, w temperaturach otoczenia, czy też temperaturach obniżonych od -20°C. Alternatywą dla tradycyjnego walcowania ciągłego prętów jest walcowanie normalizujące, w wyniku którego następuje ujednorodnienie i rozdrobnienie mikrostruktury, wpływające na poprawę właściwości mechanicznych i technologicznych wyrobu. Celem regulowanego walcowania jest takie przygotowanie mikrostruktury austenitu, aby tworzący się podczas chłodzenia ferryt miał możliwie najmniejsze ziarno, zapewniające stali optymalną wytrzymałość i udarność. Brak wiedzy na temat wpływu historii odkształcenia i wynikającą z niego niejednorodność rozwoju mikrostruktury austenitu w procesach walcowania prętów nie pozwala jednak na efektywną optymalizację procesów przeróbki plastycznej na gorąco, co utrudnia wprowadzanie na rynek wyrobów długich z bardziej wyrafinowanych gatunków stali (np. stali typu HSLA – High Strength Low Alloy), których produkcja wymaga precyzyjnej kontroli procesu rozwoju mikrostruktury na każdym etapie wytwarzania – od ciągłego odlewania, poprzez proces nagrzewania wsadu, walcowanie w klatkach wstępnych i wykańczających oraz proces chłodzenia po ostatnim walcowaniu. Zrozumienie zależności pomiędzy procesem ciągłego odlewania, nagrzewania wsadu, walcowania na gorąco i chłodzenia a uzyskiwanym poziomem niejednorodności mikrostruktury, pozwoli na optymalizację procesu pod kątem poprawy uzyskiwanych własności – głównie wytrzymałościowych i udarności w obniżonych temperaturach. Oczekiwanym efektem realizacji niniejszej pracy doktorskiej będzie kompleksowy model do przewidywania własności po przeróbce plastycznej na gorąco i chłodzeniu do temperatury pokojowej dla wybranych do badań stali.

Zaplecze badawcze: Praca będzie realizowana w Katedrze Plastycznej Przeróbki Metali na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH. Katedra wyposażona jest w niezbędny do realizacji sprzęt laboratoryjny w postaci walcarki kwarto i duo, pieców grzewczych, urządzeń do badań własności mechanicznych i badań plastometrycznych. W trakcie realizacji pracy wykorzystywany będzie także skaningowy mikroskop elektronowy z mikroanalizatorem EDS, przystawką do badań tekstury (EBSD) jak i stolikiem grzewczo-tensometrycznym do badań własności w skali mikro. Na Wydziale z sukcesem realizowanych jest wiele projektów naukowych finansowanych ze źródeł NCN, NCBiR i innych funduszy europejskich.

Liczba miejsc: 1

60. Analiza wpływu parametrów fizykochemicznych blachy wsadowej ze stopu aluminium serii 3XXX na powstawanie zacięć podczas produkcji puszki za pomocą fizycznej symulacji procesu.

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrij Milenin

Promotor pomocniczy: dr inż. Tomasz Latos

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Tematem zagadnienia badawczego w doktoracie wdrożeniowym będzie rozwiązanie problemu technologicznego polegającego na okresowym spadku wydajności linii produkującej aluminiowe puszki napojowe powodowanym zmianą materiału wsadowego. Konsekwencją zmiany kręgu blachy jest przejście ze stanu stabilnej produkcji na stan ze zwiększoną ilością zacięć na maszynach. Częstym skutkiem takiego stanu jest wycofanie wadliwego kręgu z produkcji i odstawianie go na magazyn. Po założeniu innego kręgu na linię produkcja ponownie jest stabilna. W związku z niezmiennością parametrów procesu produkcyjnego oraz parametrów maszyn podczas przezbrojenia można wnioskować, iż problem nie tkwi w maszynach a w materiale. W pracy doktorskiej planowana jest analiza wszystkich możliwych do zmierzenia lub obliczenia parametrów fizykochemicznych oraz wybór najistotniejszych z nich w kontekście generowania zacięć. Następnie będą dokonywane pomiary m.in. takich parametrów jak granica plastyczności, granica wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenie, naważka oleju i inne. Pomiary będą wykonywane zarówno dla dobrych jak i wadliwych blach oraz z początku, środka i końca kręgu w celu ich porównania. Kolejnym etapem będzie znalezienie miejsca krytycznego na linii, w którym istnieje największa ilość zacięć i na tej podstawie zaprojektowanie i wykonanie fizycznego modelu symulującego pracę maszyny w tym miejscu. Pozwoli to na przeprowadzenie na nim badań, umożliwiających ocenienie wpływu różnych parametrów na przebieg procesu a także określenie okien procesowych dla badanych własności. Dzięki temu będzie można określić czy dany krąg stwarza zagrożenie dla spadku wydajności jeszcze przed jego założeniem na linię. Wynikiem przeprowadzonych badań będzie opracowanie instrukcji i procedur dla operatorów w celu umożliwienia im podjęcia trafnej decyzji o użyciu kręgu do produkcji.

