Nepřihlášený uživatel
Nacházíte se: VŠCHT Praha - Technopark Kralupy  → Výpočetní materiálová mikrotomografie
iduzel: 62522
idvazba: 74377
šablona: stranka
čas: 30.11.2022 13:48:50
verze: 5243
uzivatel:
remoteAPIs:
branch: trunk
Server: 147.33.89.150
Obnovit | RAW
iduzel: 62522
idvazba: 74377
---Nová url--- (newurl_...)
domena: 'www.technopark-kralupy.cz'
jazyk: 'cs'
url: '/tomografie'
iduzel: 62522
path: 8549/7608/7609/7612/62522
CMS: Odkaz na newurlCMS
branch: trunk
Obnovit | RAW

Analýza materiálů pomocí výpočetní mikrotomografie

Souhrn všech aktivit skupiny Kovové konstrukční materiály je zde.

Princip výpočetní tomografie

Výpočetní tomografie je nedestruktivní zobrazovací metoda, kterou je vytvořen 3D model snímaného objektu zobrazující jeho vnější i vnitřní strukturu. Snímaným objektem prochází rentgenové záření k detektoru, přičemž je částečně absorbováno. Na základě množství absorbovaného záření je získávána informace o skenovaném objektu. Těchto projekcí je provedeno velké množství a vzorkem je po provedení jednotlivých snímků postupně otáčeno, dokud nedojde k dotočení o 360 °. Matematickým složením získaných dat jsou následně vytvořeny jednotlivé řezy materiálem a 3D model složený z uskupení bodů, tzv. voxelů.

Absorbance rentgenového záření závisí na hustotě materiálu. Méně hutné materiály s nižším protonovým číslem absorbují pouze menší část rentgenového záření a na snímcích jsou zobrazeny tmavě. Hutné materiály s vysokým protonovým číslem absorbují rentgenové záření více a na snímcích jsou naopak zobrazeny světle. Aby záření skrze materiály s vyšší absorbancí proniklo k detektoru, je potřeba při jeho generování aplikovat vyšší elektrické napětí, čímž je rozšířeno spektrum rentgenového záření a dosaženo vyšší penetrační schopnosti.

Přístrojové vybavení

Mikrotomograf Diondo d2, který je v Technoparku Kralupy k dispozici, je schopen snímat při rozlišení až 2 μm. Disponuje transmisní trubicí schopnou pracovat při napětí až 225 kV, plochým detektorem o velikosti 417×417 mm a otočným stolkem s nosností do 20 kg. Pro zpracování dat je využíván program VGStudio 3.4.

 ◳ Tomograph1 (jpg) → (originál)

 ◳ Tomograph2 (jpg) → (originál)
Výpočetní tomograf Diondo d2 při měření Interiér výpočetního tomografu Diondo d2

  

Možnosti využití výpočetní mikrotomografie

Výpočetní mikrotomografie má široké spektrum využití v analýze vnitřní struktury materiálu. Nedestruktivní charakter a relativně krátká doba měření ve spojení s univerzálností pro různé druhy materiálů dělá tuto metodu zajímavou pro různé aplikace v materiálovém výzkumu.

Velikost vzorku, který může být pozorován, závisí na druhu materiálu. Vzorky z lehkých materiálů (například polymery) mohou mít tloušťku při plném průřezu až 20 cm, zatímco například ocelové vzorky lze vzhledem k jejich vyšší absorbanci zkoumat pouze při tloušťce nižší než 2 cm plného průřezu. Přibližné hodnoty maximálních tlouštěk materiálu jsou shrnuty v tabulce níže.

Materiál

Maximální tloušťka stěny [mm]

Polymer

220

Hliník

120

Lehká keramika

140

Ocel

20

Analýza vnitřních vad materiálu

Pomocí mikrotomografie lze s vysokou přesností zobrazit vnitřní vady materiálu a popsat jejich velikost a morfologii. Těmito vadami mohou být například trhliny, staženiny, póry, dutiny apod. Softwarové nástroje pro zpracování dat umožňují vytvoření celé řady vizualizací, které usnadňují interpretaci získaných výsledků. Níže je uvedeno několik příkladů.

