Övergångsmetallernas Nitrider och Karbonitrider
- Diarienummer
- ID14-0076
- Start- och slutdatum
- 150801-211231
- Beviljat belopp
- 2 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Huvudmål: - Att utveckla förståelse för och ge praktisk insikt om den grundläggande fysikaliska och kemiska grunderna bakom olika empiriskt funna regler om metallnitrider och karbonitrider. - Att förstå hur egenskaperna hos nitrider och karbonitrider ändras vig höga temperatures med fokus på fasstabilitet och stökiometri, speciellt när en eller flera övergångsmetaller kombineras. - För att skapa en designverktyg för övergångsmetallkarbonitrider som ska användas för materialdesign inom industrin och akademin. Sammanfattad arbetsplan: - Att använda en systematisk arbetsmetod paserad på termodynamik, ab initio och experiment för att beskriva metallnitrider och -karbonitrider. Vi börjar med Cr-nitrider och -karbonitrider. - Att modellera stabila och metastabila Cr-innehållande nitrider och karbonitrider. - Att jämföra beräknade egenskaper med befintliga experimentella resultat och göra nya riktade experiment där information saknas. Delmål 1. Litteraturstudie om CrN och Cr-karbonitrider med fokus på Cr-N-C-systemet, inklusive upplärning på modellering. År 1 2. Termodynamisk / ab initio och experimentell verifiering av Cr-N-C-system. År 1-2 3. Utöka Cr-N-C-systemet med Ti,Al,Si modellera samt jämföra och utvärdera experimentellt. År 3 4. Utöka Cr-N-C-systemet med Ti-,Ta,Nb,W modellera samt jämföra och utvärdera experimentellt. År 4 5. Skapa och Publicera ett designverktyg genom att kombindera Cr-Ti-Al-Si-C och Cr-Ti-Ta-Nb-W-C-N År 5 6. Doktorsexamen År 5
Populärvetenskaplig beskrivning
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.