Témy, ktoré budú riešené v spolupráci s Ústavom materiálov a mechaniky strojov
SAV v.v.i, Bratislava:
1. Téma: Návrh a optimalizácia laboratórneho modelu koncového efektora robotického ramena pre kontaktné kapacitné priváranie svorníkov (CCDS) na obežnej dráhe na vodivé a nevodivé povrchy satelitov a kozmických lodí
Školiteľ: Ing. Naďa Beronská, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Školiteľ špecialista: Ing. Marek Gebura, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava, Space scAvengers, s.r.o,
Anotácia:
Ako sa hlbšie púšťame do éry vesmírneho prieskumu a hustota objektov vyrobených ľuďmi na obežnej dráhe rastie, imperatív cirkulárnej ekonomiky vo vesmíre sa stáva čoraz kritickejším. Táto práca je zameraná na pokrok v technológii, ktorá je kľúčovou pre umožnenie realizácie udržateľných operácií na obežnej dráhe: návrh a optimalizácia koncového efektora robotického ramena pre priváranie svorníkov (Contact Capacitor Discharge Stud – CCDS - Welding). Tento inovatívny koncový efektor nebude určený len na zváranie vodivých a nevodivých povrchov bežných pre satelity a rakety, ale umožní aj všestrannú schopnosť manipulovať s vesmírnym odpadom a vytvárať univerzálne rozhrania na spájanie materiálov. Vybavením vesmírnych misií schopnosťou privariť svorníky na konštrukcie, táto technológia otvára nové cesty pre opätovné využitie trosiek a konštrukciu modulárnych zostáv vo vesmíre. Takéto schopnosti budú nevyhnutné pre vytvorenie cirkulárnej ekonomiky mimo Zeme, kde sú princípy opätovného použitia, recyklácie a optimalizácie zdrojov rozhodujúce pre minimalizáciu vesmírneho odpadu a zníženie závislosti od zdrojov na Zemi. Cieľom tohto výskumu je zlepšiť našu schopnosť vykonávať montáž a opravu na obežnej dráhe, a tým prispieť k rozvoju udržateľnej vesmírnej infraštruktúry, ktorá podporuje dlhodobú prítomnosť a prieskum ľudstva vo vesmíre. Výskum je podporený spoluprácou s Európskou vesmírnou agentúrou ESA.
Forma štúdia: denné štúdium
2. Téma: Vývoj nového typu biomedicínského resorbovateľného kompozitu na báze zinku
Školiteľ: Ing. Martin Balog, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Školiteľ špecialista: Ing. Peter Krížik, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i,Bratislava
Anotácia:
Cieľom dizertačnej práce je vývoj novej generácie biomedicínskych kompozitov s kovovou matricou (MMC) na báze zinku (Zn) vyrobených metódami práškovej metalurgie (PM) s ultrajemnozrnnou (UFG) štruktúrou in-situ stabilizovanou nanometrickými disperzoidmi oxidu zinočnatého (ZnO) s mechanickými, koróznymi a biologickými vlastnosťami optimalizovanými pre implantológiu, najmä na aplikáciu stentov a ortopedických vnútorných fixačných zariadení, ktoré riešia nedostatky súčasných bioabsorbovateľných materiálov. Počas interdisciplinárnej práce bude doktorand zodpovedný za: i) výrobu a optimalizáciu technológií prípravy MMC pomocou rôznych PM technológií, ii) mikroštrukturálnu charakterizáciu a mechanické testovanie MMC, iii) štúdium stabilizačného účinku vneseného in-situ ZnO disperzoidmi do intenzívne deformovanej Zn matrice, iv) štúdium korózneho správania v simulovaných prostrediach a v) in-vitro biologické štúdie odozvy bunkových kultúr MMC eluátov. Vyžaduje sa aby bol doktorand zručný pre experimentálny ako aj analytický typ výskumu. Očakáva sa, že doktorand zvládne rôzne technológie prípravy MMC pomocou PM, využije metódy termickej analýzy (TGA, DSC), elektrónovej mikroskopie (SEM, TEM), spektrometrické metódy (EBSD, EDS), röntgenovú difrakciu (XRD), mechanické (ťahové testy, tvrdosť, DMA, creep, únava) a korózne testy. Doktorand sa bude spolupodieľať na in-vitro testoch biologickej odozvy bunkových kultúr (MTT, ROS, comet, baktericidná štúdia). Doktorandská práca bude podporená projektom aplikovaného výskumu a študent bude úzko spolupracovať s Biomedicínskym centrom SAV a ďalšími zahraničnými inštitúciami. Výhodou je predchádzajúca prax súvisiaca s podobným typom materiálového výskumu, plynulá a aktívna znalosť anglického jazyka, schopnosť pracovať v dynamickom tíme a samostatnosť.
