Téma č. 1
Názov: Komparatívna analýza materiálových charakteristík konvenčne a aditívne vyrobenej ocele maraging
Title: Comparative analysis of material characteristics of conventionally and additively manufactured maraging steel
Školiteľ: prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná alebo externá
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi. V prípade, že sa prihlási viacero uchádzačov, môže byť akceptovaný iba jeden z nich v iba jednej forme štúdia (na základe výsledku prijímacieho konania).
Anotácia
Maraging ocele sú špeciálnou skupinou vysokopevných ocelí s nízkym obsahom C a vysokým obsahom Ni, pričom finálne mechanické vlastností získavajú precipitačným vytvrdzovaním (starnutím). Oceľ maraging vyrobená aditívnou technológiou pomocou kovovej 3D tlače (PBF-LB) má výrazne odlišnú mikroštruktúru v porovnaní s konvenčne vyrobenou oceľou tohto typu. V dôsledku extréme vysokej rýchlosti chladenia jednotlivých bodov tlače vzniká veľmi jemná celulárna alebo dendritická mikroštruktúra. Štruktúra je výrazne anizotropná a sú v nej viditeľné charakteristické stopy po laserových dráhach. V štruktúre sa kvôli opakovanému ohrevu pri ukladaní ďalších vrstiev môže vyskytovať zvyškový austenit. Na základe uvedených štruktúrnych odlišností je možné očakávať ich vplyv na materiálové a tribologické vlastnosti a zároveň si môžu vyžadovať optimalizáciu technologických parametrov sekundárneho spracovania takejto ocele (najmä starnutia). Na základe uvedenej hypotézy boli stanovené nasledovné čiastkové ciele práce:
Výskum vplyvu technologických parametrov precipitačného vytvrdzovania aditívne vyrobenej ocele (teplota rozpúšťacieho žíhania, teplota vytvrdzovania a doba výdrže na tejto teplote) na finálnu mikroštruktúru a mechanické vlastnosti.
Kvázistatická nanoindentácia pre detailnejšie preskúmanie rozdielov v mikroštruktúre a lokálnych mechanických vlastnostiach medzi oboma skúmanými variantmi (konvenčná vs. aditívna oceľ).
Porovnanie výsledkov získaných konvenčnou technológiou a aditívnou technológiou. Návrh na úpravu technologických parametrov vytvrdzovania ocele maraging aditívnou technológiou. Vytvorenie matematického modelu viac parametrickej závislosti tvrdosti (prípadne iných vlastností na teplote a dobe výdrže pri starnutí) pre aditívne vyrobenú oceľ.
Analýza a porovnanie tribologických vlastností konvenčne a aditívne vyrobenej ocele: posúdenie jednotlivých mechanizmov opotrebenia, hodnotenie parametra koeficientu trenia (COF) vzhľadom na kontaktnú dvojicu ako aj vplyv podielu častíc v mikroštruktúre materiálu na daný parameter, objasnenie procesov vzniku mikrotrhlín vzhľadom na tribologické procesy.
Annotation
Maraging steels represent a special group of high-strength steels characterized by low carbon content and high nickel content, achieving their final mechanical properties through precipitation hardening (aging). Maraging steel produced via additive manufacturing—specifically Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB)—exhibits a significantly different microstructure compared to its conventionally manufactured counterparts. Due to the extremely high cooling rates of individual melt pools, a very fine cellular or dendritic microstructure is formed. This structure is highly anisotropic, featuring characteristic laser track patterns. Furthermore, retained austenite may be present in the structure due to repeated thermal cycles during the deposition of subsequent layers. Based on these structural differences, an impact on material and tribological properties is expected, potentially requiring the optimization of secondary processing parameters (specifically aging). Based on this hypothesis, the following partial objectives of the work were established:
Study of the influence of precipitation hardening parameters (solution annealing temperature, aging temperature, and holding time) of conventionally manufactured steel on the final microstructure and mechanical properties. This includes a review of scientific literature focused on this issue to specify the most suitable hardening parameters.
Research into the influence of precipitation hardening parameters (solution annealing temperature, aging temperature, and holding time) of additively manufactured steel on the final microstructure and mechanical properties.
Quasi-static nanoindentation for a detailed investigation of the differences in microstructure and local mechanical properties between the two variants (conventional vs. additive steel).
