SME
Štvrtok, 6. august, 2020 | Meniny má JozefinaKrížovkyKrížovky

Deň s vedcami: Ako pracujú práškoví metalurgovia

Z kúska kovu určia dlhodobú výdrž.

(Zdroj: SME - Jozef Jakubčo)

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award, oceneniu Nadácie ESET, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku.

BRATISLAVA. Pri vstupe do chodby vás ovanie vôňa dreva a kovu. Niet sa čomu čudovať, pravú stranu lemujú ťažké prístroje a preglejkové debny. Na konci vľavo vidno hydrostatický lis.

"Toto je štandardný prvý krok v príprave materiálu. S voľným práškom nemôžeme pracovať, pretože je výbušný, ťažko sa s ním manipuluje, zohrievať ho je nebezpečné,“ vysvetľuje Martin Balog z Ústavu materiálov a mechaniky strojov SAV.

Skryť Vypnúť reklamu
Súvisiaci článok Slovenskí vedci vyvinuli najľahší supravodivý kábel na svete Čítajte 

Spolu s ďalšími kolegami sa práve chystajú premeniť hliníkový prášok na pevný valec. Nejde o špinavú robotu a preto majú na sebe bežné oblečenie - džínsy a tričká.

Na premenu využívajú "pančuchu".

"Nie, neberieme ich manželkám," s úsmevom dopĺňa Balog. Na rozdiel od pančúch z polyamidu a elastanu, táto je z polyuretánu. Len tak by ste si ju neobliekli.

Pripomína zelenú rúru, ktorá sa vám zmestí do rúk. Výskumník Matej Štepánek sa ju chystá vložiť do lisu, ktorý vyvinie tlak až štyristo megapascalov. Pri ňom by sa ohýbala aj bežná konštrukčná oceľ.

Pôvodne jemný prášok sa v pančuche spojí a vznikne pevný valec zhutneného prášku. Valce nazývajú práškové čapy.

Výskumná skupina okolo Martina Baloga robí základný výskum. Vyvíjajú nové kovové a kompozitné materiály pomocou práškovej metalurgie, ktoré musia spĺňať špecifické požiadavky. Zároveň spolupracuje aj s mnohými firmami, najmä zo zahraničia.

Skryť Vypnúť reklamu

Okrem iných vecí pre jadrový priemysel vyvinuli a vyvíjajú materiály na transport a uskladňovanie vyhoretého jadrového paliva. Vyvinuli aj materiál na piesty do motorov Formuly 1. Podieľali sa aj na vytvorení najľahšieho supravodivého kábla či nového typu zubných implantátov.

Najväčšia papierová rolka

Lis pozostáva z veľkej valcovitej striebornej kade, ku ktorej vedie kovové schodisko.

Keď do nej vložili pančuchu, spustili sekvenciu. Ozval sa monotónny zvuk podobný výťahu a masívna kovová modrá stena sa veľmi, veľmi pomaly začala približovať ku kadi, aby ju uzatvorila. Spustila sa blikačka ako na žeriave.

Súvisiaci článok Americký fyzik: Slovenskí vedci sú mimoriadne dobrí. V zahraničí majú dobré meno Čítajte 

Pomaly sa kaďa zavrela a čerpadlo ju naplnilo vodou. Lis sa prepol na vysokotlakové čerpadlo a začala sa premena.

Na bočnej strane lisu, pri schodisku, visí na reťazi obrovská rolka papierovej utierky, ktorá veľkosťou pripomína bubon v práčke.

Skryť Vypnúť reklamu

"Keď sa stane nehoda a treba utrieť vodu, tá rolka je aj malá," hovorí Štepánek. "Už sa stalo, že v lise ostal obrovský tlak. Nedá sa manuálne ovládať, jedinou možnosťou bolo povoliť potrubie a nechať všetku vodu uniknúť von," vysvetľuje.

Materiál z lisu je zhutnený, stlačený mechanickou silou k sebe. Má charakter ingotu (hutný polotovar, ktorý je určený na ďalšie spracovanie, pozn. red.) a a môžu s ním pracovať, zohrievať, obrábať ho, a to všetko bez rizika, že by vybuchol.

Musia sa zbaviť vody

O niekoľko minút sa lis otvorí a pančuchu vyťahujú. Je celá pokrčená. Otvoria ju v dielni vo vedľajšej budove. Štepánek z nej postupne vyťahuje valce vytvorené z hliníkového prášku a udrie na ne rukoväťou skrutkovača. Držia.

