Transition Metal Nitrides and Carbonitrides
- Reference number
- ID14-0076
- Start and end dates
- 150801-211231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Main objectives -The long term objective with the present application is to create fundamental understanding and a design tool for transition metal carbonitrides to be used for materials design both in industry and academia. - To develop understanding and practical insight regarding the fundamental physics and chemistry behind the different empirically found rules concerning solid transition metal nitrides and carbonitride structures when combining two or more of the transition metals. - To understand the impact on material properties of transition metal multicomponent carbonitrides Condensed work plan: - To use the combined approach of thermodynamics, material synthesis, materials characterization and atomistic calculations to model transition metal nitrides and carbonitrides systems starting with the Cr-rich nitrides and carbonitrides. - To model stable and metastable Cr-containing nitrides and carbonitrides - To compare calculated properties with existing experimental results and new experimental work. Expected Results 1.Litterature study on the Cr-N-C system, including training in modelling. Y1 2.Thermodynamic/ab initio/experimental verification of the Cr-N-C system. Y1-2. 3.Including Ti-Al-Si, experimental verification Y3. 4.Including Ti-Ta-Nb-W and experimental verification. Y4. 5.Creating a design tool combining 3 and 4 to a compatible thermodynamic database made available to Swedish industry and academia. Y5. 6.PhD thesis ready. Y5
Popular science description
För att skräddarsy material med exakt de egenskaper som önskas måste vi veta hur materialet är uppbyggt i sina finaste beståndsdelar eftersom den avgör vilka egenskaper materialet får. Mikrostrukturen bestäms av vilka ämnen som blandas och på framställningsprocessen. Idag använder vi olika modelleringsverktyg för att förutsäga hur ämnena blandar sig och vilken den förväntade mikrostrukturen blir. Utgående från beräkningarna kommer vi att i sammansättningsområden där mikrostrukturen är okänd eller där tveksamheter finns, framställa och analysera material. Analyserna kommer att göras med avancerade mikroskopi-, och röntgenmetoder. I det här projektet kommer vi att använda oss av termodynamisk modellering tillsammans med elektronstrukturberäkningar för att undersöka hur krom påverkar övergångs-metallernas karbonitrider. Projektets deltagare kommer tillsammans med doktoranden använda moderna industriella produktionsmetoder i laboratorieskala för att framställa provmaterial. Skärande bearbetning görs idag med skiktbelagd hårdmetall. Karbonitrider används både i hårdmetallen och i de slitstarka ytskikten. De spelar stor roll för materialets egenskaper som till exempel hårdhet och slitstyrka. En ökad förståelse om hur mängden inlösta atomer fördelar sig skulle ge möjlighet till design av nya produkter inom industrin och ökad kunskap inom akademin. Syftet med projektet är att öka kunskapen om karbonitrider och därmed generera ett adekvat simuleringsverktyg för egenskaperna hos dessa teknologiskt viktiga material. En vision med projektet är att teoretiska verktyg ska bli ett komplement till experiment inom industrin och akademin. Fördelarna med att använda teoretiska metoder som ett led i en produktprocess kan vara minskad tidsåtgång såväl som en ökad förståelse för hur ett materials strukturella, fysikaliska och kemiska karakteristika kan relateras till dess prestation. För svensk hårdmetallindustri skulle detta vara en stor konkurrensfördel. För att nå ovanstående mål ämnar vi inrikta forskningen enligt: 1) Studier av teknologiskt intressanta karbonitrider; 2) Forskning om fasstabiliteter, stabila-metastabila-instabila faser. 3) Experimentell och teoretisk undersökning av hur stabiliteterna påverkas vid flera ingående grundämnen. 4) Kontinuerligt jämföra beräknade egenskaper med experimentella resultat. Förhoppningsvis kommer projektet göra det möjligt att designa nya material med spännande tillämpningar i existerande och nya industriella produkter.