Zaplecze badawcze: Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania dysponuje własnym oprogramowaniem do modelowania testów wytrzymałościowych za pomocą MES (autor A.Milenin). Katedra dysponuje tez licencją na oprogramowanie Qform, zawierające możliwości numerycznej symulacji procesu. Do walidacji opracowanych modeli Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej dysponuje maszyną wytrzymałościową Zwick 250.

Liczba miejsc: 1

61. Opracowanie metody kalibracji modelu naprężenia uplastyczniającego dla warunków produkcji wieczka napojowego wykonanego ze stopu aluminium serii 5xxx i jej zastosowanie do oceny nowych rozwiązań technologicznych za pomocą symulacji MES.

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrij Milenin

Promotor pomocniczy: dr Dawid Wodka

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Zagadnienie badawcze będzie dotyczyło kalibracji oraz zastosowania modelu naprężenia uplastyczniającego do udoskonalenia procesu produkcji wieczka napojowego, wykonanego ze stopu aluminium serii 5xxx. Opracowanie metody kalibracji modelu naprężenia uplastyczniającego dla tego procesu przez zastosowanie standardowych procedur nie jest możliwe ze względu na występujący w materiale znaczny stopień odkształceń oraz skomplikowany kształt geometrii wieczka finalnego, uniemożliwiający wycinanie próbek. W celu wykonania kalibracji przeprowadzone zostaną pomiary twardości oraz analiza odwrotna, która będzie polegać na wykonaniu metodą MES modelu testu pomiaru twardości i dopasowaniu poprzez korekcję parametrów modelu naprężenia uplastyczniającego uzyskiwanej siły do wyników pomiarów fizycznych. Opracowana metoda będzie pomocna w procesie oceny metodą MES innowacyjnych rozwiązań w technologii produkcji oraz alternatywnych kształtów geometrii wieczka napojowego. Wprowadzenie nowych rozwiązań technologicznych będzie miało wpływ na podniesienie wydajności oraz obniżenie kosztów produkcyjnych wieczka napojowego.

Zaplecze badawcze: Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania dysponuje własnym oprogramowaniem do modelowania testów pomiaru twardości za pomocą MES, zawierającym możliwość rozbudowy i implementacji algorytmu analizy odwrotnej (autor A.Milenin). Katedra dysponuje tez licencją na oprogramowanie Qform, zawierające możliwości analizy odwrotnej. Do walidacji opracowanego modelu Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej dysponuje maszyną wytrzymałościową Zwick 250. Zadanie badawcze będzie wykonano w ramach projektu (pracy zleconej) AGH z firma CAN-PACK S.A. (umowa w trakcie podpisania, kierownik ze strony AGH A.Milenin).

Liczba miejsc: 1

62. Wpływ parametrów fizykochemicznych materiału wsadowego oraz geometrii narzędzi na poprawę procesu formowania linii nacięcia dla wieczek napojowych ze stopów aluminium serii 5xxx.

