Medžiagų tyrimų ir bandymų laboratorija (16)

Laboratorijoje atliekami tyrimai, skirti plienų ir specialių lydinių, taikomų energetinių įrenginių konstrukciniuose elementuose, senėjimo procesų dėsningumams pažinti, šių procesų valdymo bei ilgaamžiškumo klausimams spręsti. Taikant mechaninius bandymus, rentgeno spinduliuotės difrakcinę (XRD), sudėties elementinę analizes, optinę ir skenuojančią elektroninę mikroskopiją, tiriami eksploatuotų plienų bei spalvotų metalų lydinių savybių ir struktūros pokyčiai. Taikant eksperimentinius ir skaitinius metodus, prognozuojamas eksploatacinis patikimumas, atsižvelgiant į eksploatacijos metu veikiančius veiksnius bei medžiagų senėjimo procesus. Vykdant darbus, daug dėmesio skiriama fundamentiniams fizikinių ir cheminių reiškinių įtakos metalų struktūrai ir savybėms tyrimams. Šioje tyrimų kryptyje laboratorijos darbuotojai dalyvavo ilgalaikėse mokslinių tyrimų ir eksperimentinės plėtros programose: „Branduoliniuose ir termobranduoliniuose įrenginiuose vykstančių saugai svarbių procesų moksliniai tyrimai“ (9 uždavinys) ir „Atominių elektrinių eksploatavimo nutraukimo ir radioaktyviųjų atliekų bei atidirbusio kuro tvarkymo procesų tyrimas ir radiacinio poveikio analizė“ (5 uždavinys). 2017-2021 m. vykdoma programa „Ateities energetikos technologijų kūrimas, jų saugos ir patikimumo tyrimai” (4 uždavinys) ir tęsiami tyrimai sprendžiant energetinės paskirties įrenginiuose naudojamų konstrukcinių medžiagų senėjimo procesus.

2016 m. baigtas Lietuvos mokslo tarybos finansuojamas projektas „Naujos kartos plieno ilgaamžiškumo įvertinimo modelis“. Šio darbo metu nustatyti aukštose temperatūrose martensitiniame feritiniame pliene vykstantys struktūrinių pokyčių dėsningumai ir ištirta jų įtaka plieno mechaninėms charakteristikoms bei irimo parametrams.

Taikant rentgeno spinduliuotės difrakcinės analizės (XRD), skenuojančios elektroninės mikroskopijos (SEM) ir energinės dispersijos rentgeno spektrometrijos (EDX) metodus ištirti plieno struktūros faziniai virsmai, vykstantys 600-700 °C temperatūrose, dėl cheminių elementų difuzijos plieno senėjimo metu, įvertinta karbidų evoliucija, elementinė sudėtis ir jų kristalinių gardelių parametrų kitimas. Atlikta pradinio ir sendinto aukštoje temperatūroje plieno M23C6 karbido gardelės struktūrinių parametrų analizė XRD ir Rietveld metodais rodo, kad minėti būdai yra perspektyvūs, norint įvertinti plieno struktūros degradacijos laipsnį, todėl gali būti rekomenduojami vietoj imlių darbui TEM ar kitų struktūros tyrimo metodų.

Naudojant Johnson–Mehl–Avrami kinetinę lygtį, sudarytas karbido kristalografinių parametrų kitimo aukštose temperatūrose kinetinis modelis, pagal kurį išvestas temperatūros-laiko analogijos priklausomumas plieno savybių pokyčiams prognozuoti. Nustatyta, kad prognozuojami duomenys gerai koreliuoja su termiškai sendintų bandinių tempimo, irimo tąsumo ir valkšnumo eksperimentiniais duomenimis. Gauti tyrimų rezultatai parodė, kad sukurtas metodas pakankamai gerai aprašo tirto plieno mechaninių savybių pokyčius vykstant terminiam senėjimui, ir gali būti aktualus įvertinant energetinių įrenginių senėjimo sukeltus pokyčius bei panaudotas prognozuojant jų darbo resursą.