Forma štúdia: denné štúdium
3. Téma: Návrh simulačného modelu delenia kovových a nekovových materiálov elektrónovým lúčom
Školiteľ: doc. Ing. Erika Hodúlová, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Anotácia:
Cieľom je vytvorenie geometrického, matematického a simulačného modelu v programe ANSYS. Geometrický model bude rozmerovo zhodný s reálnymi vzorkami kovových a nekovových materiálov, ktorý sa následne rozdelí na kvadratické objemové elementy pomocou generovania siete. Čím hustejšia sieť sa zvolí, tým budú výpočty presnejšie. Matematický model bude zadefinovaný na základe tvaru zdroja tepla a hustoty tepelného toku, pričom je dôležité brať do úvahy termofyzikálne a mechanické vlastnosti jednotlivých materiálov v závislosti od teploty. Výsledky získané z numerických analýz podajú pomerne objektívny obraz o správaní sa materiálov pod vplyvom účinku elektrónového lúča. Vytvorenie počítačovej simulácie bude slúžiť na objasnenie tepelnej a napäťovo-deformačnej analýzy delenia rôznorodých kovových a nekovových materiálov elektrónovým lúčom priamo aplikovateľný do praxe.
Forma štúdia: denné štúdium
4. Téma: Vývoj kompozitov spevnených oxidickou sieťou pripravených z ALD povlakovaných kovových práškov
Školiteľ: Ing. Peter Krížik, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Školiteľ špecialista: Ing. Martin Balog, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i,Bratislava
Anotácia:
Cieľom dizertačnej práce je vývoj nových typov kompozitov s kovovou matricou, stabilizovaných a spevnených kontinuálnou sieťou oxidov s nanometrickou hrúbkov. Tieto kompozity budú pripravené konsolidáciou atomizovaných kovových práškov (Al, Ti, Mg), na povrch ktorých sa budú nanášať tenké vrstvy amorfného Al2O3 pomocou technológie „atomic layer deposition“ (ALD). Povlakované kovové prášky budú ďalej konsolidované metódami práškovej metalurgie (PM) za účelom prípravy objemových kompozitov so zvýšenými mechanickými a fyzikálnymi vlastnosťami. Počas štúdia bude doktorand zodpovedný za: 1. prípravu Al2O3 povlakov na kovových práškov metódou ALD, optimalizáciu hrúbky vrstiev a parametrov nanášania 2. prípravu objemových kompozitov z týchto práškov metódami PM, 3. komplexnú mikroštruktúrnu charakterizáciu, mechanické testovanie a meranie fyzikálnych vlastností, 4. štúdium vplyvu hrúbky Al2O3 vrstiev na tepelnú stabilitu kompozitov, na mechanické a fyzikálne vlastnosti, 5. štúdium vplyvu tepelného spracovania na mechanické a fyzikálne vlastnosti. Očakáva sa, že doktorand zvládne počas štúdia prípravu vzoriek pomocou technológií PM, využije metódy termickej analýzy (TGA, DSC, DTA) a elektrónovej mikroskopie (SEM, TEM), spektrometrické metódy (EBSD, EDS, EELS), röntgenovú difrakciu (XRD), mechanické (ťahové testy, DMA), creepové testy a fraktografiu. Dizertačná práca bude podporená VEGA projektom základného výskumu. Vyžadujú sa všeobecné vedomosti v oblasti materiálového inžinierstva, metalurgie, analýz a charakterizačných metód, znalosť anglického jazyka, schopnosť pracovať v tíme a samostatnosť.