Promotor: prof. dr hab. inż. Andrij Milenin

Promotor pomocniczy: dr inż. Łukasz Zając

Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Streszczenie: Przedmiotem zagadnienia badawczego w ramach doktoratu wdrożeniowego będzie analiza wpływu parametrów fizykochemicznych materiału i geometrii narzędzi na poprawę formowania linii nacięcia dla wieczka napojowego wykonanego ze stopu aluminium serii 5xxx oraz na jego funkcjonalność i jakość gotowego wyrobu. Potrzeba przeprowadzania badań będzie opierać się w głównej mierze na dokonaniu oceny, jakie parametry są najistotniejsze i decydują o poprawności wyprodukowanego produktu. Praca będzie obejmowała badania z zakresu własności materiału wsadowego oraz geometrii kształtu narzędzia i wpływu jego zużycia na parametry jakościowe wieczka. Na tej podstawie zostanie opracowany czas po jakim należy wymieniać narzędzia w celu utrzymania właściwego poziomu jakości wyprodukowanych wieczek. Dodatkowo na podstawie przeprowadzonych badań zostaną określone parametry produkcyjne, przy których produkt spełnia wymagania zgodne ze specyfikacją. Polepszenie procesu formowania linii nacięcia dla wieczek napojowych jest kluczowym czynnikiem na tym etapie produkcji. Przeprowadzone badania i na ich podstawie wyciągnięte wnioski wpłyną na polepszenie jakości produktu co w konsekwencji przyczyni się do zredukowania kosztów produkcji i zmniejszenia liczby reklamacji.

Zaplecze badawcze: Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania dysponuje licencją na oprogramowanie Qform, zawierające możliwości modelowania elementów technologii formowania linii nacięcia dla wieczka napojowego. Do walidacji opracowanego modelu Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej dysponuje maszyną wytrzymałościową Zwick 250.

Liczba miejsc: 1

63. Elektrochemiczne kształtowanie morfologii powierzchni superhydrofobowych powłok galwanicznych.

Promotor: dr hab. Ewa Rudnik, prof. AGH

Wydział Metali Nieżelaznych

Streszczenie: Głównym celem pracy jest opracowanie elektrochemicznej metody otrzymywania powłok metalicznych o specjalnej hierarchicznej topografii powierzchni i właściwościach superhydrofobowych. Postuluje się, że powłoki będą wykazywać bardzo wysoką odporność na korozję elektrochemiczną, a zatem ich żywotność będzie znacznie dłuższa w porównaniu do tradycyjnych powłok galwanicznych. Określona zostanie znaczenie typu sieci krystalograficznej metalu powłoki w kształtowaniu dwustopniowej morfologii powierzchni w mikro- i nanoskali. Określony zostanie wpływ parametrów prądowo-potencjałowych jednoetapowej i dwuetapowej elektrolizy, pH i składu kąpieli na topografię powierzchni powłok, ich zwilżalność i odporność na korozję. Postuluje się również, że długotrwałe eksperymenty potwierdzą stabilność i trwałość superhydrofobowych właściwości powłok metalicznych, a tym samym ich stabilnych wysokich właściwości antykorozyjnych.

Zaplecze badawcze: Wydział Metali Nieżelaznych posiada pomieszczenia i aparaturę badawczą niezbędne do realizacji prac. Należy tu wymienić m.in.: potencjostaty/galwanostaty; elektrochemiczne mikrowagi kwarcowe; wirujące elektrody dyskowe; mikroskop świetlny Nikon z nowoczesnym oprogramowaniem do analizy obrazu, wysokorozdzielczy skaningowy mikroskop elektronowy z działem z emisją polową wspomaganą termicznie; mikroskop sił atomowych, skaningowy mikroskop tunelowy; dyfraktometr rentgenowski; spektrofluorymetr rentgenowski; goniometr do pomiaru kąta zwilżania; termostaty; wagi, suszarki; pH metry, titratory, spektofotometry itp. Doktorant będzie posiadać także dostęp do nowoczesnego laboratorium przygotowywania próbek (m.in. polerki, napylarki, przecinarki itp.). Praca badawcza realizowana będzie w Katedrze Fizykochemii i Metalurgii Metali Nieżelaznych WMN AGH. Istnieje możliwość realizacji prac w ramach konkursu Preludium.