 

Laboratorija toliau tęsė 1998 m. pradėtus tyrimus, susijusius su vandenilio ir hidridų degradaciniu poveikiu cirkonio lydiniams. 2016 m. baigtas Tarptautinės atominės energetikos agentūros (TATENA) koordinuojamas tyrimų projektas „Cirkonio lydinių vandenilio sukeliamos degradacijos sąlygų įvertinimas branduolinio kuro eksploatacijos ir ilgalaikio saugojimo metu“. Šio darbo metu sukurtos eksperimentines procedūros, siekiant įvertinti hidridinio pleišėjimo sąlygas cirkonio lydinio kuro apvalkaluose bei nustatyti įtempių koncentracijos koeficientų reikšmes ir temperatūros ribas, kuriose gali įvykti kuro apvalkalų suirimas. Taikant kontroliuojamą įvandenilinimą, iš cirkonio lydinio kuro apvalkalo pagaminti specialios konstrukcijos bandiniai, kuriuose keičiant įtempių lygį buvo tiriamas hidridinio pleišėjimo procesas užduotomis temperatūros sąlygomis. Darbas aktualus sprendžiant atominių elektrinių saugaus darbo užtikrinimo problemas bei įvertinant kuro apvalkalo atsparumą hidridinam pleišėjimui panaudoto branduolinio kuro ilgalaikio saugojimo metu.

2020 m. laboratorijos darbuotojai, kartu su 17 laboratorijos kolektyvu, tęsė EK finansuojamos programos „Horizontas 2020“ projektą „AE saugos didinimas užpildant duomenų spragas aplinkos įtakojamo nuovargio įvertinime“ (INCEFA-PLUS, INcreasing Safety in NPPs by Covering gaps in Environmental Fatigue Assessment). Projekto INCEFA-PLUS tikslas – gauti naujus eksperimentinius duomenis ir pateikti rekomendacijas įvertinant nuovarginį irimą atominių reaktorių eksploatacijos sąlygomis. Tiriama deformacijų ir įtempių režimo, jų išlaikymo trukmės bei paviršiaus šiurkštumo įtaka austenitinių plienų nuovargio patvarumui. Informacija apie galimus nuovarginio irimo mechanizmus gaunama atlikus bandinių mikrostruktūros bei fraktografinius tyrimus taikant optinę ir elektroninę mikroskopiją, XRD bei EDX analizes. Atsparumo nuovargiui tyrimai vykdomi naudojant servohidraulinę universalią dinaminių bandymų mašiną Instron (Modelis 8801, 100kN) taikant Wave Matrix bandymų programinę įrangą eksperimentinių programų sudarymui. Gauti tyrimų duomenys ekspertų aprobuoti ir įtraukti į MatDB duomenų bazę (JRC, Institute for Energy and Transport) suteikiant DOI indeksus. Tyrimais siekiama užpildyti esamas duomenų spragas: sudaryti nuovargio įvertinimo procedūras, kurios kiek įmanoma labiau atitiktų realias AE eksploatacijos sąlygas. Projekto metu kuriama modifikuota procedūra aplinkos įtakojamo nuovargio sukeltam irimui įvertinti, kuri sudarytų sąlygas geresnei branduolinių įrenginių komponentų priežiūrai, užtikrinant ilgalaikę saugią AE eksploataciją.

2016 m. baigtas biudžeto subsidijomis finansuojamas mokslinis darbas „Nanometrinio dydžio modifikuotų priedų įtakos kompozicinių medžiagų struktūrai tyrimai“. Darbas skirtas gamtinių ir sintetinių sluoksninių nanosilikatų struktūrai tirti ir modifikavimo metodikai optimizuoti, taip pat modifikuotų silikatų ir kompleksinių nanometrinio dydžio priedų įtakos cementinių kompozicinių medžiagų morfologijai nustatyti. Įvertintas cementinės kompozicijos su nanopriedu – organiškai modifikuotu sluoksniniu nanosilikatu – struktūros pokyčių priklausomumas nuo keleto veiksnių: nanosilikato paruošimo technologijos, jo bei naudojamo organinio modifikatoriaus koncentracijų. Taip pat ištirtas cementinių kompozicijų morfologijos pokyčių bei mechaninių ir sorbcinių savybių priklausomumas nuo papildomai įvedamo nanopriedo – nanometrinio dydžio silicio oksido dalelių koncentracijos. Gauti rezultatai parodė, kad kompleksinis nanometrinio dydžio priedų – modifikuoto silikato ir silicio oksido – panaudojimas cementinėje kompozicijoje leidžia sukurti mechaniškai stiprią ir ypač atsparią vandens įgėriui cementinę matricą, kuri gali būti naudojama kaip rišiklis, kuriant konstrukcines medžiagas, eksploatuojamas padidintos drėgmės sąlygomis.
Dalį portlandcemenčio pakeitus alternatyviomis ir aplinką tausojančiomis medžiagomis gauta kompozicinė medžiaga, kurios konstrukcinės savybės išlieka nepakitusios arba dar geresnės.

