SIGMA-NOT - PORTAL INFORMACJI TECHNICZNEJ - Największa baza artykułów technicznych online

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

Dwumiesięcznik ISSN 0208-6247, e-ISSN 2449-9889 - rok powstania: 1980
Czasopismo Federacji Stowarzyszeń Naukowo-Technicznych NOT (FSNT NOT)

Wpływ różnych obróbek cieplnych i cieplno-powierzchniowych na odporność korozyjną stali martenzytycznej w środowisku fizjologicznym

Monika Gwoździk Zygmunt Nitkiewicz Henryk Bala Adam Tokarz

Stale martenzytyczne z gatunku X39Cr13 znalazły szerokie zastosowanie jako materiał na narzędzia chirurgiczne, głównie z przeznaczeniem do tkanki kostnej. Do tego typu zastosowań oprócz dużej odporności na korozję, wymagana jest duża twardość i odporność na zużycie ścierne [1÷4]. Własności te w stalach uzyskuje się dzięki wytworzeniu struktury martenzytu. Dla uzyskania martenzytu w zabiegu hartowania niezbędna jest struktura austenityczna w wysokiej temperaturze. Jak wynika z pracy [5] własności mechaniczne stali 0,45% C-13% Cr silnie zależą od temperatury austenityzacji [6], która powinna zapewnić rozpuszczenie w austenicie węglików występujących w stali w stanie wyjściowym. Według Garcia de Andres i in. [5] obecność węglików pierwotnych, nierozpuszczonych, wpływa niekorzystnie na własności użytkowe stali. Równie ważne jak optymalne parametry austenityzacji do hartowania są parametry odpuszczania, które w stali martenzytycznej muszą zapewnić wymagane własności antykorozyjne oraz własności mechaniczne. Temperatura odpuszczania wywiera istotny wpływ na własności korozyjne stali. Niska temperatura odpuszczania (do 480°C) zapewnia dobrą odporność na korozję ogólną [7]. W mikrostrukturze występuje odpuszczony martenzyt i wydzielenia węglików (Fe, Cr)3C. Odpuszczanie w zakresie od 480 do 620°C powoduje przemianę węglika (Fe, Cr)3C w węglik (Cr, Fe)7C3. Węglik (Cr, Fe)7C3 zawiera stosunkowo dużo chromu, w efekcie w ten pierwiastek stopowy ubożeje martenzyt odpuszczony i spada odporność stali na korozję. W temperaturze odpuszczania wyższej od 620°C powstają węgliki typu (Fe, Cr)23C6 [7, 8], zawierające mniejszą ilość chromu niż węgliki (Cr, Fe)7C3 i w efekcie wyższa zawartość chromu, jaka pozostaje w martenzycie odpuszczonym, prowadzi do poprawy odporności na korozję. materiał i metodyka badań Do badań laboratoryjnych wytypowano stal martenzytyczną z gatunku X39Cr13. Badania zostały wykonane na stali: - w stanie dostawy (po wyżarza [...]

ZAKUP JEDNORAZOWY I DOSTĘP DO WIRTUALNEJ CZYTELNI
PRENUMERATA PAPIEROWA

Czytaj za darmo! »

Prenumerata

Szanowny Kliencie!
Zamów roczną prenumeratę w wersji PLUS a uzyskasz dostęp do archiwalnych publikacji tego czasopisma.
Nie zwlekaj - skorzystaj z tysięcy publikacji o najwyższym poziomie merytorycznym.

prenumerata papierowa roczna PLUS (z dostępem do archiwum e-publikacji) - tylko 510.00 zł
prenumerata papierowa roczna PLUS z 10% rabatem (umowa ciągła) - tylko 459.00 zł *)
prenumerata papierowa roczna - 405.00 zł
prenumerata papierowa półroczna - 202.50 zł

okres prenumeraty:

*) Warunkiem uzyskania rabatu jest zawarcie umowy Prenumeraty Ciągłej (wzór formularza umowy do pobrania).
Po jego wydrukowaniu, wypełnieniu i podpisaniu prosimy o przesłanie umowy (w dwóch egzemplarzach) do Zakładu Kolportażu Wydawnictwa SIGMA-NOT.

Zaprenumeruj także inne czasopisma Wydawnictwa "Sigma-NOT" - przejdź na stronę fomularza zbiorczego »

INNE PUBLIKACJE W TYM ZESZYCIE

ALFABETYCZNY SPIS AUTORÓW

A ATRASZKIEWICZ RADOMIR..................................s. 1002, 1053, 1056, 1157 B BABUL TOMASZ................................................................................s. 841, 846 BALA HENRYK..........................................................................................s. 984 BANASZEK KATARZYNA........................................................................s. 913 BARANOWSKA JOLANTA.....................................................s. 852, 884, 1022 BARTKOWSKA ANETA...........................................................................s. 1162 BATORY DAMIAN.............................................................................s. 856, 949 BATORY MIRELLA....................................................................................s. 860 BAZEL MICHAŁ.......................................................................................s. 1038 BĄK WOJCIECH.........................................................................................s. 864 BEDNARSKI PIOTR...................................................................................s. 921 BETIUK MAREK................................................................................s. 869, 874 BIEDUNKIEWICZ ANNA..........................................................................s. 879 BIELAWSKI JAROSŁAW.........................................................s. 852, 884, 1022 BLICHARSKI MAREK.............................................................................s. 1183 BŁASZCZYK TADEUSZ............................................................................s. 913 BOGDAŃSKI BOGDAN...........................................................................s. 1077 BOJAR ZBIGNIEW.........................................................................s. 1213, 1220 BOROWSKI TOMASZ......................................................................s. 889, 1255 BOSZKOWICZ PIOTR................................................. więcej »

