Odborníci z Fyzikálního ústavu AV ČR a CEITECu MU nově zhodnotili vliv nečistot na křehkost kovů

Nízká koheze materiálu může vést k nenadálému zhroucení kovové konstrukce, jak se stalo například v elektrárně Hinkley Point A v r. 1969, kdy došlo roztržení rotoru turbíny. „Tuto takzvanou mezikrystalovou křehkost způsobují příměsi a stopové prvky, které nejdou při výrobě dané součástky nikdy zcela odstranit a které se postupem času hromadí v místech mezi jednotlivými krystaly látky nazývanými hranice zrn. Kvůli tomu může dojít k výraznému snížení soudržnosti materiálu a ten se při namáhání může bleskově rozlomit,“ uvedl jeden z autorů publikace, prof. Mojmír Šob z výzkumné skupiny Syntéza a analýza nanostruktur CEITECu MU.

Takové havárie se dají jen velmi těžko předpovědět, a odborníci se proto snaží nejen podrobně objasnit příčiny mezikrystalové křehkosti, ale také vytvořit metody, které pomohou s odhadem vlivu příměsí na soudržnost různých materiálů.  
„Nejvíc škodí kovovým materiálům síra a fosfor, ale mechanické vlastnosti výrazně narušuje třeba i olovo či bismut. Tyto nečistoty se hromadí - segregují - na hranicích zrn proto, že je to energeticky výhodnější. Tím se však v daném místě mění vazebné vlastnosti a v naprosté většině případů se tak ještě víc oslabí soudržnost materiálu,“ přiblížil profesor Šob. 

Skupina prof. Šoba se tímto problémem ve spolupráci s kolegy z Akademie věd dlouhodobě systematicky zabývá. Společně získali řadu originálních poznatků, například o magnetismu hranic zrn nebo o závislosti segregace nečistot na orientaci těchto hranic. „V Brně se zabýváme teoretickým výzkumem, kdy simulujeme strukturu materiálu v počítači a modelujeme jeho různé vlastnosti. Kolegové z Fyzikálního ústavu pak provádějí zejména experimentální výzkum,“ uvedl profesor Šob.

Ve výše zmíněném článku tedy shrnuli a kriticky zhodnotili hodnoty segregačních energií širokého spektra příměsí v železe, niklu a hliníku na hranicích zrn i površích těchto materiálů. Tyto hodnoty byly získány nejen na základě vlastních výpočtů a experimentů, ale také s využitím údajů dostupných v literatuře. „U nich jsme hodnotili, za jakých podmínek a jakými postupy byly určeny a nakolik jsou důvěryhodné,“ doplnil profesor Šob s tím, že výsledky tohoto základního výzkumu mohou využít například odborníci, kteří se zabývají novými možnostmi zpracování kovů. Metodika uvedená v práci se dá aplikovat také na další materiály.

Závěrem stojí zato uvést, že zmíněný úspěch je ještě cennější tím, že český autorský tým se obešel bez spoluautorství předního zahraničního odborníka z prestižní západní vědecké instituce, který by do takového časopisu „otevřel dveře“. Publikovaný článek pochází výlučně od domácích autorů. Pro prof. Šoba je to během posledních sedmi let již třetí článek uveřejněný v tomto prestižním časopise.

Bibliografické údaje článku jsou
P. Lejček, M. Šob, V. Paidar: Interfacial segregation and grain boundary embrittlement: An overview and critical assessment of experimental data and calculated results. Progress in Materials Science 87 (2017) 83–139