Comparison of results obtained from conventional and additive technologies. This objective includes a proposal for adjusting the hardening parameters of additively manufactured maraging steel and the creation of a mathematical model representing the multi-parametric dependence of hardness (or other properties) on aging temperature and holding time.
Analysis and comparison of tribological properties of conventionally and additively manufactured steel: assessment of individual wear mechanisms, evaluation of the Coefficient of Friction (COF) with respect to the contact pair, as well as the influence of particle distribution within the microstructure on this parameter, and clarification of microcrack initiation processes related to tribological phenomena.
Téma č. 2
Názov: Optimalizácia procesu žíhania malokalibrových nábojníc
Title: Optimization of the Annealing Process for Small-Caliber Cartridge Cases
Školiteľ: prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: externá
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
Anotácia
Predmetom dizertačnej práce je štúdium tepelného spracovania mosadzných nábojníc so zameraním na optimalizáciu procesu žíhania ako spôsobu riadenia mechanických a mikroštruktúrnych vlastností materiálu. Práca skúma degradačné mechanizmy spôsobené opakovanou plastickou deformáciou a pracovným spevnením materiálu počas prevádzkového cyklu, ktoré vedú k postupnej zmene tvrdosti, zníženiu ťažnosti a zvýšenému riziku vzniku trhlín v kritických oblastiach komponentu.
Pozornosť bude venovaná identifikácii a experimentálnemu overeniu kľúčových parametrov procesu, predovšetkým teploty žíhania, času expozície a rýchlosti ohrevu, ktoré ovplyvňujú priebeh rekryštalizácie, homogenitu materiálu a výsledný gradient tvrdosti. V experimentálnej časti budú aplikované metódy metalografickej analýzy, meranie mikrotvrdosti a nanotvrdosti a hodnotenie rozmerovej stability po opakovaných cykloch spracovania.
Závislosť technologických parametrov žíhania na výslednej mikroštruktúre a mechanických vlastnostiach (najmä tvrdosti) bude skúmaná pomocou simulácie na reálnych vzorkách využitím dilatometra DIL805. Prístroj umožňuje aj skúmanie závislosti definovaných deformačných parametroch na výslednej mikroštruktúre a vlastnostiach. Taktiež bude vykonaná v komore dilatometra aj statická skúška ťahom pre hodnotenie pevnostných vlastností.
Na základe získaných experimentálnych dát bude vypracovaný matematický model na stanovenie odporúčaných technologických podmienok žíhania s cieľom zvýšenia životnosti, spoľahlivosti a opakovateľnosti vlastností komponentov vyrobených z mosadzných zliatin. Výsledky práce môžu nájsť uplatnenie v oblasti presného tepelného spracovania tenkostenných mosadzných výrobkov a pri optimalizácii priemyselných technologických procesov.
Annotation
The subject of this dissertation is the study of the heat treatment of brass cartridge cases, focusing on the optimization of the annealing process as a method for controlling the mechanical and microstructural properties of the material. The work investigates degradation mechanisms caused by repeated plastic deformation and work hardening during the service cycle, which lead to gradual changes in hardness, reduced ductility, and an increased risk of crack initiation in critical areas of the component.
Attention will be given to the identification and experimental verification of key process parameters—primarily annealing temperature, exposure time, and heating rate—which influence the course of recrystallization, material homogeneity, and the resulting hardness gradient. The experimental section will employ methods of metallographic analysis, microhardness and nanohardness measurements, and the evaluation of dimensional stability after repeated processing cycles.
The relationship between technological annealing parameters and the resulting microstructure and mechanical properties (specifically hardness) will be examined through simulations on real samples using a DIL805 dilatometer. This equipment also allows for the investigation of how defined deformation parameters influence the final microstructure and properties. Furthermore, a static tensile test will be performed within the dilatometer chamber to evaluate strength characteristics.
Based on the acquired experimental data, a mathematical model will be developed to determine recommended technological annealing conditions. The objective is to increase the service life, reliability, and repeatability of properties for components manufactured from brass alloys. The findings of this work may find application in the field of precision heat treatment of thin-walled brass products and in the optimization of industrial technological processes.
Téma č. 3
Názov: Experimentálna analýza cyklického zaťaženia a návrh podvozku
vírnika Nisus s elektrickým pohonom
Title: Experimental Analysis of Cyclic Loading and Design of the Landing Gear of the Electrically Powered Nisus Gyroplane
Školiteľ: prof. Ing. Igor Barényi, PhD., EUR ING
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: externá
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
Téma je zadaná na základe požiadavky s externého prostredia.