Aluminiowanie dyfuzyjne tytanu

Andrzej Młynarczak Adam Piasecki

Tytan i stopy tytanu znajdują szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Ze względu na właściwości fizyczne są stosowane w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, a ze względu na właściwości fizykochemiczne i stąd wyjątkową biotolerancję w kontakcie z ludzkim organizmem są materiałem na różnego rodzaju wyroby dla medycyny. Zastosowanie tych stopów ogranicza jednak dość niska twardość, odporność na utlenianie i na zużycie przez tarcie oraz szkodliwe zjawisko metalozy, czyli przechodzenia składników stopu do żywego organizmu [1÷3]. Panuje zgodna opinia, że dalsze udoskonalanie tytanu i stopów tytanu, w tym szczególnie w zastosowaniach medycznych, jest możliwe głównie przez kształtowanie właściwości warstwy wierzchniej wyrobów na drodze metod i technik inżynierii powierzchni. Umożliwiają one wytworzenie warstw powierzchniowych o wysokiej twardości, biotolerancji, żaroodporności i odporności na zużycie przez tarcie [3, 4]. W kształtowaniu właściwości materiałów tytanowych ważną rolę odgrywają takie procesy obróbki powierzchniowej, jak polerowanie elektrolityczne, trawienie, azotowanie nawęglanie, utlenianie, węgloazotowanie i tlenoazotowanie. Metody wytwarzania warstw to: natryskiwanie cieplne [2], metoda zol-żel [5], metody PVD i CVD [6], wyładowanie jarzeniowe [7, 8], implantacja jonowa [7] i inne . W tym kontekście wydaje się celowe sprawdzenie efektów dyfuzyjnego nasycania warstwy wierzchniej tytanu jednym lub jednocześnie kilkoma metalami, które ze względu na swoje właściwości wchodzą zwykle w skład stopów tytanu. Do realizacji pomysłu proponuje się tradycyjną metodę obróbki cieplno-chemicznej z tzw. otwartą retortą [9÷11], w której przez dobór temperatury i czasu procesu oraz składu mieszaniny nasycającej można w pewnym st więcej »

Analiza mechanizmów zużycia wierteł ze stali HS6-5-2 z powłokami Ti(C, N) wytworzonymi metodą PVD, po badaniach eksploatacyjnych

MIECZYSŁAW PANCIELEJKO

Już od kilkudziesięciu lat twarde powłoki, wytwarzane metodami PVD, stosowane są na częściach maszyn i narzędziach. Powłoki węgloazotku tytanu mają niski współczynnik tarcia i wysoką twardość, przez co zwiększają trwałość pokrywanych przedmiotów [1-15]. Wykorzystywane są jako pojedyncze warstwy [1, 2, 5÷9], jako składowe w powłokach wielowarstwowych [3] lub w powłokach z gradientem składu chemicznego [1, 4]. Istnieje wiele technik PVD wytwarzania powłok Ti(C, N) o zróżnicowanych właściwościach. Metoda katodowego odparowania łukowego, ze względu na niską temperaturę procesu, stosowana jest do wytwarzania twardych powłok na stalowych narzędziach [2, 5, 8, 10, 12÷15]. W pracy przedstawiono wyniki badań eksploatacyjnych wierteł krętych wykonanych ze stali szybkotnącej HS6-5-2 bez powłoki oraz z powłokami węgloazotku tytanu Ti(C, N) wytworzonymi metodą PVD - katodowym odparowaniem łukowym. Podjęto także próbę wyjaśnienia zjawisk zachodzących podczas zużycia narzędzi. wy twa rzanie I wła ściwo ści powłok Powłoki Ti(C, N) wytwarzano metodą katodowego odparowania łukowego. Główne parametry technologiczne stosowane podczas wytwarzania powłok: prąd katodowy 86 A, napięcie katodowe 20 V, napięcie polaryzacji podłoży -70 V, temperatura podłoży 300÷350°C, opisano w pracach [12, 13]. W dalszej części pracy stosowano oznaczenia powłok w zależności od zastosowanej atmosfery gazów reaktywnych: - TiN - w atmosferze azotu, - TiCN - w mieszaninie gazów reaktywnych azotu i acetylenu, - TiC - w atmosferze acetylenu. Powłoki, o grubości ok. 3 μm, wytwarzano na wiertłach stali szybkotnącej HS6-5-2. Równocześnie z narzędziami, w komorze urządzenia technologicznego, powłoki wytwarzano na próbkach testowych ze stali HS6-5-2 (obrobionych cieplnie 64 HRC i polerowanych), na których przeprowadzono serię badań. Strukturę, skład chemiczny i fazowy powłok opisano w pracy [13]. Wybrane właściwości powłok charakteryzowane we wcześniejszych pracach [12÷ więcej »

