Högentropilegeringar för högteknologiska tillämpningar
- Diarienummer
- SM16-0036
- Start- och slutdatum
- 170101-181231
- Beviljat belopp
- 1 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- AB Sandvik Coromant
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Hårdmetaller är en välprövad och mycket framgångsrik pulvermetallurgi-produkt. Dessa kompositer är aggregat av WC partiklar bundna av Co metall. Eftersom Co nyligen har blivit klassificerad som cancerframkallande, föreligger det nu en stark strävan mot att hitta en annan bindefas för hårdmetaller. Högentropilegeringar (HEA) är en ny klass av material som ger löfte om stora möjligheter till att kunna användas för hårdmetaller. Dagens kunskap om HEA deformerings-mekanismer och fas-stabilitet är dock långt ifrån fullgod. Atomära angreppsmetoder, utvecklade i min grupp under det senaste årtiondet, öppnar nya spännande möjligheter för en effektiv screening av en stor grupp av HEA och för en exakt optimering av deras egenskaper. Utifrån denna plattform vill jag nu gå vidare genom att presentera och implementera våra teoretiska utvecklingar för forskare och ingenjörer inom forsknings- och utvecklings-enheten vid AB Sandvik Coromant. Forskningsvistelsen kommer att fokuseras mot högaktuella frågeställningar relaterade till HEA baserad bindefas. Aktiviteterna omfattar demonstration, verifikation och tillämpning. Demonstrationen kommer att göras med hjälp av seminarier och handledning. De teoretiska förutsägelserna kommer att jämföras med experiment på verkliga material. Projektet förväntas resultera i en förbättrad kunskap om de faktorer som kontrollerar och bestämmer de mekaniska egenskaperna hos HEA. Förutom ett långvarigt forskningssamarbete planeras gemensamma PhD program.
Populärvetenskaplig beskrivning
Atomer i fasta kroppar hålls samman av elektroner. Elektronerna kan sägas bilda ett slags "kitt" som binder ihop atomkärnorna till varandra. För att teoretiskt beskriva detta krävs att man kan beräkna hur elektronerna rör sig i materialet. Utgående från den så kallade Schrödingerekvationen kan man räkna ut detta och på så sätt få en uppfattning om hur elektronerna breder ut sig i systemet. För ett material som består av 10^23 atomer är detta ett mycket omfattande problem. Teknologiska material är dock ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom våra metodutvecklingar öppnar sig nya spännande möjligheter att på ett realistiskt sätt behandla teknologiska material på en grundläggande nivå, det vill säga baserat på kvantmekaniska principer. Egenskaperna hos så kallade intermetalliska legeringar är högintressanta för teknologiska tillämpningar. Som exempel kan nämnas högentropilegeringar, höghållfasta superlegeringar, och speciella stålsorter. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom kemi, fysik, miljöteknologi och energi. Cementerade karbider är kommersiellt en av de äldsta och mest framgångsrika pulvermetallurgiprodukter. Dessa sammansättningr är väsentligen aggregat av partiklar av WC, bundna med klistrande Co metall. Eftersom Co-damm nyligen har omklassificerats som cancerframkallande finns det nu en kapplöpning om att finna alternativ bindefas för hårdmetall. Högentropilegeringar (HEA) är en spänningsfylld ny grupp av ingenjörsmaterial som talar för stora möjligheter inom tillämpningar av hårdmetaller. Huvudsyftet med detta projekt är att tillsammans med forskare inom AB Sandvik Coromant utveckla nya högentropilegeringar i hårdmetall, som underlättar konstruktionen av nya Co-fria och miljövänliga hårdmetaller baserade på HEA bindefas. Detta baserat på teoretiska studier av relevanta materialparametrar. Verksamheten omfattar demonstration, verifiering och applikationssteg, och kommer utöver nya material även att resultera i nya gemensamma doktorandprogram och arbetstillfällen.