Liczba miejsc: 1

64. Podstawy teoretyczne i technologiczne doboru optymalnych sposobów regeneracji zużytych mas rdzeniowych i wykorzystania regenaratu w warunkach Huettenes-Albertus Polska w Lublinie.

Promotor: dr hab. inż. Rafał Dańko

Promotor pomocniczy: dr inż. Ion-Alexandru Bacanu

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Proces regeneracji zużytych mas formierskich i rdzeniowych, w miarę rozwoju i wprowadzania do użytku nowych spoiw stosowanych do tych tworzyw stwarza konieczność stałego udoskonalania podstaw teoretycznych i urządzeń do tego procesu, szczególnie pod kątem jego optymalnego wdrażania w praktyce przemysłowej. Doskonalenie metod suchej regeneracji mechanicznej i rozwój istniejących systemów realizacji regeneracji wymaga rozbudowy i praktycznej implementacji podstaw naukowych jednolitego systemu porównywania efektów regeneracji, niezależnie od występujących różnic w zachowaniu się zużytych materiałów wiążących w trakcie realizacji procesów obróbczych. W ramach realizacji pracy doktorskiej planuje się rozbudowę i aktualizację rozważań teoretycznych promotora, opisanych modelem energetycznym procesu rozdrabniania masy zużytej w wyniku realizacji elementarnych procesów regeneracji. Cechą modelu jest wyraźną ekspozycja procesu kruszenia w procesie uwalniania osnowy kwarcowej w postaci ziaren piasku od warstw zużytego materiału wiążącego. Model bazuje na założeniach deterministycznej teorii Rittingera i późniejszych jej rozwinięciach. Ważnym elementem pracy będzie adaptacja modeli teoretycznych klasyfikacji materiałów ziarnistych dla potrzeb skutecznej selekcji klas ziarnowych regeneratu o parametrach i czystości zbliżonych do świeżego piasku. Przeprowadzone w ramach pracy badania będą dotyczyły przede wszystkim:

wpływu określonych oddziaływań mechanicznych i w uzasadnionych przypadkach termicznych, reprezentatywnych dla rozwiązań stosowanych w praktyce, na stopień uwolnienia osnowy z otoczek zużytego materiału wiążącego, charakterystycznego dla typowych odmian mas formierskich stosowanych w odlewnictwie,

oceny energochłonności i wpływu czynników procesowych decydujących o efektywnym rozdrobnieniu do założonej wielkości cząstek brył i zlepków masy zużytej, której osnowa jest zespolona materiałem wiążącym o różnym stopniu destrukcji termicznej,

określenia efektywnych sposobów technologicznego wykorzystania uzyskanego regeneratu wraz z opracowaniem podstaw teoretycznych systemy automatycznej kontroli jakości regeneratu oraz optymalnej możliwości jego wykorzystania.

W wyniku realizacji pracy w zakładzie Huettenes-Albertus Polska zostanie wdrożony innowacyjny system regeneracji mechanicznej o kontrolowanej intensywności obróbki procesowej połączony z systemem automatycznej analizy jakości regeneratu i optymalnej metody jego wykorzystania.

Zaplecze badawcze: Wydział Odlewnictwa AGH dysponuje zapleczem badawczym niezbędnym do realizacji planowanej pracy. Najważniejszymi elementami tego wyposażenia są: autorski, prototypowy regenerator wibracyjny mechaniczny REGMAS, chroniony udzielonymi patentami w USA, EU oraz Polsce, systemy laboratoryjne do oceny możliwości regeneracji zużytych mas formierskich metodami mechanicznymi: pneumatyczną, odśrodkową, wirnikową, mechaniczno-kriogeniczną oraz termiczną. laserowy miernik wielkości cząstki Analysette 22NanoTec, specjalistyczna aparatura do określania właściwości mas formierskich i rdzeniowych, aparatura umożliwiająca określenie właściwości powierzchni osnowy mas formierskich i rdzeniowych, urządzenia do pomiaru stopnia mięknięcia mas formierskich z żywicami (hot distortion) w wyniku oddziaływania wysokiej temperatury.