Analiza procesu wytwarzania proszków SiC metodą zol-żel

ANNA BIEDUNKIEWICZ Paweł Figiel Urszula Gabriel Marta Sabara

Węglik krzemu, obok TiC, ZrC i innych, należy do grupy materiałów charakteryzujących się wysoką temperaturą topnienia, dużą twardością i odpornością na zużycie, małą rozszerzalnością cieplną oraz dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym [1]. Właściwości te wyznaczają szeroki zakres zastosowań węglików w wielu gałęziach przemysłu, w tym narzędziowym, maszynowym, motoryzacyjnym, chemicznym i elektronicznym. Proces badania karbotermicznej redukcji tlenków do odpowiednich węglików sięga XIX wieku i jest nadal przedmiotem zainteresowania wielu ośrodków badawczych [1÷10]. Opracowane na skalę przemysłową metody wytwarzania węglików metali przejściowych należą do technologii wysokotemperaturowych i energochłonnych. Na podstawie obliczeń termodynamicznych ustalono, że temperatura początkowa karbotermicznej redukcji SiO2 wynosi 1470 K [5]. Ostatnio dużym zainteresowaniem cieszą się procesy wytwarzania węglików, azotków i borków metodą zol-żel. Wyniki badań dotyczące syntezy SiC metodą redukcji karbotermicznej można znaleźć w publikacjach [11, 12]. Istotne znaczenie do oceny przebiegu procesu redukcji karbotermicznej i jakości otrzymywanych węglików ma zawartość w materiale po syntezie tlenu i wolnego węgla. Dla technologii ich otrzymywania ważne znaczenie ma wyznaczenie składu początkowego mieszaniny, określanego proporcją C/MeO2, temperatury i czasu wygrzewania oraz udziałów CO i CO2, powstających podczas redukcji karbotermicznej [9, 10]. Część eksperyment alna Jako prekursor stosowano Si(OC2H5)4 - TEOS. Czynnikiem redukującym był węgiel aktywny (Carbo Activ firmy Aflorafm Fabryka Leków Sp.z o.o.). TEOS mieszano z alkoholem etylowym. Zawarty w tym roztworze TEOS adsorbowano na węglu aktywnym. W etapie tym cząsteczki TEOS zostały równomiernie rozmieszczone w porowatej strukturze węgla. Zapewniało to lepszy kontakt reagentów i ograniczało, przez rozmieszczenie TEOS w kapilarach, rozrost powstających podczas karbonizacji cząstek Si więcej »

Analiza profilowa tytanu Grade 5 po procesie azotowania jarzeniowego

Tadeusz Frączek Leopold Jeziorski Michał Olejnik Jarosław Jasiński

Spośród biomateriałów metalicznych materiały wykonane na bazie tytanu, z uwagi na swoje właściwości użytkowe, są uważane za jedne z najbardziej nowoczesnych i perspektywicznych materiałów do zastosowań medycznych. Stanowią grupę materiałów konkurencyjnych dla używanych w medycynie stali austenitycznych i stopów na bazie kobaltu. W porównaniu z innymi materiałami konstrukcyjnymi tytan i jego stopy wyróżniają się przede wszystkim dużą wytrzymałością względną (Rm/ρ) w szerokim zakresie temperatury i bardzo dużą odpornością na korozję w wielu chemicznie agresywnych środowiskach [1].Tytan i jego stopy mają szczególne właściwości fizyczne i chemiczne, takie jak wysoka wytrzymałość na rozciąganie i zmęczenie, korzystny stosunek wytrzymałości na rozciąganie do granicy plastyczności oraz mały moduł Younga w połączeniu z małym ciężarem właściwym [2]. Tytan i jego stopy dzięki bardzo dobrej biotolerancji jest powszechnie stosowany w bioinżynierii, a szczególnie w chirurgii kostnej na wszelkiego rodzaju implanty i endoprotezy, jak również do produkcji między innymi zastawek, podzespołów rozruszników serca, urządzeń chirurgicznych, elementów urządzeń medycznych czy wszczepów protetycznych, jako biomateriał długotrwały. Okres ich przebywania w organizmie może znacznie przekroczyć dwadzieścia pięć lat. Modelowym stopem stosowanym już od trzydziestu lat jest stop Ti-6Al-4V, znany pod nazwą handlową Protasul 64WF [3, 4]. Pomimo wielu cennych zalet, podstawowym mankamentem ograniczającym szersze zastosowanie stopów tytanu są ich niskie właściwości tribologiczne [5]. Spowodowane jest to tym, że materiały te charakteryzują się wysokim współczynnikiem tarcia i małą odpornością na zużycie ścierne, co mogłoby ograniczyć ich stosowanie w przypadku, gdy wymagane są dobre właściwości tribologiczne. Dlatego w przypadku elementów eksploatowanych w warunkach tarcia i ścierania konieczne jest stosowanie obróbek powierzchniowych, które w wyniku modyf więcej »

