Bachelor's Thesis

Fatigue properties of 7075 aluminum alloy prepared by Cold Spray technology

Final Thesis 5.83 MB

Author of thesis: Bc. Jan Němec

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jakub Judas, Ph.D.

Reviewer: Ing. Marek Doubrava, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the fatigue characteristics and material properties of an aluminium alloy based on EN AW-7075 prepared by cold kinetic deposition technology (Cold Spray). The thesis is divided into a theoretical and a practical part. The theoretical part explains the behavior of aluminium alloys, the principles of the Cold Spray technology, and introduces the issue of fatigue failure of materials. In the practical part, samples in the as-built state (immediately after deposition) were subjected to high-cycle fatigue tests, from the results of which a Wöhler curve was constructed. The curve exhibited a continuously decreasing character, which is typical for aluminium materials. Subsequently, the fatigue samples were metallographically prepared for detailed analysis. The measurements revealed an extremely low porosity of the coating, reaching a value of only 0.126 %. Light and electron microscopy (SEM/EDS) confirmed severe plastic deformation of the powder particles (so-called splats) without the presence of atypical elements, but with a local occurrence of light phases. The coating hardness measured by the Vickers method reached a value of 132,60 ± 1,52 HV1, which demonstrates the effect of strain hardening that occurs during kinetic deposition.

Keywords:

Aluminium alloy 7075, Cold spray, Powder, Coating, Material Fatigue, Metallography

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svoji diplomovou práci, byly přečteny posudky vedoucího práce a oponenta práce. Otázky oponenta: 1. otázka - zodpovězeno 2. otázka - zodpovězeno 3. otázka - zodpovězeno Otázky komise: Jsou nástřiky v rovině kolmé na směr stavění izotropní? - zodpovězeno Ze které oblasti nástřiku (a při jaké orientaci) byly prováděny analýzy? - po upřesnění zodpovězeno Jakým způsobem byla měřena porozita? - zodpovězena Bylo by možné k měření porozity použít nějakou nedestruktivní technologii, jakou? - zodpovězeno Bylo porovnáno únavové chování nástřiku se stejným materiálem, konvenčně vyrobeným? - zodpovězeno Jak by se mohlo projevit tepelné zpracování nástřiku na jeho vlastnostech? K jakým mechanicmům by docházelo? - zodpovězeno Jaké byly použity parametry a limity při měření porozity? - zodpovězeno Může se únavová křivka u hliníkových slitin chovat jinak, než je uvedeno v práci? - zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

doc. Ing. Stanislava Fintová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Zelený, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Juliš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Martin Trunec, Dr. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Judas, Ph.D.

Bakalářská práce Jana Němce se zabývá stanovením únavových vlastností hliníkové slitiny 7075 připravené technologií Cold Spray. Práce je logicky členěna na rešeršní a experimentální část v celkovém rozsahu 57 stran a obsahuje 26 citovaných literárních zdrojů.

V teoretické části práce se student nejprve věnuje hliníku a jeho slitinám se zřetelem na vysokopevnostní slitiny typu Al-Zn-Mg-Cu. Poté následuje kapitola, kde jsou přehledně shrnuty základní principy a možnosti technologie Cold Spray. Závěrem jsou rozebírána jednotlivá stádia únavy kovových slitin, křivky životnosti a základní morfologické aspekty únavového lomu. Rešeršní část má obecně velmi pěknou grafickou úpravu, je zpracována moderně a s využitím řady literárních zdrojů. Nemalé množství vlastnoručně upravených schémat a obrázků dále přispívá k celkové kvalitě práce.

V praktické části jsou poté prezentovány výsledky únavových zkoušek na plochých vzorcích extrahovaných z deponovaného Cold Spray nástřiku, a to včetně statistického zpracování získané křivky únavové životnosti. Následuje fraktografická analýza pomocí SEM, kde se student úspěšně vypořádal s relativně obtížnou identifikací jednotlivých stádií únavy na lomové ploše Cold Spray vzorků. Dále je věnována pozornost mikrostrukturní analýze nástřiku, vyhodnocení míry porozity a stanovení tvrdosti zkoumaného materiálu. Výsledky jsou následně kriticky diskutovány a konfrontovány s literárními poznatky, jejichž množství je v dané oblasti zatím relativně omezené.

Předložená práce je zpracována přehledně, autor během jejího řešení prokazoval odpovídající iniciativu a jasně prokázal porozumění studované problematiky. Z uvedených důvodů doporučuji práci pana Němce k obhajobě a navrhuji její hodnocení stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Marek Doubrava, Ph.D.

Předložená bakalářská práce Jana Němce se zabývá studiem únavových vlastností hliníkové slitiny 7075 deponované pomocí technologie Cold Spray, a to ve stavu po depozici.

V rámci teoretické části práce se student věnoval slitinám hliníku, jejich výrobě, vlastnostem a rozdělení. Dále položil pevné teoretické základy technologie Cold Spray a více než dostatečně vysvětlil mechanismy vytváření povlaku, výhody a nevýhody metody a také ji pevně zasadil do kontextu potenciálního využití v praxi.

Jádrem práce byla únava materiálu, kterou z teoretického hlediska adekvátně popsal, vydefinoval a připravil si prostor pro praktickou část, kde teoretické poznatky srozumitelně a přehledně aplikoval. Veškeré stanovené cíle byly splněny, a práce tak splňuje standardně kladené požadavky.

Práce z hlediska textu obsahuje množství chyb, které lze spočítat na prstech jedné ruky. Ty však nemají žádný vliv na čtivost, která je v rámci celé práce skvělá. Grafické zpracování je také na vysoké úrovni. Celkově práci hodnotím velice kladně, uděluji hodnocení dle ECTS za A a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Na straně 19 uvádíte, že teplota pracovního plynu se pohybuje u technologie Cold Spray v rozmezí 100 až 800 °C, zatímco na straně 22 uvádíte rozmezí 25 až 1000 °C. Jaké jsou maximální aktuální teploty a tlaky u komerčně dostupných zařízení této technologie?
  2. Je možné či vhodné prášek po Cold Spray depozici znovu deponovat? Případně jakým způsobem lze recyklovat?
  3. V závěru tvrdíte, že technologie Cold Spray je vhodná pro depozici povlaků bez rizika vzniku tepelně ovlivněné oblasti substrátu. Jaká byla přibližná teplota substrátu v případě vaší depozice? Dokážete domyslet příklady, kdy by k ovlivnění mohlo dojít, případně jaká je hranice ovlivnění pro substráty na bázi hliníku?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová