Projekt:

Dopasowywanie właściwości mechanicznych kompozytów o osnowie metalicznej poprzez kontrolowanie rozkładu cząstek wzmacniających.

Kierownik projektu:

dr hab.inż. Dariusz Jarząbek

Źródło finansowania:

Narodowe Centrum Nauki

Typ projektu:

Opus

Czas trwania projektu:

48 miesięcy

Instytucja realizująca:

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk
ul. Adolfa Pawińskiego 5b, 02-106 Warszawa, Polska

Profil kandydata:

- tytuł zawodowy magistra w zakresie inżynierii materiałowej bądź mechanicznej, zgodnie z Regulaminem Przyznawania Stypendiów Naukowych NCN https://www.ncn.gov.pl/sites/default/files/pliki/uchwaly-rady/2022/uchwala124_2022-zal1.pdf

- doświadczenie w zakresie technik wytwarzania materiałów kompozytowych oraz ich charakteryzacji mikrostrukturalnej, m.in. w ramach SEM i/lub TEM.

- doświadczenie w zakresie technik pomiarowych właściwości mechanicznych

- pożądana znajomość podstaw mechaniki materiałów, programowania komputerowego (np. C++) oraz metod numerycznych.- Silna motywacja do uzyskania stopnia doktora.

- zdolności i chęci prezentowania wyników swoich badań na konferencjach krajowych i międzynarodowych

- Dobra znajomość języka angielskiego

- rzetelność, kreatywność, umiejętność pracy w interdyscyplinarnej grupie badawczej

Zakres obowiązków:

Aktywny udział w pracach badawczych prowadzonych zarówno w zakresie modelowania numerycznego (opracowanie modeli, symulacje testów wytrzymałościowych w różnych skalach, analiza wyników, walidacja modeli), jak i badań eksperymentalnych (wytworzenie próbek, ich charakteryzacja oraz pomiary wytrzymałościowe w różnych skalach), publikacji wyników oraz ich prezentacji na konferencjach naukowych. Praca będzie wykonywana pod kierunkiem kierownika projektu. Studia doktoranckie mogą być realizowane w dyscyplinie inżynieria mechaniczna lub inżynieria materiałowa.

Opis projektu:

Głównym celem tego projektu jest opracowanie nowatorskich, kompozytów wzmocnionych cząstkami - z osnową metalową, o heterogenicznym, precyzyjnie kontrolowanym rozkładzie cząstek oraz zbadanie ich właściwości mechanicznych i tribologicznych. Głównymi metodami projektu są innowacyjna technika wytwarzania przyrostowego kompozytów, połączona z wieloskalową charakteryzacją eksperymentalną i numeryczną. Głównym założeniem tego projektu jest to, że modyfikując rozkładem nanocząstek, możliwa będzie poprawa właściwości mechanicznych i tribologicznych materiałów w znacznie większym stopniu niż przy użyciu kompozytów o równomiernie rozmieszczonych cząstkach lub stałym gradiencie rozkładu cząstek.

Dlatego też w projekcie badane i porównywane będą technologie wytwarzania przyrostowego, umożliwiającej wytwarzanie kompozytów o właściwościach doskonale dostosowanych do ich potencjalnych zastosowań.

Szczegółowe cele tego projektu to:

- Kontrola stężenia nanocząstek w określonym miejscu metalowej osnowy i zapobieganie aglomeracji nanocząstek poprzez opracowanie nowatorskiej technologii wytwarzania detali z metalowej osnowy wzmocnionej nanocząstkami w oparciu o druk 3D.

- Ocena mikrostruktury, właściwości mechanicznych i tribologicznych kompozytów drukowanych nową techniką.

- Opracowanie i ocena eksperymentalna wieloskalowych modeli numerycznych właściwości mechanicznych kompozytów o osnowie metalowej/wzmocnionych cząsteczkami z niejednorodnie rozmieszczonymi cząstkami w celu zbadania wpływu wzorców rozkładu cząstek w osnowie na zachowanie kompozytu w skali mikro/nano, w połączeniu z analizą eksperymentalną.

Należy zaznaczyć, że obecnie nie ma technologii pozwalającej wytworzyć innowacyjne, złożone materiały, które będą produkowane i badane w ramach tego projektu. Choć drukowanie z materiałów kompozytowych jest technologią znaną i stosowaną, to w przypadku stosowania nanocząstek pojawia się problem ich aglomeracji, co uniemożliwia ich równomierne rozmieszczenie oraz pogarsza właściwości mechaniczne wydruków. Dodatkowo przy obecnym podejściu konieczne jest dokładne wymieszanie obu proszków przed rozpoczęciem procesu drukowania (w przypadku techniki L-PBF), co prowadzi do zaburzeń ich kulistego kształtu, zanieczyszczenia proszku metalicznego i dużej zapotrzebowanie na stosunkowo drogi nanoproszek ceramiczny.

Rozwiązaniem tych problemów, które proponujemy w tym projekcie, jest zaprojektowanie dodatkowego modułu do mieszania i dozowania zawiesiny nanoproszku ceramicznego. Moduł ultradźwiękowo wymiesza zawiesinę nanoproszków i precyzyjnie i selektywnie poda ją w odpowiednie miejsca tuż przed skanowaniem wiązką lasera i spiekaniem proszków. Materiały drukowane tą techniką będą miały znaczące zalety: wyższą twardość, większą wytrzymałość i odporność na zużycie. Co więcej, innowacyjne podejście do druku pozwoli na dynamiczną kontrolę stężenia cząstek w kompozycie.