Analiza przewodności cieplnej diamentu oraz cienkich warstw DLC

Elżbieta Gęsikowska Mariusz Dudek

Diament, najbardziej fascynująca postać węgla, już od wieków rozpalał wyobraźnię ludzi przede wszystkim jako cenny surowiec sztuki jubilerskiej. Unikatowe właściwości diamentu, takie jak wysoka twardość (100 GPa), wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego (600÷2000 W/mK), obojętność chemiczna oraz przezroczystość sprawiły, iż obecnie jest on stosowany w najbardziej ekstremalnych warunkach w optyce, optoelektronice (lasery), mikroelektronice (układy scalone, tranzystory), przemyśle narzędziowym (wiertła, narzędzia do cięcia szkła, noże diamentowe) oraz w medycynie. Rosnące zainteresowanie diamentem w wielu branżach przemysłu sprawiło, iż od kilku dekad są prowadzone intensywne badania poświęcone wytwarzaniu w sztucznych warunkach diamentu oraz cienkich warstw, strukturą i właściwościami przypominających naturalny diament. Do najbardziej rozpowszechnionych technik wytwarzania diamentów na skalę przemysłową należy metoda detonacyjna. Jednakże ze względu na specyfikę procesu nie może być ona uży ta do kształtowania spójnej warstwy powierzchniowej na bazie diamentu. Do wytwarzania cienkich warstw zostały z powodzeniem wykorzystane procesy chemicznego oraz fizycznego osadzania z fazy gazowej. Między innymi do wytwarzania warstw polikrystalicznego diamentu od wielu lat są stosowane procesy CVD (Chemical Vapour Deposition) z gorącym włóknem oraz wspomagane wyładowaniem wysokiej częstotliwości - plazmą mikrofalową, częstotliwością radiową oraz ich równoczesnym wykorzystaniem w jednym procesie [1÷5]. W przypadku procesów PVD (Physical Vapour Deposition) do najbardziej rozpowszechnionych należy zaliczyć metodę łukową oraz rozpylanie magnetronowe [6, 7]. Właściwości warstw wytwarzanych w procesach PECVD i PVD, w zależności od zewnętrznie kontrolowanych parametrów tych procesów, zmieniają się w bardzo szerokim zakresie. Ma to swoje odzwierciedlenie w stosowanym nazewnictwie. Do najbardziej znanych należy zaliczyć określenie diamentopod więcej »

Analiza strukturalna i fazowa nanokompozytowych warstw a-C:H/Ti wytworzonych hybrydową metodą RF PACVD/MS

Damian Batory Radosław Wilczek Witold Szymański Marian Cłapa

Szerokie zainteresowanie diamentopodobnymi warstwami w.glowymi, g.ownie z powodu ich bardzo dobrych w.a.ciwo.ci chemicznych i fizycznych, sta.o si. .rod.em wielu publikacji dotycz.cych procesow ich syntezy, w.a.ciwo.ci i parametrow u.ytkowych [1]. Z kolei coraz to nowe wyzwania, wynikaj.ce z prob implementacji opracowanych technologii syntezy w ro.nych ga..ziach przemys.u, przyczyni.y si. do powstania obszernej bazy informacji dotycz.cych metod modyfikacji sk.adu czy struktury warstw w.glowych w aspekcie .ulepszeniah dotychczasowych parametrow u.ytkowych dla konkretnych aplikacji. Nale.. do nich technologie pozwalaj.ce na obni.enie napr..e. w.asnych, popraw. w.a.ciwo.ci tribologicznych, czy modyfikacj. parametrow powierzchniowych [1€5]. Procesy modyfikacji warstw realizowane mog. by. przez obrobk. ju. wytworzonej warstwy, syntez. warstw kompozytowych b.d. gradientowych oraz przez domieszkowanie [5€13]. Te ostatnie mog. by. rownie. realizowane przez modyfikacj. naniesionej uprzednio warstwy w.glowej [14]. Poprawa adhezji warstw w.glowych przez domieszkowanie stanowi zaawansowan. grup. technologii, wykorzystuj.cych niekiedy kombinacj. kilku odr.bnych systemow nanoszenia, po..czonych w obr.bie jednej komory roboczej. Ich symultaniczna praca powinna by. stabilna, a tak.e zapewni. powtarzalno.. sk.adu chemicznego i w.a.ciwo.ci wytworzonych warstw. W zale.no.ci od rodzaju materia.u domieszkuj.cego uk.ady te mog. stanowi. skomplikowane, wielo.rod.owe urz.dzenia, wyposa.one w rozbudowane uk.ady sterowania sk.adem atmosfery, wykorzystuj.ce ro.ne zjawiska natury chemicznej b.d. fizycznej, zachodz.ce w komorze reaktora. Wprowadzenie do atmosfery roboczej reaktora atomow materia.u domieszki, ktore wraz z post.puj.cym procesem wzrostu pow.oki w.glowej wbudowuj. si. do jej struktury, stwarza mo.liwo.. nie tylko zmniejszenia stanu napr..e. w warstwie, ale rownie. otwiera szerokie mo.liwo.ci w zakresie modyfikac więcej »

Aspekty technologiczne wytwarzania na stalach węglowych warstw azotowanych o podwyższonej odporności na korozję