Na první sadě snímků je horolezecká kotva, u které vlivem korozního praskání došlo ke vzniku trhliny. Jak je z obrázků patrné, prochází celým objemem vzorku a má rozvětvenou morfologii. Přestože u kotvy nedošlo v tomto případě k lomu, materiál již nebude vykazovat požadované mechanické vlastnosti.

 ◳ Tomograph3 (jpg) → (originál)

 ◳ Tomograph4 (jpg) → (originál)

  

Druhá sada snímků zobrazuje odlitek slitiny s vysokou entropií CoCrFeNiMn. Tyto slitiny vykazují některé zajímavé mechanické vlastnosti, ale v případě jejich zpracování odléváním obsahují značné množství staženin, které jsou na snímcích zvýrazněny červenou barvou. Pomocí výpočetní tomografie lze staženiny dobře rozpoznat a popsat.

 ◳ Tomograph5 (jpg) → (originál)

 ◳ Tomograph6 (jpg) → (originál)

  

Výpočetní mikrotomografii lze využít i ke kontrole kvality průmyslových produktů. Lisovaný výrobek na následujícím snímku obsahuje velké množství prasklin a nebyl tedy zpracován vhodným způsobem.

 ◳ Tomograph7 (jpg) → (originál)

 ◳ Tomograph8 (jpg) → (originál)

  

Multimateriálové analýzy

Jak bylo zmíněno výše, absorbance rentgenového záření závisí na protonovém čísle, respektive hustotě materiálu. Toho lze využít při zkoumání vzorků složených z více druhů materiálu. Analýzou stupňů šedi, tedy intenzity záření zeslabeného průchodem skrze skenovaný objekt, můžeme jednotlivé materiály na snímcích odlišit, jako je tomu na obrázku níže, kde je zobrazen polymerní filtr složený z materiálů různé hustoty.

 ◳ Tomograph9 (jpg) → (originál)

 ◳ Tomograph10 (jpg) → (originál)

  

Stanovení porozity materiálu

Vzhledem ke schopnosti rozeznat různé druhy materiálů lze také odlišit póry ve vnitřní struktuře vzorku. To je užitečné pro stanovení celkové porozity, zejména v případě uzavřených pórů.

Porovnání tvaru a velikosti součástek

Výpočetní mikrotomografie poskytuje snímky s poměrně vysokým rozlišením (µm až desítky µm). Toho lze využít pro srovnání tvarových a velikostních změn různých součástí v důsledku jejich opotřebení, tvorby usazenin nebo korozních produktů. Na vizualizaci jsou zobrazeny ventily sání motoru po výrobě a po používání, kdy jsou v některých místech rozměry ventilu větší v důsledku tvorby usazenin. Podobně je možné porovnat hotové výrobky s CNC modelem nebo modelem pro 3D tisk.

 ◳ Tomograph11 (jpg) → (originál)

  

O nás

Technopark Kralupy, který je součástí Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, poskytuje kvalifikované služby v oblasti zkušebnictví, vývoje a transferu technologií průmyslovým partnerům v oblasti stavební chemie a příbuzných oborech.

Kontakt

Skupina Kovové konstrukční materiály
Technopark Kralupy VŠCHT Praha
Náměstí G. Karse 7
278 01 Kralupy nad Vltavou

kovy@technopark-kralupy.cz

Telefon: +420 220 446 104, +420 723 242 413

 

© 2022 Technopark Kralupy

Aktualizováno: 1.11.2022 08:54, Autor: Tomáš Prošek

VTP
Technopark Kralupy
Náměstí G. Karse 7/2
Kralupy nad Vltavou
278 01

info@technopark-kralupy.cz
© 2017 Technopark Kralupy
eu
^