Liczba miejsc: 1

 

65. Opracowanie metodyki określania odporności na kruchość wodorową w elementach stalowych pokrywanych powłokami galwanicznymi.

Promotor: prof. dr hab. inż. Krzysztof Wojciechowski

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Przedmiotem projektu jest opracowanie metody diagnostycznej szybkiej analizy zawartości wodoru w obrębie powierzchni elementów stalowych po procesie nanoszenia powłok galwanicznych. Obecność rozpuszczonego w metalu wodoru istotnie wpływa między innymi na zmianę właściwości elektronowych metalu – (np. praca wyjścia, współczynnik Seebecka), a obecność mikrodefektów (mikropęknięcia, dyslokacje) na właściwości transportowe (np. przewodnictwo cieplne czy elektryczne) oraz twardość powierzchniową. Powiązanie wyników analiz wybranych właściwości fizycznych z badaniami składu chemicznego (zawartości wodoru), badaniami strukturalnymi oraz wynikami standardowych badań wytrzymałościowych na rozciąganie, pozwoli na znalezienie istotnej korelacji będącej podstawą opracowania szybkiej metodyki diagnostycznej. Zakłada się, że opracowana w ramach pracy doktorskiej metodyka badawcza pozwoli na wstępną i szybką ocenę stanu materiału bezpośrednio po procesie galwanizacji oraz przed i po obróbce termicznej bez konieczności zniszczenia badanego elementu.

Zaplecze badawcze: Wydział inżynierii Materiałowej i Ceramiki posiada nowoczesne zaplecze badawcze umożliwiające przeprowadzenie zaawansowanych badań materiałowych w tym strukturalnych (XRD), mikrostrukturalnych (SEM+EDX), wytrzymałościowych jak i lokalnych właściwości fizycznych i chemicznych materiałów. W szczególności Wydziałowe Laboratorium Badań Termoelektrycznych posiada unikalną aparaturę (Skaningowa Mikrosonda Termoelektryczna) pozwalającą na badania rozkładu powierzchniowego współczynnika Seebecka, przewodnictwa elektrycznego oraz przewodnictwa cieplnego, aparaturę do badań termograwimetrycznych oraz stanowisko badawcze do obróbki galwanotechnicznej. Oddział firmy Collins Aerospace w Jesionce posiada również bogate uzuepłniające zaplecze badawcze. Na jej terenie codziennie przeprowadzany jest szereg analiz chemicznych i badań metalograficznych, tj. badania wytrzymałościowe, mikroskopowe, własności mechanicznych (m. in. mikrotwardość), odporności korozyjnej, składu chemicznego i grubości powłoki (X-Ray, Dualscope). Ponadto laboratorium wyposażone jest w skaningowy mikroskop elektronowy SEM z możliwością badania lokalnego składu chemicznego (EDX). Badania B+R będą prowadzone wspólnie, przy wsparciu finansowym ze strony firmy Collins Aerospace.

Liczba miejsc: 1

66. Metalurgia wysokojakościowego żeliwa sferoidalnego.

Promotor: prof. dr hab. inż. Dariusz Kopyciński

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: Zagadnienie badawcze dotyczy badań nad powstawaniem zażużleń w odlewach z żeliwa sferoidalnego, a także usprawnienia istniejącej technologii metalurgicznej lub wdrożenie nowego rozwiązania usprawniającego przeprowadzenie operacji na ciekłym metalu, tak aby uzyskać maksymalnie wysokojakościowy i stabilny proces. Ponad to należy zwrócić uwagę na technologię formy oraz technologię mas formierskich i rdzeniowych w celu wykluczenia ich ingerencji w powstawanie wad odlewniczych związanych z żużlem. Dobranie odpowiednich parametrów wyżej wymienionych procesów i ustabilizowanie tych procesów może poskutkować podstawą do wykonywania odlewów z żeliwa sferoidalnego i wermikularnego w których nie ma wad żużlowych.