Piotr Wach Kryspin Burdyński Jerzy Michalski Jan Tacikowski

Warstwy azotowane na stalach węglowych charakteryzują się dobrymi właściwościami tribologicznymi i antykorozyjnymi [1, 2]. Połączenie dobrych właściwości tribologicznych i antykorozyjnych uzyskiwanych warstw umożliwiło wykorzystanie warstw azotowanych w wielu dziedzinach przemysłu. Za odporność na korozję warstw azotowanych na stalach węglowych odpowiada przypowierzchniowa warstwa azotków żelaza. Jej struktura fazowa, proporcje faz ε i γ′ i grubość. W wyniku azotowania, w zależności od dobranych parametrów i przebiegu procesu, można uzyskać warstwy azotowane różniące się przypowierzchniową warstwą azotków żelaza, tj.: 1. zbudowaną z fazy γ′, tworzącej się w czasie całego procesu, 2. zbudowaną z fazy γ′, uzyskanej przez przemianę fazy ε wytworzonej w pierwszej fazie procesu, 3. zbudowaną z mieszaniny faz ε i γ′, z fazą γ′ wydzieloną z fazy ε podczas chłodzenia wraz z wyodrębnioną przy podłożu strefą γ′, 4. zbudowaną wyłącznie z mieszaniny faz ε i γ′, z fazą γ′ wydzieloną z fazy ε podczas chłodzenia, 5. zbudowaną z fazy ε i mieszaniny faz ε i γ′, z fazą γ′ wydzieloną z fazy ε podczas chłodzenia. Przedmiotem badań opisanych w artykule były dwa rodzaje warstw azotowanych: z warstwą azotków zbudowaną z fazy γ′ (1), zbudowaną z fazy ε oraz mieszaniny faz ε + γ′wydz (5). Te ostatnie (5) są szeroko wykorzystywane w różnych zastosowaniach przemysłowych [3]. Mają one grubość zwykle 15÷25 μm i charakteryzują się występowaniem więcej »

Azotowanie gazowe przy kryterium ograniczonej grubości warstwy azotków żelaza

KRYSPIN BURDYŃSKI JERZY MICHALSKI PIOTR WACH JAN TACIKOWSKI

Rozwój azotowania gazowego i systematyczne rozszerzanie się zakresu jego stosowania w praktyce powoduje, że problematyka wytwarzania warstw azotowanych na stalach ciągle znajduje się w centrum zainteresowania przemysłu, jak i ośrodków badawczych zarówno z poznawczego, jak i aplikacyjnego punktu widzenia. Badania koncentrują się głównie na ustalaniu relacji pomiędzy budową warstwy azotowanej, parametrami jej wytwarzania a jej własnościami: odpornością na zużycie przez tarcie i zatarcie, odpornością na korozję oraz wytrzymałością zmęczeniową. Wytwarzanie warstw azotowanych, spełniających tak szerokie spektrum właściwości, wymaga coraz dokładniejszego projektowania procesów do ich wytwarzania. Szczególne znaczenie mają warstwy azotowane z ograniczoną grubością przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza nie przekraczającej 5÷7 μm i różnych przy tym grubościach efektywnych gr+50 nie mniejszych niż 0,20÷0,50 mm. Takie warstwy są stosowane głównie do części maszyn narażonych w eksploatacji na zużycie przez tarcie i zmęczenie przy dużych, cyklicznych obciążeniach [1, 2]. W artykule omówiono warunki wytwarzania na stalach warstw azotowanych o ograniczonej grubości warstwy azotków żelaza i założonej grubości efektywnej warstwy roztworowej (wydzieleniowej) w atmosferach azotujących uzyskanych z dwuskładnikowej atmosfery wlotowej amoniaku z azotem. ME TODYKA BADAŃ Procesy azotowania prowadzono w przemysłowym piecu wgłębnym typu Nx609, firmy Nitrex Metal I.n.c. o wymiarach retorty Φ 600×900 mm, z komputerowym sterowaniem parametrami procesu (tab. 1). Badania warstw azotowanych obejmowały m.in. pomiary grubości przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza na trawionych szlifach metalograficznych. Grubości efektywne gr+50 HV0,5 określane ze zmian twardości, wykonywane były na nietrawionych szlifach metalograficznych. Na podstawie badań grawimetrycznych obliczano całkowitą masę azotu mc w warstwie azotowanej odniesioną do je więcej »

Azotowanie gazowe stali stopowych z i bez przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza

Jerzy Michalski Jan Tacikowski Piotr Wach Jerzy Ratajski Grzegorz Mońka Aleksander Nakonieczny