Forma štúdia: denné štúdium
5. Téma: Vplyv tvárnenia a tepelného spracovania na odolnosť vysokopevných komplexných koncentrovaných zliatin voči vodíkovému krehnutiu
Školiteľ: Ing. Michaela Štamborská, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Školiteľ špecialista: Ing. Kateryna Kamyshnykova, PhD., Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV v.v.i, Bratislava
Anotácia:
PhD práca bude zameraná na výskum odolnosti vysokopevných tvárnených komplexných koncentrovaných zliatin (CCAs) voči vodíkovému krehnutiu (HE). Doktorand/ka sa bude podieľať na tvárnení, tepelnom spracovaní, vodíkovaní a charakterizovaní vlastnostiach nových CCAs na báze CoCrFeNi s prídavkami Al, Ti, Ta a Nb. Bude skúmať deformačné správanie precipitačne spevnených CCAs v priebehu tvárnenia za studena a za tepla, skúšok v ťahu a tlaku a ich odolnosť voči vodíkovému krehnutiu. Pomocou analytického a numerického modelovania a programu ANSYS bude simulovať procesy tvárnenia a deformačného správania v priebehu mechanického namáhania. Platnosť a presnosť numerických výpočtov bude overená experimentálnymi údajmi z mechanických skúšok a simulačných deformačných experimentov. Získané experimentálno-numerické výsledky budú použité na optimalizáciu chemického zloženia, mikroštruktúry a parametrov spracovania nových CCAs, ktoré sú vyvíjané pre náročné vodíkové aplikácie.
Forma štúdia: denné štúdium
Témy interných školiteľov Fakulty špeciálnej techniky TnUAD:
6. Téma: Výskum vplyvu procesných parametrov na mechanické vlastnosti materiálov využívaných v aditívnych technológiách
Školiteľ: doc. Ing. Maroš Eckert, PhD.
Školiteľ špecialista: RNDr. Peter Fabo, PhD.
Anotácia:
Hlavnou témou dizertačnej práce je výskum polymérnych a kompozitných materiálov používaných v aditívnych technológiách. Jednou z nosných častí práce bude stavba experimentálneho zariadenia umožňujúceho tlačiť súčiastky pri veľmi vysokých rýchlostiach pohybu (min 1500mm/s) a zrýchleniach. Samotným experimentom bude predchádzať rozsiahla rešerš aktuálne používaných polymérnych a kompozitných materiálov v 3D tlači vo svete a vytypovanie najvhodnejších materiálov, ktoré budú použité pri samotných experimentoch. Experimentálny výskum bude zameraný na skúmanie mechanických a fyzikálnych vlastností materiálov a ich štruktúr v závislosti od procesných a technologických parametrov samotnej 3D tlače. Medzi procesné a technologické parametre budú zaradené najmä rýchlosť, teplota tlače, tvar a hustota výplne, smer výplne materiálu a pod. Jednotlivé výskumné aktivity budú pozostávať z niekoľkých častí.
Prvou časťou bude získanie základných mechanických vlastností od procesných a technologických parametroch 3D tlače. Pre získanie niektorých z týchto parametrov bude potrebné zostrojiť meracie zariadenie, ktoré bude umožňovať merať mechanické vlastnosti vzoriek pri rôznych podmienkach.