 

2020 m. laboratorijos mokslininkai kartu su kitų laboratorijų darbuotojais pradėjo vykdyti 2014–2020 metų Europos Sąjungos fondų investicijų veiksmų programos 1 prioriteto „Mokslinių tyrimų, eksperimentinės plėtros ir inovacijų skatinimas“ 01.2.2-CPVA-K-703 Priemonės „Kompetencijos centrų ir inovacijų ir technologijų perdavimo centrų veiklos skatinimas“ projektą „Kompetencijos centro MTEP veiklų vykdymas, sukuriant ir išbandant inovatyvų dujinių biodegalų gamybos prototipą“.
Projektas spręs tokias problemas kaip CO2 mažinimas (gautos biometano dujos naudojamos tvariu aplinkai būdu), atliekų perdirbimas ir valdymas (technologija leidžia diversifikuoti naudojamų žaliavų/atliekų rūšis), efektyvų energijos ir kuro gamybos iš biomasės/atliekų (tri-generacija: elektra, šiluma ir vertingas antrinis produktas – biometanas).
Laboratorijos mokslininkai sintetins naujo tipo katalizatorius, pasižyminčius porėtu didelio savitojo paviršiaus ploto heterostruktūros pagrindu, kurie bus naudojami CO2/CO metanacijai ir padidins biometano susidarymo proceso efektyvumą bei ekonomiškumą. Sukurti katalizatoriai bus charakterizuojami ištiriant jų paviršiaus morfologijos ir struktūros savybes naudojant SEM/EDX, XRD, N₂ fizikinės sorbcijos-desorbcijos, terminės analizės ir kt. metodus.

Europos Komisija (EK) kelia tikslą iki 2025 m. mažinti su plastikų pramone susijusią taršą ir didinti plastiko atliekų perdirbimą ir antrinį panaudojimą ES šalyse narėse. Problema aktuali ir Lietuvoje, nes kol kas perdirbėjams trūksta tinkamai išrūšiuotų atliekų, o gamintojams –geros kokybės perdirbtos žaliavos. Plastikų atliekų rūšiavimo kokybė susijusi su tinkamu jų identifikavimu. 2016 m. laboratorijos darbuotojai, pritaikydami integruoto mokslo, studijų ir verslo centro „Santaka“ įrangą, patikslino plastikų nustatymo metodiką, kurią panaudojo polimerinėms atliekoms identifikuoti. Išrūšiuotos plastikų atliekos naudojamos kaip antrinė žaliava daugybei gaminių. Tai ne tik apsaugo gamtą, sutaupomi pirminiai gamtos ištekliai, bet ir leidžia taupyti.

Laboratorijoje vykdomi taikomieji medžiagų tyrimų darbai pagal sutartis su įmonėmis ir organizacijomis:

• • UAB „Kauno arena“ – ištirti plieninių cinkuotų vamzdžių, naudotų karšto vandens vandentiekio sistemoje, pavyzdžiai. Atlikta korozijos priežasčių analizė, nustatyti ją sukeliantys faktoriai ir pateiktos rekomendacijos.
  • AB „ Energijos skirstymo operatorius” – atliktas dujų tiekimo sistemoje naudojamų polietileninio elektrinio lydymo balno ir vamzdžių jungties sulydymo tyrimas.
  • AB „Lietuvos energijos gamyba“ – nustatytos aukštos įtampos elektros laidų nutrūkimo priežastys.
  • AB „ORLEN Lietuva“ – atliktas Akcinės bendrovės ORLEN Lietuva vamzdynų elementų tyrimas ir ilgaamžiškumo vertinimas.

Tyrimams naudota LEI nacionalinio atviros prieigos ateities technologijų mokslo centro įranga.