Zaplecze badawcze: W firmie METALPOL doktorant będzie miał do dyspozycji cztery piece indukcyjne o pojemności 6t, dwie linie odlewnicze (pionowy podział formy bezskrzynkowa Loramendi, oraz poziomą linię skrzynkową BMD), maszyny do wykonywania rdzeni w technologii hot-box i cold-box, spektrometr do badań składu chemicznego, stację do sferoidyzacji metodą prętową, dwie stacje przerobu mas formierskich (jedna na Loramendi, jedna na BMD, mikroskop optyczny, maszynę do wykonywania prób wytrzymałości na rozciąganie, twardościomierz Brinella defektoskop ultradźwiękowy, tokarki i frezarki (w tym numeryczne).

Liczba miejsc: 1

 

67. Laserowe formowanie addytywne ceramicznych-i metalicznych kompozytów

Promotor: prof. dr hab. inż. Dariusz Kata

Promotor pomocniczy: dr inż. Paweł Rutkowski

Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Streszczenie: Obecnie formowanie trójwymiarowe tworzyw ceramicznych i metalicznych staje się jednym z wiodących kierunków badań materiałowych. Główne zalety tych przestrzennych technik to nieograniczone możliwości wytwarzania struktur o skomplikowanych kształtach potrzebnych dla różnych gałęzi przemysłu: energetycznego, biomedycznego i lotniczego. Metody obróbki laserowej pozwalają na wysoką kontrolę parametrów procesu co umożliwia zaprojektowanie końcowych właściwości tworzywa w aspekcie specyficznej aplikacji. Badania będą prowadzone celem opracowania i ulepszenia laserowej obróbki przyrostowej zaawansowanych tworzyw w tym kompozytów. Szczególną uwagę poświęci się na zbadanie mechanizmów oddziaływania promieni lasera z materiałem. Otrzymane struktury przestrzenne będą scharakteryzowane pod względem właściwości mikrostrukturalnych, termicznych i mechanicznych.

Zaplecze badawcze: Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych dysponuje bogatym zapleczem badawczym w tym posiada unikalną aparaturę do laserowego formowania przestrzennego materiałów ceramicznych i metalicznycyh. Ponadto wśród należy wymienić także pracownie: (1) badań właściwości mechanicznych, (2) badań mikrostrukturalnych materiałów, (3) badań właściwości cieplnych oraz (4) laboratoria do syntezy materiałów ceramicznych i metalicznych i kompozytów. Poza tym Katedra posiada pełen dostęp do infrastruktury badawczej macierzystego Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki. Badania będą mogły być realizowane w ramach projektów naukowych.

Liczba miejsc: 1

 

68. Nowe strategie w projektowaniu elektrody powietrznej dla ogniw paliwowych SOFC o zwiększonej aktywności elektrokatalitycznej

Promotor: prof. dr hab. inż. Konrad Świerczek

Wydział Energetyki i Paliw

Streszczenie: Zagadnienie badawcze dotyczy identyfikacji i zrozumienia podstawowych zasad determinujących aktywność elektrokatalityczną reakcji redukcji tlenu w temperaturach
400-600 °C, w proponowanych nowych grupach tlenków o strukturze perowskitu, które są potencjalnymi materiałami katodowymi dla tzw. niskotemperaturowych stałotlenkowych ogniw paliwowych (LT-SOFC, ang. Low Temperature Solid Oxide Fuel Cell). Zgodnie z główną hipotezą, kompleksowe badania dotyczące podstawowych właściwości fizykochemicznych materiałów (wnętrze ziaren i powierzchnia), uzupełnione obliczeniami numerycznymi, umożliwią wyjaśnienie mechanizmów reakcji zachodzących na elektrodach powietrznych, a także na identyfikację etapów limitujących kinetykę procesów elektrochemicznych. Ponadto, zakłada się, że poprzez połączenie modyfikacji właściwości ziaren materiałów elektrodowych (odpowiedni dobór oraz ilość wprowadzonej domieszki) oraz dostosowanie mikrostruktury elektrod (przestrzennie ukierunkowana morfologia) oraz interfejsu elektroda/elektrolit, możliwe jest przezwyciężenie ograniczeń związanych z wolną kinetyką procesów elektrodowych w obniżonych temperaturach, a tym samym opracowanie efektywnych (tj. wykazujących wysoką aktywność elektrokatalityczną) elektrod dla technologii LT-SOFC.