Artykuł poświęcono zagadnieniom wytwarzania warstw azotowanych na konstrukcyjnych stalach stopowych 40HM i 38HMJ (4140 i N135M wg ASTM) z przypowierzchniową warstwą azotków żelaza o różnym składzie fazowym, bądź bez tej warstwy, przeznaczonych na części maszyn, urządzeń i pojazdów o narażonych na korozję, zużycie tribologiczne i zmęczeniowe. Zamierzeniem podjętych badań było opracowanie technologii azotowania, umożliwiających wytwarzanie trzech rodzajów warstw azotowanych: - z warstwą azotków żelaza o strukturze ε + (ε + γ′wydz), porowatą w zewnętrznej strefie, co umożliwia jej impregnowanie preparatem inhibitorowym, - ze zwartą warstwą azotków żelaza o strukturze ε + γ′wydz z ograniczoną do minimum strefą porowatą przy powierzchni (≤2,5 μm), - bez warstwy azotków żelaza. Dwa pierwsze warianty warstw azotowanych mogą być zastosowane na części maszyn eksploatowane w warunkach narażeń korozyjnych i tribologicznych. Powinny mieć dużą twardość i odpowiednią grubość przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza. Trzeci wariant warstwy azotowanej może być zastosowany na części maszyn eksploatowane w warunkach zmęczeniowych. Warstwy te powinny mieć dużą twardość i odpowiednią grubość efektywną warstwy azotowanej. Warstwy azotowane z warstwą azotków żelaza powinny odznaczać się również ograniczoną grubością tej ostatniej ze względu na wąskie tolerancje wymiarowe dokładnych części, dla których są przeznaczone. Powinny także spełniać wymagania odnośnie odporności na korozję. Należy podkreślić, że azotowaniu antykorozyjnemu konstrukcyjnych stali stopowych, poświęcone jest dużo mniej publikacji niż stalom węglowym. Brak jest zwłaszcza szerszych danych o wytwarzaniu na tych stalach cienkich, ale odpornych na korozję warstw azotków żelaza [1÷5]. Podobnie tylko nieliczne wzmianki spotyka się na temat wytwarzania warstw azotowanych, bez przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza, na kons więcej »

Azotowanie jarzeniowe na potencjale uzupełniającym

Marek Betiuk Stefan Kowalski

Prace nad technologi. azotowania jarzeniowego prowadzone s. w IMP od pocz.tku lat siedemdziesi.tych XX w. Zapocz.tkowano je z inspiracji prof. Tadeusza Burakowskiego w zespo.ach prof. Jana Zy.ka, prof. Jana Tacikowskiego we wspo.pracy z Politechnik. Warszawsk. . Wydzia.em In.ynierii Materia.owej (prof. Aleksandra Soko.owska, prof. Tadeusz Karpi.ski, prof. Tadeusz Wierzcho.). W latach 2006€2009 technologia azotowania jarzeniowego wraz urz.dzeniami technologicznymi zosta.a wdro.ona w podmiotach gospodarczych, pracuj.cych na rzecz przemys.u samochodowego, lotniczego-energetycznego i maszynowego [1]. Technologia ta wykorzystuje tradycyjn. koncepcj. konfiguracji pieca jonowego, w ktorej przedmiot poddawany azotowaniu jest katod. (polaryzacja ujemna .450€.950 V), a .ciany komory anod.. W toku wieloletnich prac w IMP nad azotowaniem jarzeniowym powsta.o szereg odmian konstrukcyjnych piecow jonowych wg..bnych, dzwonowych oraz poziomych. Koncepcja konstrukcji pieca jonowego nie jest zamkni.ta. Inspiruj.cym, nierozwi.zanym do ko.ca problemem obrobek cieplno-chemicznych w .rodowisku anomalnego wy.adowania jarzeniowego jest anizotropowo.. zjawisk fizykochemicznych w plazmie, a zw.aszcza transportu energii kinetycznej jonow do modyfikowanych powierzchni. Pojawiaj.ca si. anizotropowo.. pola temperatury na z.o.onych geometrycznie powierzchniach wynika z fizycznego charakteru oddzia.ywa. plazmy nierownowagowej b.d.cej zbiorem: jonow, elektronow, cz.stek i moleku. wzbudzonych lub oboj.tnych, jak rownie. .rod.em promieniowania. W tym .rodowisku dominuj.c. si.. nap.dow. zjawisk transportu masy i reakcji chemicznych jest ro.nica potencja.ow elektrycznych w obszarach spadku katodowego. Rozk.ad potencja.ow elektrycznych w obszarach katodowych na powierzchni modyfikowanej jest nierownomierny (rys. 1) i zale.ny od: .. geometrii powierzchni katody i anody, .. sk.adu chemicznego powierzchni, .. wzajemnego rozmieszczenia powi więcej »

Azotowanie stopu gamma TiAl pod obniżonym ciśnieniem

Łukasz Kaczmarek Jacek Sawicki Radomir Atraszkiewicz Łukasz Kołodziejczyk Witold Szymański

W ostatnich latach czynione są starania mające na celu zastąpienie konwencjonalnych stopów żelaza lekkimi stopami m.in. na bazie γ-TiAl. Tendencję tę szczególnie obserwuje się w przemyśle motoryzacyjnym, np. wirniki turbosprężarek, zbrojeniowym czy lotnictwie, np. silniki turbinowe. Jednak w przypadku elementów pracujących w skojarzeniu ciernym tego typu podejście nastręcza wiele kłopotów. Wynika to z faktu, że zarówno tytan, jak i aluminium wykazują silne powinowactwo do tlenu. W konsekwencji na powierzchni tworzy się cienka warstwa tlenków, która w wyniku procesu tarcia ulega delaminacji. Wówczas w węźle tarcia pojawia się "trzecie ciało" w postaci twardych cząstek tlenkowych, które lawinowo zwiększają zużycie, co w konsekwencji prowadzi do zatarcia materiału. W związku z tym istnieje silna potrzeba podwyższenia twardości warstwy oraz zabezpieczenie jej przed procesami prowadzącymi do tworzenia się faz tlenkowych przez wykorzystanie obróbek dyfuzyjnych i/lub zastosowanie metod osadzania powłok. Z literatury przedmiotu znane są metody podwyższania właściwości tribologicznych stopu γ-TiAl przez wprowadzenie na etapie procesów metalurgicznych pierwiastków stopowych m.in. węgla [1÷4] lub przez modyfikację warstwy wierzchniej. Wprowadzenie dodatków stopowych może mieć jednak negatywny wpływ na właściwości mechaniczne stopów γ-TiAl z uwagi na obniżenie wytrzymałości na rozciąganie zarówno w podwyższonej, jak i temperaturze pokojowej [5], a także na obniżenie plastyczności [6]. Z tego względu w większości przypadków prowadzi się obróbki dyfuzyjne stopów γ-TiAl, takie jak: nawęglanie wspomagane plazmą [7], azotowanie w wyładowaniu o częstotliwości radiowej [8], azotowanie za pomocą lasera diodowego [9], azotowanie gazowe [10], azotowanie jarzeniowe [11] czy pokrywanie powłokami: TiAl3 [12], γ/Cr7C3/TiC [13], γ/Al4C3/TiC/CaF2 [14]. Wytworzenie warstw dyfuzyjnych z cienką warstwą węglików lub azotków tyta więcej »