Ďalšia časť výskumu sa bude venovať analýze mikro- a nanoštruktúre výtlačkov a možnosti ovplyvnenia štruktúry pre zlepšenie mechanických a fyzikálnych parametrov. Mikroštruktúra sa bude analyzovať pomocou metalografického optického mikroskopu, pre väčšie rozlíšenie a štúdium nanoštruktúry sa využije mikroskop atomárných síl (AFM). Taktiež bude možné pomocou tohto mikroskopu rozlíšiť štruktúru aj podľa lokálnych mechanických a fyzikálnych vlastností. Rovnako sa v tejto časti výskumu využije analýza štruktúry pomocou nanoindentora na určenie mikro- a nanomechanických vlastností ako nanotvrdosť a modul pružnosti jednotlivých elementov tvoriacich štruktúru materiálu.
Forma štúdia: denné štúdium
7. Téma: Štúdium vplyvu zmeny vybraných parametrov na degradáciu konštrukčných polymérnych materiálov vyrábaných aditívnou technológiou
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: Ing. Marcel Kohutiar, PhD., doc. Ing. Róbert Janík, PhD.
Anotácia:
Práca sa zameriava na skúmanie vplyvu vybraných parametrov na degradáciu polymérnych materiálov vyrábaných technológiou 3D tlače. Skúmanie zahŕňa použitie rôznych techník, ktoré umožnia detailnú analýzu materiálov. Medzi tieto techniky patrí 3D tlač, dynamicko mechanické testovanie (DMA), termogravimetria (TG) testovanie v UV/vlhkostnej komore, mechanické skúšky, chemický rozbor pomocou energeticky disperzného röntgenového spektroskopu (EDX), konfokálna/optická mikroskopia, skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM), modifikácia povrchu studenou plazmou, infračervená spektroskopia (IČ), termálne zobrazovanie a testovanie na lineárnom urýchľovači.
Výsledky tejto štúdie budú poskytovať cenné poznatky o degradačných mechanizmoch polymérnych materiálov a umožnia optimalizovať aditívne technológie výroby. Tým sa bude zvyšovať odolnosť vytlačených konštrukcií a kvalita vyrábaných materiálov. 3D tlač, ktorá sa používa na výrobu polymérnych materiálov, je v súčasnosti stále viac využívaná, a preto je dôležité mať detailné poznatky o procesoch, ktoré sú s ňou spojené.
Táto štúdia by mohla mať významné dôsledky nielen pre priemyselné aplikácie, ale aj pre výskum v oblasti polymérnych materiálov. Výsledky by mohli pomôcť pri vývoji nových polymérnych materiálov, ktoré by mali lepšie vlastnosti a boli by odolnejšie voči degradácii. To by mohlo mať vplyv nielen na priemyselné aplikácie, ale aj na iné oblasti priemyslu, kde sa 3D tlač stáva stále dôležitejšou výrobnou technológiou.
Forma štúdia: denné štúdium
8. Téma: Štúdium zmeny Q&P parametrov na zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu pokročilých vysokopevných mangánových ocelí AHSS
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Daniel Križan, PhD. (voestalpine Stahl GmbH Linz, Rakúsko)
Anotácia:
Práca sa zameriava na zmenu Q&P parametrov tepelného spracovania s cieľom zvýšiť odolnosť proti opotrebeniu pokročilých vysokopevných mangánových ocelí AHSS. Pre hĺbkové preskúmanie budú potrebné rôzne techniky, ktoré umožnia detailnú analýzu vzniku mechanizmov opotrebenia ako aj následné stanovenie ideálneho procesu tepelného spracovania. Medzi tieto techniky zaraďujeme: využitie dilatometra DIL 805A/D na fyzikálnu simuláciu rôznych metód tepelného spracovania s využitím hlbokého zmrazenia, skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM) na analyzovanie vzniknutej mikroštruktúry, experimentálna simulácia trecích procesov na zariadený UMT TriboLab s vyhodnocovaním koeficientu trenia, objemové stanovenie zvyškového austenitu pomocou metódy saturačnej magnetizácie (SMM)
Výsledky tejto štúdie budú poskytovať cenné nové poznatky o možnom využití vysokopevných AHSS ocelí v mechanizmoch, ktoré sú vystavené zvýšeným trecím procesom pri, ktorých dochádza k opotrebeniu a degradácií materiálu.
