Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů

JASKEVIČ, Martin

EN SKPřihlásit se Přihlásit se (EduID)

Theses 0c49th

Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů – Ing. Martin JASKEVIČ

Ing. Martin JASKEVIČ

Disertační práce

Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů

Research on nanocomposite coatings for coating metallic materials

Anotace:

Tato disertační práce se zabývá komplexním výzkumem geopolymerních povlaků s rozdílným chemickým složením, jejich aplikací na kovové substráty, a podrobnou analýzou jejich mechanických, tepelných a korozních vlastností. Geopolymerní povlaky jsou zkoumány z hlediska jejich potenciálu pro použití na konstrukční oceli a hliníkové slitině bez dodatečné předúpravy povrchu, přičemž hlavní důraz je kladen na posouzení klíčových vlastností, jako je adheze povlaků k podkladu, tloušťka vrstev, mikrotvrdost, tepelná stabilita, protipožární odolnost a odolnost vůči korozi v náročných podmínkách. Výzkum byl zaměřen především na kyselé a částečně i alkalické geopolymerní matrice a jejich schopnost vytvářet vícevrstvé i jednovrstvé ochranné povlaky s dlouhodobou odolností vůči mechanickému, chemickému a tepelnému namáhání. V rámci tohoto srovnání bylo sledováno, jak různé chemické složení a počet vrstev ovlivňují výslednou morfologii povrchu, jeho homogenitu, a celkové funkční vlastnosti povlaků. Důležitou součástí práce bylo zavedení geopolymerních suspenzí doplněných o kovové částice WC a TiAlMo připravené mechanickým mletím v různých hmotnostních koncentracích, s cílem ověřit, zda je možné vytvářet kompozitní povlaky. Experimentální část práce zahrnovala široké spektrum pokročilých mikroskopických metod, včetně optické, laserové a elektronové mikroskopie (s použitím EDS analýz). Tyto techniky byly použity pro detailní analýzu mikrostruktury vzniklých povlaků, včetně distribuce kovových částic v geopolymerní matrici, a detekce možných defektů, jako jsou praskliny, bubliny či odlupování vrstev, které by mohly ovlivnit jejich dlouhodobou trvanlivost a ochranné vlastnosti. Metody jako rentgenová fluorescence (XRF) a rentgenová difrakční analýza (XRD) pak doplňovaly poznatky o přesném složení použitých materiálů. Zvláštní pozornost byla věnována efektivnímu využití aplikace geopolymerních suspenzí ručním nanášením, které se ukázalo být praktickým a ekonomicky výhodným postupem pro vytváření funkčních povlaků. Práce rovněž zohlednila problém sedimentace těžkých částic v suspenzích a potřebu jejich homogenizace pro dosažení rovnoměrného rozložení v povlaku, což je klíčové pro zajištění jeho optimálních vlastností. Celkovým výsledkem práce je screening základních vlastností geopolymerních povlaků, který poskytuje systematické porovnání jejich funkčních charakteristik. Tento přístup umožňuje uživatelům efektivně zvolit nejvhodnější geopolymerní povlak nebo jejich kombinaci na základě požadovaných vlastností, jako jsou korozní odolnost, tepelná stabilita, mechanická pevnost a odolnost vůči opotřebení, pro specifické průmyslové aplikace. Výsledkem této práce je také udělení dvou českých patentů - "Geopolymerní suspenze a způsob její přípravy" a "Geopolymerní suspenze s nanočásticemi pro tepelně odolné povlaky a způsob její výroby". Druhý z těchto patentů byl rovněž mezinárodně patentován ve Velké Británii a státech Commonwealthu pod názvem "Geopolymer suspension containing nanoparticles for heat-resistant coatings and method of the production thereof". Nově vyvinuté geopolymerní povlaky zahrnuté v těchto patentech vykazují specifické vlastnosti, zejména vynikající tepelnou stabilitu, zvýšenou odolnost vůči opotřebení a vylepšenou adhezi k povrchům kovových substrátů, což je činí ideálními pro aplikace vyžadující vysokou tepelnou a mechanickou odolnost. …více

Abstract:

This dissertation focuses on the comprehensive research of geopolymer coatings with different chemical compositions, their application on metal substrates, and a detailed analysis of their mechanical, thermal, and corrosion properties. Geopolymer coatings are examined for their potential use on structural steel and aluminum alloys without additional surface pretreatment, with the primary emphasis on evaluating key properties such as coating adhesion to the substrate, layer thickness, microhardness, thermal stability, fire resistance, and corrosion resistance in harsh conditions. The research primarily focused on acidic and partially alkaline geopolymer matrices and their ability to form both multilayer and single-layer protective coatings with long-term resistance to mechanical, chemical, and thermal stress. In this comparison, attention was given to how different chemical compositions and the number of layers affect the resulting surface morphology, its homogeneity, and the overall functional properties of the coatings. An important part of the work was the introduction of geopolymer suspensions supplemented with metal particles of WC and TiAlMo, prepared by mechanical milling in various weight concentrations, to verify whether it is possible to create composite coatings. The experimental part of the work involved a wide range of advanced microscopic methods, including optical, laser, and electron microscopy (with the use of EDS analyses). These techniques were employed for a detailed analysis of the microstructure of the resulting coatings, including the distribution of metal particles in the geopolymer matrix and the detection of potential defects, such as cracks, bubbles, or layer peeling, that could affect their long-term durability and protective properties. Techniques such as X-ray fluorescence (XRF) and X-ray diffraction analysis (XRD) complemented the knowledge regarding the precise composition of the materials used. Special attention was paid to the effective application of geopolymer suspensions by manual coating, which proved to be a practical and economically advantageous method for creating functional coatings. The work also considered the issue of sedimentation of heavy particles in the suspensions and the need for their homogenization to achieve an even distribution in the coating, which is crucial for ensuring its optimal properties. The overall result of this work is a screening of the basic properties of geopolymer coatings, providing a systematic comparison of their functional characteristics. This approach allows users to effectively select the most suitable geopolymer coating or their combination based on the desired properties, such as corrosion resistance, thermal stability, mechanical strength, and wear resistance, for specific industrial applications. The outcome of this work also includes the development of two Czech patents - " Geopolymerní suspenze a způsob její přípravy" ("Geopolymer Suspension and Method of Its Preparation") and " Geopolymerní suspenze s nanočásticemi pro tepelně odolné povlaky a způsob její výroby." The latter of these patents has also been internationally patented in the United Kingdom and Commonwealth countries under the title "Geopolymer Suspension Containing Nanoparticles for Heat-Resistant Coatings and Method of the Production Thereof." The newly developed geopolymer coatings included in these patents exhibit specific properties, particularly excellent thermal stability, increased wear resistance, and improved adhesion to metal substrates, making them ideal for applications requiring high thermal and mechanical resistance. …více

Klíčová slova

Geopolymerní suspenze povlaky SEM analýza adheze tloušťka mikrotvrdost požární odolnost mikročástice nanočástice.

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 11. 2024

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

Vedoucí: prof. Ing. Štefan Michna, PhD.

Citační záznam

Citovat tuto práci

Citace dle ISO 690:

JASKEVIČ, Martin. \textit{Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů}. Online. Disertační práce. Ústí nad Labem: Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta strojního inženýrství. 2024. Dostupné z: https://theses.cz/id/0c49th/.

@PhdThesis{JASKEVIC2024thesis,
AUTHOR = "JASKEVIČ, Martin",
TITLE = "Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů [online]",
YEAR = "2024 [cit. 2024-11-19]",
TYPE = "Disertační práce",
SCHOOL = "Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta strojního inženýrstvíÚstí nad Labem",
NOTE = "SUPERVISOR: prof. Ing. Štefan Michna, PhD.",
URL = "https://theses.cz/id/0c49th/",
}

@PhdThesis{JASKEVIC2024thesis,
AUTHOR = {JASKEVIČ, Martin},
TITLE = {Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů},
YEAR = {2024},
TYPE = {Disertační práce},
INSTITUTION = {Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta strojního inženýrství},
LOCATION = {Ústí nad Labem},
SUPERVISOR = {prof. Ing. Štefan Michna, PhD.},
URL = {https://theses.cz/id/0c49th/},
URL_DATE = {2024-11-19},
}

{{Citace kvalifikační práce
 | příjmení = JASKEVIČ
 | jméno = Martin
 | instituce = Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem, Fakulta strojního inženýrství
 | titul = Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů
 | url = https://theses.cz/id/0c49th/
 | typ práce = Disertační práce
 | vedoucí = prof. Ing. Štefan Michna, PhD.
 | rok = 2024
 | počet stran =
 | strany =
 | citace = 2024-11-19
 | poznámka =
 | jazyk = 
}}

Jak správně citovat práci

JASKEVIČ, Martin. Výzkum nanokompozitních povlaků pro povlakování kovových materiálů. Ústí nad Labem, 2024. disertační práce (Ph.D.). UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM. Fakulta strojního inženýrství

Plný text práce

Právo: Autor si nepřeje zpřístupnění práce veřejnosti

Obsah online archivu závěrečné práce

Zveřejněno v Theses:

Soubory jsou nedostupné.

Jak jinak získat přístup k textu

Instituce archivující a zpřístupňující práci: UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM, Fakulta strojního inženýrství

Odkaz na soubor do lokálního úložiště instituce

UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM

Fakulta strojního inženýrství

Doktorský studijní program / obor:
Strojírenská technologie / Strojírenská technologie

Práce na příbuzné téma

Kompozitní bezproudé Ni povlaky
Čestmír SUCHÝ