Warunki
zatrudnienia:

1)      Forma zatrudnienia: stypendium

2)      Wysokość stypendium 5000 PLN miesiąc

3)      Długość projektu stypendialnego: 48 miesięcy

Wymagane
dokumenty:

1) CV z wykazem publikacji, projektów, nagród, szkoleń itp.

2) List motywacyjny,

3) Kopia dyplomu inżyniera,

4) Podpisane sświadczenie „Wyrażam zgodę na przetwarzanie danych osobowych zawartych w mojej ofercie pracy na potrzeby niezbędne do przeprowadzenia procesu rekrutacji prowadzonego przez IPPT PAN z siedzibą w Warszawie, ul. A. Pawińskiego 5B, zgodnie z art. 13 ust. 1 i 2 rozporządzenia (UE) 2016/679 Parlamentu i Rady z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w zakresie przetwarzania danych osobowych i swobodnego przepływu tych danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46 / WE (RODO)”

Osoby do kontaktu
ws. projektu:

dr hab. inż. Dariusz Jarząbek
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Przyjmowanie
zgłoszeń do:

15.03.2024

Przewidywana data rozsztrzygnięcia
konkursu:

28.03.2024

Project:

Tailoring mechanical properties of metal matrix composites by controlling reinforcing particles distribution.

Project manager:

Dariusz Jarząbek, PhD

Source of founding:

National Science Centre, Poland

Project type:

Opus

Duration:

48 months

Executing institution:

Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences
Adolfa Pawińskiego 5b Street, 02-106 Warsaw, Poland

Candidate profile:

-          Master’s degree in mechanical engineering or related fields  in accordance with the Regulations for Awarding Scientific Scholarships of NCN  https://www.ncn.gov.pl/sites/default/files/pliki/uchwaly-rady/2022/uchwala124_2022-zal1_ang.pdf

-          experience in composite materials production techniques and their microstructural characterization, including: within SEM and/or TEM.

-          experience in mechanical properties measurement techniques

-          desirable knowledge of the basics of materials mechanics, computer programming (e.g. C++) and numerical methods.

-          capability and interest to present his/her investigation results in national and international conferences

-          good command of English

-          reliability, creativity, ability to work in an interdisciplinary group

Duties:

Active participation in research work carried out both in the field of numerical modeling (development of models, simulations of strength tests on various scales, analysis of results, validation of models) and experimental research (production of samples, their characterization and strength measurements on various scales), publication of results and their presentations at scientific conferences. The work will be performed under the supervision of the principal investigator. Doctoral studies may be pursued in the disciplines of mechanical engineering or materials engineering.

Project description:

The general goal of this project is to develop novel, superior particle reinforced - metal matrix composites with heterogeneous, precisely controlled particles distribution and to investigate their mechanical and tribological properties. The main methods of this project are an innovative technique of additive manufacturing of the composites, combined with multiscale experimental and numerical characterization. The main assumption of this project is that by playing with nanoparticles distribution it will be possible to improve the mechanical and tribological properties of materials to a much greater extent than using composites with uniformly distributed particles or a constant particles distribution gradient.

Therefore, the aim of this project is to conduct a systematic study of prospects of developing an additive manufacturing based technology for producing composites with properties perfectly adjusted to their potential applications.

The main objectives of this project are:

-              Controlling of concentration of nanoparticles at the specific place in the metal matrix and protection the nanoparticles from agglomeration by development of  a novel 3D printing-based technology of manufacturing parts made of metal matrix composites reinforced with nanoparticles.

-              Evaluation of microstructure, mechanical and tribological properties of the composites printed with the novel technique.

-              Development and experimental evaluation of multiscale numerical models of mechanical properties of metal matrix/particle reinforced composites with heterogeneously distributed particles in order to study the effect of the patterns of particles distribution in the matrix on the composite behaviour at lower scales combining with experimental analysis.

It should be noted that there is currently no technology to produce the innovative, complex materials that are to be produced and explored in this project. Although printing from composite materials is a known and used technology, when nanoparticles are used, there is a problem with their agglomeration, which prevents their even distribution and reduces the mechanical properties of prints. In addition, with the current approach, it is necessary to thoroughly mix the two powders before starting the printing process (in the case of L-PBF technique), which leads to disturbances in their spherical shape, contamination of the metal powder and a high demand for relatively expensive ceramic nanopowder.

The solution to these problems, which we propose in this project, is to design an additional module for mixing and dosing the suspension of ceramic nanopowder. The module will ultrasonically mix the nanopowder suspension and feed it precisely and selectively to the right places just before scanning with a laser beam and sintering the powders. Materials printed with this technique will have significant advantages: higher hardness, higher strength and wear resistance. Furthermore, the innovative printing approach will allow to dynamically control the concentration of the particles in the composite.

Conditions of employment:

1)      Form of employment: scholarship

2)      Scholarship from the project up to PLN 5,000 / month

3)      Duration of the project’s scholarship: 48 months

Documents:

1)      CV with list of publications, projects, awards, trainings, etc.

2)      Motivation letter,

3)      Copy of Engineer’s degree diploma,

4)      Statement (“I agree for processing of personal data contained in my job offer for the purposes of the recruitment process conducted by IPPT PAN with its registered office in Warsaw, u. A. Pawińskiego 5B, in accordance with art. 13 sec. 1 and 2 of Regulation (EU) 2016/679 of the Parliament and of the Council of 27 April 2016 on the protection of individuals with regard to the processin of personal data and on the free movement of such data, and repealing Directive 95/46 / EC (RODO)”)

5)      in the application, please provide the announcement number BSP-DSP.111.3.2024

Contact person:

Dariusz Jarząbek, PhD
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Accepting applications:

15.03.2024

Estimated date of conclusion of the competition:

28.03.2024