Skryť Vypnúť reklamu

"S voľným práškom by sme nemohli pracovať. Rozvírili by sme ho tu, navyše je extrémne samovznietiteľný a mohol by nastať výbuch," vysvetľuje Balog.

Vo forme vylisovaného čapu s ním možno narábať aj takýmto spôsobom. Pred začiatkom experimentov ich musia ešte najprv odplyniť.

Stlačený práškový hliník môže mať plynové dutiny, trhliny a pľuzgiere, ktoré vytvára fyzikálne a chemicky naviazaná atmosférická vlhkosť. Odplyňovanie znamená jej zníženie.

Využívajú na to rúrové piecky, ktoré dokážu vyvinúť teplo do 1200 stupňov Celzia. Odplynenie čapov v nich trvá niekedy aj dvadsaťštyri hodín.

Niektoré prístroje si výrabajú

Keď už je materiál pripravený, je treba ho aj otestovať, zistiť, čo všetko vydrží. Na to v ústave slúži špeciálny prístroj, ktorý si vybudovali sami.

Skryť Vypnúť reklamu

"Aj toto je súčasť našej práce, vyrábať si prístroje. Všetko, čo sa nedá bežne kúpiť, si vyrobíme," hovorí Balog.

Prístroj je veľmi citlivý, nachádza sa v laboratóriu mimo všetkých ťažkých strojov.

Keď do miestnosti vstúpite a začnete sa obzerať okolo, uvidíte rozmanité vybavenie - staršie aj modernejšie skrine, papierové aj kovové nástroje. V rohu sa ukrýva aj starý čierny magnetofón, ktorého sa niektorí zamestnanci stále nechcú zbaviť. Je tu trochu prítmie, keďže zdrojom prirodzeného svetla sú okná, ktoré nie sú otočené k slnku. A do toho počujete šum ako z hlasnej klimatizácie.

Všetko, čo sa nedá bežne kúpiť, si vyrobíme. Niekedy aj prístroje, ktoré sa dajú kúpiť, si z určitých dôvodov aj sami vyrobíme.

Martin Balog

Testovanie vzoriek materiálu metódou small punch testing má na starosti doktorand Milad Roostaei z Iránu. Metóda zahŕňa vystavovanie materiálu mechanickému tlaku pod vysokou teplotou, pričom Milad sleduje na monitore krivku, ktorá ukazuje, ako materiál reaguje. Jeho dizertačná práca zahŕňa vývoj špeciálnych hliníkových nanomateriálov s extrémnou stabilitou pre vysokoteplotné aplikácie.

Skryť Vypnúť reklamu

Jeden test už niekoľko dní prebieha v peci, nie je možné nazrieť dnu, pretože by vzorka aj výsledky by boli narušené.

"Výhodou tohto testovania je, že stačí veľmi malá vzorka. Často možno vzorku odobrať zo zariadenia v plnej prevádzke. Cieľom je získať opis toho, čo sa deje vo vnútri materiálu, čo umožní predpovedať celkové vlastnosti a ako bude pracovať," vysvetľuje Roostaei. Vzorka má priemer osem a hrúbku pol milimetra.

Milad sa do SAV dostal vďaka tomu, že chýbali študenti. A tak výskumníci oslovili známych v zahraničí, vďaka čomu našli vzdelaných, schopných a motivovaných ľudí. Bežný deň vyzerá tak, že časť strávi experimentovaním, časť prezentáciami, časť štúdiom. Začína ráno okolo ôsmej, z práce odchádza po piatej. Po skončení sa vracia domov, aby si pripravil jedlo do práce.

Skryť Vypnúť reklamu

"Slovenské jedlo mi až tak veľmi nesedí," dodáva s úsmevom.

Vyrábajú aj implantáty do zubov

Malid nie je jediný zahraničný doktorand v ústave. Druhým je Ahmed Ibrahim z Egypta, ktorý je súčasťou skupiny už dva roky.

Má na starosti prípravu nových špeciálnych materiálov na báze titanu pre zubné implantáty, ktoré sa vkladajú do čeľuste a do ktorých sa potom nasunie stĺpik a korunka.

Strohá biela a veľmi čistá miestnosť, v ktorej sedí, svojím spôsobom pripomína zubnú ambulanciu. Akurát v nej nie je stolička, do ktorej by ste sa uložili pred vyšetrením. Práve sa chystá preskúmať štruktúru titán-horčíkového materiálu, ktorý vznikol tu v ústave.