Anotácia
Dizertačná práca sa zaoberá experimentálnou analýzou cyklického zaťaženia a komplexným návrhom podvozku vírnika Nisus s elektrickým pojazdom, pričom reflektuje aktuálne trendy v oblasti leteckých konštrukcií, strojárskych technológií a integrácie elektrických pohonných systémov do ultraľahkých lietadiel. Súčasná koncepcia podvozku vykazuje pri pružení nežiaducu zmenu geometrie kolies, najmä zmenu zbiehavosti, čo je nevhodné pre aplikáciu BLDC elektromotorov integrovaných priamo v kolesách. Tento jav môže negatívne ovplyvňovať stabilitu vírnika, ovládateľnosť počas pohybu po letiskových plochách a zároveň spôsobovať zvýšené dynamické namáhanie jednotlivých častí podvozku. Cieľom práce je návrh novej koncepcie podvozku zahŕňajúcej optimalizáciu vedenia kolies, hriadeľov, pruženia a tlmenia tak, aby počas pruženia nedochádzalo k zmene geometrie kolies. Výskum bude zameraný na analýzu cyklického zaťaženia podvozku pri taxi režime (jazde po letiskovej dráhe), vzlete, pristátí a opakovanom dynamickom namáhaní počas prevádzky a jazde po pozemných komunikáciach. Riešenie bude využívať experimentálne merania, numerické simulácie, MKP analýzy a dynamické modelovanie konštrukcie. Predpokladaným prínosom práce je vytvorenie konštrukčne optimalizovaného podvozku s vyššou stabilitou, spoľahlivosťou a životnosťou pri prevádzke vírnika s elektrickým pohonom, ako aj definovanie závislostí medzi geometriou podvozku, cyklickým zaťažením a dynamickým správaním konštrukcie v reálnych prevádzkových podmienkach.
Annotation
The dissertation deals with the experimental analysis of cyclic loading and the comprehensive design of the landing gear for the Nisus gyroplane featuring electric taxi capability. The work reflects current trends in aircraft design, mechanical engineering technologies, and the integration of electric propulsion systems into ultralight aircraft. The current landing gear concept exhibits undesirable wheel geometry changes during suspension travel—specifically changes in toe-in/toe-out—which is unsuitable for the application of BLDC electric motors integrated directly into the wheels. This phenomenon can negatively impact the gyroplane’s stability and maneuverability during ground operations while increasing the dynamic stress on individual landing gear components. The objective of the work is to design a new landing gear concept involving the optimization of wheel guidance, shafts, suspension, and damping to ensure that wheel geometry remains constant throughout the suspension stroke. The research focuses on analyzing cyclic loading during taxiing, takeoff, landing, and repeated dynamic stress during operation and travel on public roads. The solution will utilize experimental measurements, numerical simulations, Finite Element Method (FEM) analysis, and dynamic structural modeling.
The expected contribution of this work is the creation of a structurally optimized landing gear with enhanced stability, reliability, and service life for electric-drive gyroplane operations. Furthermore, it aims to define the relationships between landing gear geometry, cyclic loading, and the dynamic behavior of the structure under real operating conditions.
Téma č. 4
Názov: Výskum zákonitostí prípravy nanoštrukturovaných CrC povlakov so zvýšenou teplotnou stabilitou a oxidačnou odolnosťou deponovaných metódou HiPIMS.
Title: Research into the principles of preparation of nanostructured CrC coatings with increased temperature stability and oxidation resistance deposited by the HiPIMS method.
Školiteľ: prof. Ing. Daniel Kottfer, PhD.
Školiteľ špecialista: DSc, PhD, Eng., Karol Kyzioł, Assoc. Prof.
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná / externá
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
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. Mo, W, Co, 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 Mo, W, Co,Ti, Si a B odprašovaním z terča metódou HiPIMS, vplyv parametrov na vlastnosti Cr(Mo,W,Co,Si,Ti,B)C 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. W, Mo, Co, 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
Annotation
The preparation of hard nanostructured coatings on steel surfaces is limited by the tempering temperature of steels. The creation of hard coatings based on Cr carbide for mechanical engineering is still relevant. The CrC coating has individual advantages such as high hardness and Young's modulus, low coefficient of friction (CoF) and wear resistance. HiPIMS technology allows the deposition of coatings at temperatures up to 300°C. This is advantageous for the formation of a coating on a steel component that has been heat treated to the desired hardness. After the coating process, a harder and more wear-resistant functional surface of the component can be achieved. By adding selected elements (such as Mo, W, Co, Ti, Si, B, ...) to the CrC coating, properties such as hardness and heat resistance can be influenced and thus the possibilities of using the component at higher temperatures can be expanded. The field of the process of depositing CrC coatings and their doping with Ti, Si and B by sputtering from the target using the HiPIMS method, the influence of parameters on the properties of the Cr(Mo,W,Co,Si,Ti,B)C coating have been little published in the last decades. This offers space for basic research of the above-mentioned laws in the form of a dissertation.
The dissertation can be focused on:
optimization of the process of depositing CrC coatings in relation to the maximum hardness and minimum coefficient of friction
theoretical study of the process of doping CrC coatings with elements (e.g. W, Mo, Co, Ti, Si, B, ...) by sputtering from the target
research of the influence of selected parameters of the deposition process such as frequency, pulse length on the thickness, hardness and Young's modulus, structure and chemical composition, coefficient of friction and wear of the prepared coatings
optimization of the above-mentioned technological parameters for the purpose of preparing a coating for practice
Téma č. 5
Názov: Štúdium zmeny Q&P parametrov na zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu pokročilých vysokopevných mangánových ocelí AHSS
Title: Study of the Effect of Q&P Parameters on Increasing the Wear Resistance of Advanced High-Strength Manganese Steels (AHSS)
Školiteľ: doc. Ing. Michal Krbaťa, PhD.
Školiteľ špecialista: doc. Ing. Daniel Križan, PhD. (voestalpine Stahl GmbH Linz, Rakúsko)
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
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.
Annotation
The work focuses on changing the Q&P parameters of heat treatment in order to increase the wear resistance of advanced high-strength manganese steels AHSS. For an in-depth investigation, various techniques will be needed that will allow for a detailed analysis of the formation of wear mechanisms as well as the subsequent determination of the ideal heat treatment process. These techniques include: the use of a DIL 805A/D dilatometer for physical simulation of various heat treatment methods using deep freezing, scanning electron microscopy (SEM) for analysing the resulting microstructure, experimental simulation of friction processes on the UMT TriboLab equipped with friction coefficient evaluation, volumetric determination of retained austenite using the saturation magnetization method (SMM)
The results of this study will provide valuable new knowledge about the possible use of high-strength AHSS steels in mechanisms that are exposed to increased friction processes, which cause wear and material degradation.
Applying this knowledge in practice can lead to the development of materials for the automotive and industrial sectors, which will have a positive economic impact.
Téma č. 6
Názov: Výskum vplyvu dizajnových štruktúr na mechanické vlastnosti strojárskych súčiastok aplikovaných v priemysle
Title: Research into the influence of design structures on the mechanical properties of engineering components applied in industry
Školiteľ: doc. Ing. Peter Pokorný, PhD.
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
Anotácia
Dizertačná práca bude zameraná na výskum v oblasti navrhovania dizajnových štruktúr, ktoré predstavujú inovatívny prístup pri navrhovaní súčiastok za účelom funkčného optimalizovania ich vlastností. Dizajnové štruktúry možno aplikovať v rôznych oblastiach priemyslu za využitia aditívnych technológií, pričom môžu priniesť vyššiu pridanú hodnotu úsporou materiálu a finančných prostriedkov pri dosiahnutí lepších mechanických vlastností. Hlavným cieľom práce je tak charakterizovať vlastnosti dizajnových štruktúr, preskúmať všetky možnosti ich využitia a zaoberať sa ich aplikáciou v rozličných oblastiach priemyslu, ako civilného tak obranného. Na základe týchto stanovených cieľov bude výskum vo všeobecnosti pozostávať z analýzy mechanických vlastností dizajnových štruktúr, pričom bude kladený dôraz na optimalizáciu topológie súčiastok, efektívne využitie materiálu a návrh produktov, schopných využitia dizajnových štruktúr za účelom zlepšenia požadovaných vlastností. Ako predpokladaný prínos tohto výskumu možno označiť aplikovanie dizajnových štruktúr do priemyselnej praxe, to znamená využitie týchto štruktúr v rozličných typoch súčiastok, resp. produktoch, ktoré budú vykazovať vo všeobecnosti lepšie mechanické vlastnosti.