Zaplecze badawcze: Temat realizowany w ramach subwencji oraz celowego projektu NCN (w przypadku przyznania). Obecnie możliwość finansowania w ramach innego projektu NCN. Zaplecze badawcze obejmuje laboratoria Centrum Energetyki oraz Wydziału Energetyki i Paliw wyposażone w komplet potrzebnej aparatury m.in. dyfraktometr XRD, termowagi, układy do pomiarów właściwości transportowych, zaplecze do konstrukcji ogniw LT-SOFC, układy do pomiarów właściwości elektrochemicznych ogniw paliwowych, i inne.

Liczba miejsc: 1

 

69. Synteza ultralekkich materiałów konstrukcyjnych na przykładzie gazarów magnezowych

Promotor: prof. dr hab. inż. Jerzy J. Sobczak

Wydział Odlewnictwa

Streszczenie: W wyniku specyficznego tworzenia porów gazowych na froncie krzepnięcia metalu, funkcjonalnie materiały gradialne na bazie gazu z metalem o wysokiej, zwykle ukierunkowanej porowatości, nazywane są „gazarami” (jako efekt termodynamicznej transformacji gazowo-eutektycznej) lub „strukturami typu lotos” (jako efekt fizycznego odprowadzania gazu z zestalonego ciekłego metalu). Termin „gasar” pochodzi z języka rosyjskiego i jest kombinacją skrótów: „gaz” i „armirovat” (co oznacza „wzmocnić”, „zbroić”). Ten nowatorski materiał jest nie tylko ultralekki, ale ma unikatowy zestaw właściwości: mechanicznych, fizycznych, elektrycznych i termofizycznych. Gazary, w których celowo zastosowano dodatkową fazę zbrojenia lub stałą wkładkę do sterowania ciśnieniem i temperaturą w celu utworzenia porowatości gazu, nazywamy gazami hybrydowymi, w odróżnieniu do gazarów konwencjonalnych. Celem ogólnym pracy będzie opanowanie technologii wytwarzania tych innowacyjnych materiałów o wybranej osnowie magnezu z wodorem oraz ich kompleksowa charakterystyka strukturalna z wykorzystaniem najnowocześniejszych metod badań nieniszczących, w tym tomografii komputerowej. Przeprowadzone będą badania właściwości gazarów w funkcji zmiennego stopnia porowatości, które pozwolą na sprecyzowanie obszarów ich zastosowania praktycznego. Celem naukowym pracy będzie próba sprecyzowania mechanizmu powstawania gazarów z punktu widzenia fizyki i/lub termodynamiki procesu.

Zaplecze badawcze: Aktualnie Wydział Odlewnictwa dysponuje zapleczem badawczym częściowo umożliwiającym realizację zaproponowanego tematu. W szczególności Wydział Odlewnictwa zapewnia dostęp do odlewni doświadczalnej, dostęp do badań właściwości, w tym analizy termicznej DSC, mikroskopii optycznej i skaningowej oraz preparatyki przygotowania próbek do badań. Planowane jest doposażenie WO w nowoczesną aparaturę do badań nieniszczących oraz badań oddziaływania fizyko-chemicznego w układzie ciekły metal-gaz-ciało stałe. Przewiduje się współpracę z ACMiN, IMIM PAN oraz jednostkami badawczymi, zajmującymi się wytwarzaniem materiałów wysokoporowatych w kraju i zagranicą.

Zagadnienie badawcze będzie realizowane w ramach projektu badawczego „Teoretyczne i metodologiczne aspekty oddziaływania wzajemnego w układzie metal-gaz w syntezie i umacnianiu wysokoporowatych ukierunkowanych struktur metalowych wytwarzanych metodami ciekło-fazowymi” (Umowa nr UMO-2018/31/B/ST8/01172 do projektu badawczego nr 2018/31/B/ST8/01172, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki – w podpisie).

Liczba miejsc: 1