Badania wpływu rodzaju i sposobu przygotowania podłoży na adhezję i właściwości użytkowe powłok azotkowych nanoszonych łukowo-plazmową metodą PVD

Kazimierz Czechowski Iwona Wronska Piotr Bednarski Daniel Toboła

Nanoszenie pow.ok na narz.dzia skraw aj.ce, do obrobki plastycznej oraz na cz..ci maszyn stanowi wa.n. dziedzin. in.ynierii powierzchni, ktora podlega intensywnemu rozwojowi g.ownie z wykorzystaniem metod PVD (Physical Vapour Deposition . nanoszenia z fazy gazowej metod. fizyczn. w pro.ni) [1€3, 7€12, 15€18], a tak.e innych metod [4€6]. Wymieni. mo.na na przyk.ad metod. typu duplex, w ktorej tworzony jest kompozyt z.o.ony z warstwy azotowanej stali i pow.oki naniesionej metod. PVD [4], metody ..czone, g.ownie na bazie procesow PVD i wspomaganych plazmowo procesow CVD (Chemical Vapour Deposition) [5] oraz metody nanoszenia za pomoc. lasera impulsowego PLD (Pulsed Laser Deposition) [6]. G.owny nurt rozwoju pow.ok PVD polega. na zmianach sk.adu chemicznego, struktury i uk.adu warstw azotkow w pow.okach, poczynaj.c od prostego azotku TiN, a dochodz.c do kompozytowych i wielowarstwowych pow.ok w skali mikro i nano, charakteryzuj.cych si. bardzo wysok. twardo.ci., odporno.ci. na zu.ycie .cierne, odporno.ci. na p.kanie oraz dobr. adhezj. do pod.o.y. Wszystkie wymienione w.a.ciwo.ci decyduj. o w.a.ciwo.ciach u.ytkowych pow.ok. Mog. by. one kszta.towane przez wybor odpowiedniej metody PVD oraz dobor parametrow procesu nanoszenia pow.ok. Adhezja pow.ok do pod.o.y i w.a.ciwo.ci u.ytkowe pow.ok zale.. nie tylko od zastosowanej metody i parametrow procesu, ale w du.ym stopniu s. uwarunkowane rodzajem pod.o.a i stanem jego powierzchni. Zagadnienie adhezji pow.ok do pod.o.y by.o przedmiotem wielu prac [1€19]. Dotyczy.y one pow.ok na pod.o.ach z w.glikow spiekanych [1€3, 7€12, 19], stali [6, 13€17] i materia.ow ceramicznych [18]. Szczegolnie du.o uwagi po.wi.cono wp.ywowi sposobu przygotowania powierzchni z w.glikow spiekanych przed nanoszeniem pow.ok w przypadku zastosowa. na narz.dzia skrawaj.ce [1€3, 7€12]. Powierzchnie więcej »

Badanie stabilności termicznej adhezyjnych powłok przeciwzużyciowych metodą termomechaniczną

Piotr Myśliński Adam GILEWICZ PAWEŁ KAMASA

Stabilność termiczna podstawowych dla powłok przeciwzużyciowych właściwości, takich jak twardość i adhezja do podłoża jest jednym z podstawowych kryteriów oceny, jakim poddaje się tego typu powłoki. Przedmiotem badań, w tym zakresie, jest również wpływ odprężania termicznego na naprężenia własne powłok i ich właściwości mechaniczne [1]. Niniejsza praca jest prezentacją wdrożonej w Politechnice Koszalińskiej [2, 3] nowej metody badań stabilności termicznej przeciwzużyciowych powłok mono- i wielowarstwowych osadzanych na narzędziach do maszynowej obróbki drewna i metali próżniowoplazmowymi technikami PVD. W rozumieniu proponowanego podejścia metodologicznego przedmiotem badań jest stabilność w funkcji temperatury właściwości powłok zarówno w ujęciu makro-, jak i mikroskopowym. Zjawiska makroskopowe dotyczą odporności osadzonych powłok na degradację mechaniczną (lokalne odpryski i delaminacje) i chemiczną, natomiast zjawiska mikroskopowe dotyczą aktywowanych cieplnie zmian struktury powłok i naprężeń własnych [4]. Wartość naprężeń zależna jest od właściwości fizycznych i koncentracji defektów struktury powłoki, gdyż wpływają one na mechanizmy narastania tych naprężeń podczas osadzania powłok [5]. Metoda opracowana została na podstawie dotychczasowych doświadczeń z realizowanych w kraju i na świecie prac oraz praktycznych zastosowań ich efektów w następujących zakresach: - wykorzystania wzoru Stoney’a [6] do wyznaczania zmian naprężeń własnych w powłokach w badanych fizycznych modelach podłoże-powłoka w funkcji temperatury [7], - zastosowania metody wyznaczania naprężeń w powłokach galwanicznych in situ na podstawie zmian odkształceń liniowych podłoża wykonanego w kształcie płaskownika [8], - wykorzystania metod numerycznych do modelowania stanów naprężeń oraz oddziaływań termomechanicznych w układach warstwowych [9÷11], - postępu metodologicznego we wdrażanych do praktyki badawczej termomechanicznych metod badań materi więcej »