Annotation
The dissertation will focus on research in the field of designing design structures, which represent an innovative approach to designing components for the purpose of functionally optimizing their properties. Design structures can be applied in various areas of industry using additive technologies, and can bring higher added value by saving material and financial resources while achieving better mechanical properties. The main objective of the work is to characterize the properties of design structures, explore all possibilities of their use and deal with their application in various areas of industry, both civil and defense. Based on these set goals, the research will generally consist of an analysis of the mechanical properties of design structures, with emphasis on optimizing the topology of components, efficient use of material and the design of products capable of using design structures to improve the required properties. The expected benefit of this research can be described as the application of design structures to industrial practice, that is, the use of these structures in various types of components, or products that will generally exhibit better mechanical properties.
Téma č. 7
Názov: Analýza mechanických a termických vlastností výtlačkov z viaczložkových polymérnych materiálov
Title: Analysis of mechanical and thermical properties of prints from multicomponent polymer materials
Školiteľ: doc. Ing. Marcel Kohutiar, PhD.
Školiteľ špecialista: Ing. Jozef Jaroslav Fekiač
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi:
Anotácia
Aditívna výroba v súčasnosti umožňuje kombinovanie viacerých materiálov v rámci jedného 3D výtlačku, čím sa otvárajú nové možnosti pre vývoj funkčných a viacúčelových súčiastok. Viaczložkové polymérne systémy využívané v technológii aditívnej výroby predstavujú výzvu z hľadiska zabezpečenia dostatočnej adhézie medzi jednotlivými materiálmi, ako aj z pohľadu ich mechanickej a teplotnej stability. Cieľom dizertačnej práce je preskúmať vplyv rôznych kombinácií a usporiadaní polymérnych materiálov na ich výsledné vlastnosti vo forme výtlačkov vytvorených aditívnou výrobou. Osobitný dôraz bude kladený na analýzu rozhrania medzi materiálmi a ich správanie pri statickom a dynamickom zaťažení. Mechanické vlastnosti budú hodnotené prostredníctvom klasických pevnostných skúšok, zatiaľ čo viskoelastické vlastnosti budú analyzované pomocou dynamickej mechanickej analýzy (DMA). Na charakterizáciu tepelných vlastností a prechodových javov budú využité aj ďalšie termické analytické metódy ako diferenčná skenovacia kalorimetria (DSC) a termogravimetrická analýza (TGA). Súčasťou práce bude aj hodnotenie adhézie medzi jednotlivými zložkami prostredníctvom ťahových testov. Na základe získaných výsledkov budú formulované odporúčania pre efektívne využívanie multimateriálovej aditívnej výroby v technických aplikáciách, kde je dôležitá pevnosť, pružnosť, tepelná odolnosť a integrované technické funkcie v jednom výtlačku.
Annotation
Additive manufacturing currently allows the combination of multiple materials within a single 3D print, opening new possibilities for the development of functional and multipurpose components. Multi-component polymer systems used in additive manufacturing technology pose a challenge in terms of ensuring sufficient adhesion between individual materials, as well as in terms of their mechanical and thermal stability. The aim of the dissertation is to investigate the influence of various combinations and arrangements of polymer materials on their resulting properties in the form of prints created by additive manufacturing. Special emphasis will be placed on the analysis of the interface between materials and their behaviour under static and dynamic loading. Mechanical properties will be evaluated through classical strength tests, while viscoelastic properties will be analysed using dynamic mechanical analysis (DMA). Other thermal analytical methods such as differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) will also be used to characterize thermal properties and transient phenomena. The work will also include the evaluation of adhesion between individual components through tensile tests. Based on the results obtained, recommendations will be formulated for the effective use of multi-material additive manufacturing in technical applications where strength, flexibility, heat resistance, and integrated technical functions in a single print are important.
Téma č. 8
Názov: Vplyv vodíka na deformačné správanie a lom vysokopevných tvárnených komplexných koncentrovaných zliatin
Title: Effect of hydrogen on deformation behavior and fracture of high-strength wrought complex concentrated alloys
Školiteľ: Ing. Michaela Štamborská, PhD.