Využitie týchto poznatkov v praxi môže viesť k vývoju materiálov pre automobilový a priemyselný sektor, ktorý bude mať pozitívny ekonomický dopad.
Forma štúdia: denné štúdium
9. Téma: Možnosti zlepšenia mechanických vlastností kompozitov vystužených uhlíkovými vláknami
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Maroš Eckert, PhD., Ing. Marcel Kohutiar, PhD.
Anotácia:
Téma je zameraná na výskum zlepšovania mechanických vlastností kompozitných materiálov vystužených pomocou uhlíkových vlákien a ich následné použitie v automobilovom priemysle.
Jednou z nosných technológií pre výrobu experimentálnych vzoriek bude lisovanie sekaných uhlíkových vlákien s rôznymi vstupnými parametrami ako dĺžka, orientácia a objem, v kombinácií s rôznymi druhmi epoxidov, ktoré majú rozdielne mechanické a žiaruvzdorné vlastnosti. Formy pre výrobu laminovaných vzoriek budú vyrobené pomocou aditívnych technológií.
Pre hĺbkové preskúmanie budú potrebné rôzne techniky, ktoré umožnia detailnú analýzu vlastností vystužujúceho materiálu experimentálnych vzoriek, ktoré vplývajú na ich výsledné mechanické a viskoelastické vlastnosti. Medzi tieto techniky bude zaradený: univerzálny skúšobný trhací stroj na meranie mechanických vlastností (pevnosť v ťahu, pevnosť v ohybe, ťažnosť, Youngov modul), Charpyho kladivo na meranie rázovej a vrubovej húževnatosti (pri rôznych teplotách), dynamicko-mechanický analyzátor DMA Q800 na meranie viskoelastických a tlmiacich vlastností v rôznych teplotných oblastiach s možným využitím hlbokého zmrazenia, skenovací elektrónový mikroskop (SEM) na analyzovanie vzniknutej mikroštruktúry (dispergácia, orientácia a dĺžka vystužujúceho materiálu).
Zo získaných výsledkov bude vytvorený matematický model, pomocou ktorého bude možné stanoviť a predikovať mechanické vlastnosti výsledného výrobku na základe zmeny vstupných parametrov. Výsledky tejto štúdie by mohli poskytnúť cenné informácie pre výrobcov a konštruktérov z oblasti automobilového priemyslu, ktoré by bolo možné využiť pre zefektívnenie výroby rôznych konštrukčných častí automobilov.
Forma štúdia: denné štúdium
10. Téma: Výskum vplyvu technologických parametrov na vlastnosti nanoštrukturovaných CrC HiPIMS povlakov dopovaných vybranými prvkami
Školiteľ: prof. Ing. Daniel. Kottfer, PhD.
Školiteľ špecialista: DSc, PhD, Eng., Karol Kyzioł, Assoc. Prof.
Anotácia:
Príprava tvrdých nanoštrukturovaných povlakov na oceľových povrchoch je obmedzená teplotou popúšťania ocelí. Vytváranie tvrdých povlakov na báze karbidu Cr pre strojársku výrobu je stále aktuálne. Povlak CrC má individuálne prednosti ako sú vysoká tvrdosť a Youngov modul, nízky koeficient trenia (CoF) a odolnosť voči opotrebovaniu. HiPIMS technológia umožňuje deponovanie povlakov pri teplotách do 300°C. To je výhodné pre vytvorenie povlaku na oceľovej súčiastke, ktorá bola tepelne spracovaná na požadovanú tvrdosť. Po procese povlakovania tým možno dosiahnuť tvrdší a oteruvzdornejší funkčný povrch súčiastky. Pridaním vybraných prvkov (ako napr. Ti, Si, B, ...) do CrC povlaku možno ovplyvniť vlastnosti ako tvrdosť a žiaruvzdornosť a tým rozšíriť možnosti použitia súčiastky pri vyšších teplotách. Oblasť procesu deponovania CrC povlakov a ich dopovanie Ti, Si a B odprašovaním z terča metódou HiPIMS, vplyv parametrov na vlastnosti CrSiTiBC povlaku sú v posledných desaťročiach málo publikované. Tým sa ponúka priestor na základný výskum uvedených zákonitostí formou dizertačnej práce.