Súvisiaci článok Keď Aurel Stodola videl utrpenie vojakov, chcel sa pomstiť vojne Čítajte 

Na to použije riadkovací elektrónový mikroskop, ktorý zobrazuje predmet pomocou tenkého lúča elektrónov prechádzajúceho po vzorke. Obraz vzniká cez interakciu urýchlených elektrónov so skúmaným materiálom.

Skryť Vypnúť reklamu

Naťahuje si rukavice, vzorka je veľmi citlivá. "Nemôžete sa jej dotknúť, mohli by ste ju kontaminovať, poškodiť," vysvetľuje. Vzorku musí najprv vložiť do puzdra, a to zas vložiť do otvoru v kovovom držiaku a upevniť. Potom ju vloží do mikroskopu a pár minút musí počkať, kým dosiahne požadované vákuum.

Na jednom z dvoch monitorov ukáže záber povrchovej štruktúry. Ibrahim na ňom sleduje veľkosť zŕn v štruktúre titánu a horčíku, ktoré ovplyvňujú vlastnosti. Hľadá čo najlepšiu mikroštruktúru, ktorá by zaistila ideálne mechanické vlastnosti.

"Dostávame sa do finálneho štádia, keď sa materiál testuje z pohľadu cytotoxicity a genotoxicity. V podstate v tejto fáze testujeme, ako materiál bude reagovať na organické tkanivo," ozrejmuje Balog.

Skryť Vypnúť reklamu

Ak je reakcia na implantát negatívna, musia odznovu upravovať mikroštruktúru.

Popri testovaní sa Ahmed teraz pripravuje na konferenciu v Spojených štátoch, na ktorú chystá prezentáciu. Hneď ako skončil s testovaním, utekal si vybavovať víza do Ameriky cez ambasádu. Získať víza je ťažké, už s tým bojuje niekoľko dní.

Mravenčia robota

Každý v skupine Martina Baloga má na starosti určitú analýzu, metodiku pripravovania alebo testovania materiálu.

Ulohou starších skúsenejších vedcov je najmä riadenie tímu, voľba vhodných vedeckých smerov, zháňanie financií, písanie grantov, prezentácia výsledkov, školenie študentov, komunikácia s priemyslom.

"Vedecká robota je mravenčia ale zaujímavá robota. Avšak v našich podmienkach sme nútení zháňať prostriedky aj z externých zdrojov, často je to cez spoluprácu s priemyslom. Len takýmto spôsobom sme schopní byť dlhodobo finančne atraktívny pre šikovných vedeckých pracovníkov, " spomína Balog.

Skryť Vypnúť reklamu

"Práca na priemyselnej spolupráci je iná ako tá čisto vedecká, v mnohých ohľadoch náročnejšia. Je to však motivujúce vymyslieť atraktívny materiál a potom ho neskôr vyvinúť do aplikácie vo forme súčiastky pre priemyselného partnera. Je to ako vychovať vlastné dieťa," ozrejmuje.

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award, oceneniu Nadácie ESET, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku.

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Téma: Slovenskí a svetoví vedci

Prečítajte si aj ďalšie články k téme
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

Pražský súd zobral Majského do predbežnej väzby

Podnikateľ podal proti rozhodnutiu sťažnosť.

Majského privádzajú na súd.
Virologické testy na tzv. prasaciu chrípku  A(H1N1).
Ján Hrubala.
75 ROKOV OD BOMBARDOVANIA HIROŠIMY A NAGASAKI

Zničili celé mesto. Muži z Enola Gay nemali výčitky

Ušetrili sme veľa ľudských životov, tvrdili chlapi z lietadla, ktoré zhodilo bombu.

Posádka amerického bombardéru B-29 Superfortress, ktorý zhodil 6. augusta 1945 atómovú bombu na Hirošimu, v strede pilot Paul Tibbets.

Neprehliadnite tiež

T-Mobile oslavuje rozšírenie 5G siete do stoviek malých miest naprieč USA
Archeológ Slovenskej akadémie vied (SAV) Marián Samuel počas prezentácie a prehliadky nového archeologického nálezu drevozemného valu z 11. storočia.

Samsung ukázal nový Galaxy Note20

Je opäť väčší, výkonnejší, pracovitejší a samozrejme aj drahší.

Za masový úhyn slonov v Botswane môže zrejme prirodzený jed

Zvieratá začali hynúť v polovici mája.

V Botswane našli viac ako 350 mŕtvych slonov.