Školiteľ špecialista: Ing. Peter Múčka, CSc.
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná
Téma je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
Anotácia
PhD práca bude zameraná na výskum vplyvu vodíka na deformačné správanie a lom vysokopevných tvárnených komplexných koncentrovaných zliatin (CCAs). Doktorand/ka sa bude podieľať na tvárnení, tepelnom spracovaní, vodíkovaní a charakterizovaní vlastností nových CCAs na báze CoCrFeNi legovaných Al, Ti, Ta alebo Nb. Bude skúmať vzťah medzi obsahom vodíka, mikroštruktúrou a lomovou húževnatosťou pripravených CCAs. Bude sa podieľať na numerickom modelovaní iniciácie trhliny, šírenia trhliny a lomu v CCAs perspektívnych pre vodíkové aplikácie, ktoré budú realizované metódou konečných prvkov pomocou softvéru Ansys a overené pomocou deštruktívnej (ohyb) a nedeštruktívnej metódy (akustická emisia). Platnosť a presnosť numerických výpočtov bude overovať experimentálnymi údajmi z mechanických skúšok.
Od uchádzača/ky sa vyžaduje experimentálna zručnosť, poznatky z aplikovanej mechaniky, základné poznatky z náuky o materiáloch, vedomosti o mechanickom skúšaní materiálov, poznatky o numerických metódach výpočtu, ako aj dobrá znalosť anglického jazyka.
Annotation
The PhD thesis will be focused on the research of the influence of hydrogen on the deformation behavior and fracture of high-strength wrought complex concentrated alloys (CCAs). The PhD student will participate in forming, heat treatment, hydrogenation and characterizing the properties of new CCAs based on CoCrFeNi with additions of Al, Ti, Ta or Nb. The student will investigate the relationship between hydrogen content, microstructure, and fracture toughness of the prepared CCAs. The PhD student will participate in the numerical modelling of crack initiation, crack propagation and fracture in CCAs prospective for hydrogen applications, which will be performed by the finite element method (software Ansys) and verified using destructive (bending) and non-destructive methods (acoustic emission). The validity and accuracy of numerical calculations will be verified by experimental data from mechanical tests.
The candidate is required to have experimental skills, knowledge of applied mechanics, basic knowledge of materials science, knowledge of mechanical testing of materials, knowledge of numerical calculation methods as well as a good knowledge of English language.
Téma č. 9
Názov: Výskum prípravy povrchu laserovou abláciou pre kondenzátorové priváranie svorníkov na povrchovo upravených a MLI-pokrytých hliníkových konštrukciách
Title: Research of laser ablation-based surface preparation for capacitor discharge stud welding on surface-treated and MLI-covered aluminium structures
Školiteľ: Ing. Marek Gebura, PhD.
Školiteľ špecialista: Ing. Jaroslav Bruncko, PhD. (Medzinárodné laserové centrum; Laboratórium laserovej mikrotechnológie)
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná / externá
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
Anotácia
Navrhovaná dizertačná práca je zameraná na experimentálny a analytický výskum laserovej ablácie ako metódy prípravy povrchu pre kondenzátorové priváranie svorníkov (CCDS) vo vákuových podmienkach na hliníkových konštrukciách s povrchovými úpravami a s viacvrstvovou tepelnou izoláciou (MLI). Vedecký problém spočíva v nedostatočne preskúmanom vzťahu medzi parametrami laserovej ablácie, výsledným stavom povrchu a následnou stabilitou i kvalitou CCDS spojov na materiáloch reprezentatívnych pre kozmické konštrukcie. Cieľom práce je určiť, ako energetická hustota, dĺžka impulzu, vlnová dĺžka a stratégia skenovania ovplyvňujú odstránenie alebo modifikáciu náterov, anodických vrstiev a MLI a ako sa tieto zmeny prejavia na morfológii, mikroštruktúre, kontaktnom odpore, iniciácii oblúka, prenose energie a mechanickej integrite spoja. Výskum bude využívať optickú a elektrónovú mikroskopiu, profilometriu, metalografické rezy, analýzu defektov a mechanické skúšky. Očakávaným výsledkom je formulovanie závislostí medzi parametrami laserovej prípravy, stavom povrchu a odozvou CCDS procesu vo vákuu a odvodenie odporúčaní pre spoľahlivé priváranie svorníkov pri servisných, montážnych a opravárenských operáciách na obežnej dráhe.
