Naslov Priprava nanokompozita iz ugljikovih nanocijevi i Al-legure visokotlačnim lijevanjem : doktorska disertacija
Naslov (engleski) Preparation of nanocomposites from carbon nanotubes and Al-alloy by high pressure die casting : doctoral thesis
Autor Vedrana Špada
Mentor Dario Iljkić (mentor)
Mentor Ivan Brnardić (komentor)
Član povjerenstva Sunčana Smokvina Hanza (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Emi Govorčin-Bajsić (član povjerenstva)
Član povjerenstva Tamara Holjevac Grgurić (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Rijeci Tehnički fakultet Rijeka
Datum i država obrane 2019-12-13, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana TEHNIČKE ZNANOSTI Strojarstvo
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 620 - Ispitivanje materijala. Elektrane. Ekonomika energije
Sažetak Radi sve strožih ekoloških zahtjeva s kojima se suočava automobilska industrija
potrebno je suvremena istraživanja usmjeriti prema, osim inovacijama u izradi motora,
poboljšavanju goriva te sagorijevanju, razvoju novih konstrukcijskih materijala manje mase s
ciljanim mehaničkim svojstvima za primjenu u automobilu. Za svrhu izrade „lakših“ autodijelova
sve se više koriste kompozitni i nanokompozitni materijali. Ukoliko se pripravom kompozita i
nanokompozita dobiju materijali boljih mehaničkih svojstava, automobilski dio može se
proizvesti tanji, što u konačnici dovodi do smanjenja mase automobila te potrošnje goriva, kao
i emisije ugljikovog (IV) oksida (CO2) u atmosferu. U literaturi su zastupljena istraživanja priprave
nanokompozitnih materijala s polimernom matricom za primjenu u automobilskoj industriji,
dok za nanokompozite s metalnom matricom ima relativno malen broj istraživanja, a za
postupak visokotlačnog lijevanja (engl. High Pressure Die Casting, HPDC) gotovo uopće nema
podataka.
U ovom radu pripravljeni su nanokompozitni materijali na bazi aluminijeve legure
AlSi9Cu3(Fe) i višestijenih ugljikovih nanocijevi (engl. Multi-Walled Carbon Nanotubes,
MWCNT) kao ojačala postupkom visokotlačnog lijevanja. 0,05, 0,1 i 0,2 mas.% ojačala dodavano
je u taljevinu na dvije različite pozicije unutar jedinice za visokotlačno lijevanje, u komoru prije
klipa i na početak alata te se u jednom eksperimentu matrica mijenjala dodavanjem legirajućeg
elementa magnezija uz dodavanje ojačala miješanjem u taljevini. Ispitan je kemijski sastav
matrice optičkim emisijskim spektrometrom, istražena je distribucija i toplinska stabilnost
ojačala u matrici kao i njihov utjecaj na mikrostrukturu svjetlosnom mikroskopijom i
elektronskom mikroskopijom s energetskom disperzijom, provedena su mehanička ispitivanja
na univerzalnoj statičkoj kidalici i određena je tvrdoća prema Vickersu. U svim
nanokompozitima materijalima nije došlo do toplinske degradacije ojačala, a najbolja
homogenost je postignuta kod uzoraka s 0,05% ojačala uz magnezij. Novi materijali dobiveni
dodavanjem ojačala u komoru su pokazali bolja mehanička svojstva (povećanje vlačne čvrstoće
za 16,5 % i istezljivosti za 49,7 %) u odnosu na čistu leguru.
Sažetak (engleski) Due to the increasingly stringent environmental requirements facing the automotive
industry, modern research needs to be directed toward, apart from innovations in engine
design, fuel improvement and combustion, the development of new low-mass structural
elements with targeted mechanical properties for in-car applications. Composite and
nanocomposite materials are increasingly being used for the purpose of making „lighter“ auto
parts. If materials of better mechanical properties are obtained by the preparation of
composites and nanocomposites, the car part can be produced thinner or lighter, which
ultimately leads to a reduction in car mass and fuel consumption, as well as the emission of
carbon (IV) oxide (CO2) into the atmosphere. Research on the preparation of nanocomposites
with a polymer matrix for use in the automotive industry have been reported in the literature,
while relatively few studies are available for metal-matrix nanocomposites and almost no data
is available for the High Pressure Die Casting (HPDC) process of nanocomposite preparation.
In this doctoral thesis, nanocomposite materials based on AlSi9Cu3 (Fe) Aluminium alloy
and Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNTs) were prepared by High Pressure Die Casting.
The 0.05, 0.1 and 0.2 mas.% of nanofillers were added to the melt at two different positions
within the high-pressure casting unit, in the pre-piston chamber and at the beginning of the
tool, and in one experiment the matrix was changed by adding a Magnesium alloying element
with adding nanofillers by mixing them in the melt. The chemical composition of the matrix was
investigated with an optical emission spectrometer, the distribution and thermal stability of the
nanofillers in the matrix after HPDC were investigated, as well as their influence on the
microstructure by light microscopy and electron microscopy with energy dispersion,
mechanical tests were carried out on a universal testing machine and Vickers hardness was
determined. In all nanocomposite materials thermal degradation of the nanofillers did not
occurre, and the best homogeneity was achieved in the samples with 0.05% MWCNT and
Magnesium. The new materials obtained by adding nanofillers to the chamber showed better
mechanical properties (increase in tensile strength of 16.5% and ductility of 49.7%) over pure
alloy.
Ključne riječi
nanokompozit s metalnom matricom
Aluminijeva legura
ugljikove nanocijevi (CNT)
višestijene ugljikove nanocijevi (MWCNT)
visokotlačni lijev (HPDC)
Ključne riječi (engleski)
metal matrix nanocomposite
aluminium alloy
carbon nanotubes (CNT)
Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNT)
High Pressure Die Casting (HPDC)
Jezik hrvatski
URN:NBN urn:nbn:hr:190:382023
Datum promocije 2020
Studijski program Naziv: Poslijediplomski doktorski studij iz područja Tehničkih znanosti, polja Strojarstva, Brodogradnje i Temeljnih tehničkih znanosti i Interdisciplinarnih tehničkih znanosti Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski doktorski Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (dr. sc.)
Vrsta resursa Tekst
Opseg IX, 170 str. ; 30 cm
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2020-10-21 15:14:13