Dizertačnú prácu možno zamerať na:
- optimalizovanie procesu deponovania CrC povlaku vo vzťahu ku maximálnej tvrdosti a minimálnemu koeficientu trenia
- teoretické štúdium procesu dopovania CrC povlakov prvkami (napr. Ti, Si, B, ...) odprašovaním z terča
- výskum vplyvu vybraných parametrov procesu deponovania ako frekvencia, dĺžka pulzu na hrúbku, tvrdosť a Youngov modul, štruktúru a chemické zloženie, koeficient trenia a opotrebovanie pripravovaných povlakov
- optimalizovanie uvedených technologických parametrov za účelom prípravy povlaku pre prax
Forma štúdia: denné štúdium
11. Téma: Systematická analýza a využitie kvantitatívnych metód analýzy spoľahlivosti a rizika v strojárskej výrobe
Školiteľ: doc. Ing. Alena Breznická, PhD.
Anotácia:
Báza znalostí o spoľahlivosti technického systému je kritickým predpokladom pre efektívnu a účinnú výrobu bezpečných výrobkov. Dizertačná práca bude pojednávať o špecifikáciách a kvantitatívnych požiadavkách na riziká a spoľahlivosť v priebehu životného cyklu výrobku. Hlavnými cieľmi dizertačnej práce je skúmanie a odhaľovanie vplyvov technických rizík na spoľahlivosť. Určovanie metodík a uskutočňovanie laboratórnych a prevádzkových skúšok, ktoré stanovujú prevádzkovú spoľahlivosť výrobku. Počas riešenia aspektov spoľahlivosti budú využité kvantitatívne metódy analýzy rizika a spoľahlivosti pomocou parametra vyjadreného ukazovateľa spoľahlivosti ako životnosť, bezporuchovosť a pohotovosť. Medzi hlavné výsledky a prínosy dizertačnej práce možno stanoviť komplexný prístup posudzovania a hodnotenia spoľahlivosti s aplikáciou na strojárske technológie, stanovenie modelov kritických a akceptovateľných rizík.
Forma štúdia: externé štúdium
12. Téma: Skúmanie a aplikácia aditívnych dizajnových štruktúr v priemyselných súčiastkach
Školiteľ: doc. Ing. Marta Kianicová, PhD.
Anotácia:
Dizertačná práca bude zameraná na skúmanie aditívnych dizajnových štruktúr. Ich využitie je široké a zahŕňa rôzne oblasti ako výroba, logistika, estetika a mnoho ďalších. Cieľom tejto práce je preskúmať rôzne hľadiská využitia dizajnových štruktúr a skúmať ich aplikácie v priemyselných odvetviach. Výskum bude smerovaný na mechanické vlastnosti dizajnových štruktúr, kde sa bude klásť dôraz na optimalizáciu topológie súčiastky, efektívnosť využitia materiálu a návrh dizajnu produktov, pri ktorých je vhodné a možné použitie dizajnových štruktúr. Aplikácia dizajnových štruktúr sa realizuje využitím aditívnych technológií a je vhodná pre súčiastky z plastov aj kovov. Súčiastky s aplikovanou dizajnovou štruktúrou vykazujú nižšiu hmotnosť, čím je možné ušetriť finančné prostriedky na materiál a tým prispieť ku zníženiu uhlíkovej stopy. Predpokladaným prínosom práce bude aplikácia dizajnových štruktúr do rôznych funkčných súčiastok, overenie funkčných, primárne mechanických vlastností skúmaných súčiastok a prípadné zavedenie takýchto dizajnových štruktúr do priemyselnej praxe.
Forma štúdia: denné štúdium