Annotation
The proposed dissertation focuses on the experimental and analytical investigation of laser ablation as a surface preparation method for capacitor discharge stud welding (CCDS) under vacuum conditions on aluminium structures with surface treatments and multi-layer insulation (MLI). The scientific problem lies in the still insufficiently explored relationship between laser ablation parameters, the resulting surface state, and the subsequent stability and quality of CCDS joints on materials representative of space structures. The aim is to determine how energy density, pulse duration, wavelength, and scanning strategy influence the removal or modification of coatings, anodised layers, and MLI, and how these changes affect morphology, microstructure, contact resistance, arc initiation, energy transfer, and the mechanical integrity of the joint. The research will employ optical and electron microscopy, profilometry, metallographic cross-sections, defect analysis, and mechanical testing. The expected outcome is the formulation of relationships between laser preparation parameters, the resulting surface state, and CCDS response in vacuum, together with recommendations for reliable stud welding in future in-orbit servicing, assembly, and repair operations.
Téma č. 10
Názov: Skúmanie dynamiky zvarového kúpeľa a metalurgických mechanizmov kondenzátorového privárania svorníkov na hliníkových zliatinách pre kozmické aplikácie v podmienkach vákua
Title: Investigation of Weld Pool Dynamics and Metallurgical Mechanisms in Capacitor DischargeStud Welding of Aluminum Alloys for Space Applications under Vacuum Conditions
Školiteľ: Ing. Marek Gebura, PhD.
Zaradenie témy dizertačnej práce:
Študijný program: Strojárske technológie a materiály
Študijný odbor: 36. strojárstvo
Forma štúdia: denná
Téma nie je vhodná pre riešenie viacerými uchádzačmi.
Anotácia
Dizertačná práca sa zameriava na fyzikálne a metalurgické objasnenie kondenzátorového privárania svorníkov (CCDS) vo vákuu približne 10⁻³ Pa na vybraných hliníkových zliatinách určených pre kozmické systémy. Skúmané budú zliatiny 2195, 2219, 6062, 7050 a 7075 vo forme tenkých plechov, a to v surovom stave aj s povrchovými úpravami, ako sú nátery, anodické vrstvy a viacvrstvová tepelná izolácia MLI. Výskum bude analyzovať spájanie identických materiálov aj kombinácie s oceľovými svorníkmi triedy A2. Hlavným cieľom je určiť, ako vákuové prostredie ovplyvňuje stabilitu oblúka, dynamiku zvarového kúpeľa, hĺbku pretavenia, tvorbu intermetalických zlúčenín, pórovitosť a výslednú integritu spoja. Doktorand využije experimentálne zváranie vo vákuovej komore, záznam procesných priebehov a pokročilé charakterizačné metódy, najmä SEM/EDS, EBSD, TEM, XRD a mechanické skúšky. Súčasťou práce bude aj fyzikálne a numerické modelovanie oblúka a taveniny s použitím open-source vedeckých nástrojov. Výsledkom bude mechanistické vysvetlenie CCDS vo vákuu a návrh odporúčaní pre spoľahlivé využitie tejto technológie pri orbitálnej výrobe, servise a zostavovaní konštrukcií.
Annotation
The dissertation focuses on the physical and metallurgical interpretation of capacitor discharge stud welding (CCDS) performed under vacuum conditions of about 10⁻³ Pa on selected aluminum alloys intended for space systems. The study will investigate alloys 2195, 2219, 6062, 7050 and 7075 in thin-sheet form, both in the raw state and with surface conditions such as coatings, anodized layers and multilayer insulation (MLI). Both similar-material joining and configurations using A2 stainless steel studs will be assessed. The main objective is to determine how vacuum affects arc stability, weld pool dynamics, penetration depth, intermetallic compound formation, porosity and the resulting joint integrity. The doctoral candidate will employ experimental welding in a vacuum chamber, acquisition of process signals and advanced characterization techniques including SEM/EDS, EBSD, TEM, XRD and mechanical testing. The work will also include physical and numerical modelling of the arc and molten pool using open-source scientific tools. The expected outcome is a mechanistic explanation of CCDS behavior in vacuum and a set of recommendations for reliable use of this technology in orbital manufacturing, servicing and structural assembly.