Badanie wpływu niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego stali dupleks na jej odporność korozyjną po wodorowaniu

Bartosz Gołębiowski Marek Kamiński Wiesław Świątnicki

Stale austenityczno-ferrytyczne typu dupleks cechują się wyższą wytrzymałością, ciągliwością, odpornością na korozję naprężeniową w porównaniu z konwencjonalnymi stalami austenitycznymi. Liczne zalety tych stali stwarzają szerokie perspektywy zastosowań, np. w przemyśle spożywczym, chemicznym, petrochemicznym i papierniczym. Stale te mogą być używane na elementy pracujące w agresywnych środowiskach, takie jak: kotły ciśnieniowe, zbiorniki na chemikalia, instalacje w przemyśle spożywczym, górniczym, w konstrukcjach rurociągów transportujących gaz ziemny czy ropę naftową, będących w kontakcie z wodą morską. Warunki te mogą sprzyjać wnikaniu wodoru do stali, a w konsekwencji sprzyjać korozji i kruchości wodorowej [1, 2]. Jednym ze sposobów ograniczenia wnikania wodoru do stali może być wytworzenie na jej powierzchni warstw azotowanych [3÷6]. Efekt taki stwierdzono w przypadku warstwy zawierającej austenit azotowy γN (tzw. fazę S) [3]. Wytworzenie faz γN i αN w trakcie azotowania może zwiększyć twardość i odporność na zużycie przez tarcie oraz poprawić odporność stali na korozję wodorową [7]. Obrazy powstających faz γN i αN w procesie niskotemperaturowego azotowania uwidaczniają się na dyfraktogramach jako przesunięcie refleksów dyfrakcyjnych towarzyszących refleksom odpowiednio austenitu i ferrytu w kierunku niższych kątów, a przesunięcie to zależy od zawartości azotu [7]. Celem pracy jest ocena odporności korozyjnej stali typu dupleks po procesie niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego w dwóch środowiskach, różniących się rodzajem jonów, tj, Cl- oraz SO4 -2 oraz ocena wpływu katodowego nasycania wodorem próbek na ich odporność korozyjną w tych środowiskach. MA TERIAŁ Materiałem użytym do badań była dwufazowa stal austenityczno- -ferrytyczna X2CrNiMN23-5-3 w postaci prętów o średnicy 20 mm Skład chemiczny badanej stali przedstawiono w tabeli 1. Mikrostrukturę stali wykorzystanej do badań przed pro więcej »

Charakterystyka antykorozyjnej powłoki cynkowej na powierzchni odlewu z żeliwa

Dariusz Kopyciński Edward Guzik

Z analizy przeprowadzonych badań [1÷4] wynika, że po zanurzeniu wyrobu w kąpieli ciekłego cynku w pierwszej kolejności następuje na jego powierzchni namrożenie warstwy Zn i późniejsze jej roztapianie. Następnie w wyniku krystalizacji perytektyki sekwencyjnie wzrasta faza Γ1, δ i ζ - tworząc na powierzchni danego wyrobu (odlewu) warstwę Fe-Zn, nazywaną niekiedy stopową. Zakończenie procesu kształtowania powłoki następuje podczas operacji wynurzania wyrobu z kąpieli ciekłego cynku. Wtedy to swobodnie krystalizujące kryształy Zn mogą przyjmować postać dendrytów często zwanych kwiatem cynkowym [2, 5÷7]. Natomiast odporność korozyjna powłoki ochronnej [8, 9] zależy od grubości, zwartości i morfologii powłoki cynkowej, czyli pośrednio od zastosowanej technologii oraz od składu chemicznego podłoża [10÷20]. metodyka badań Próbki do badań metalograficznych wycięto z ocynkowanych odlewów armatury przemysłowej wykonanej z żeliwa sferoidalnego gatunku EN-GJS-500-7, charakteryzującego się ferrytyczno-perlityczną mikrostrukturą (rys. 1). Cynkowanie zanurzeniowe odlewów prowadzono w procesie wysokotemperaturowym w warunkach przemysłowych. Dla porównania powłoki wytwarzano również na specjalnie do tego celu skonstruowanym stanowisku badawczym. Próbki z żeliwa gatunku EN-GJS-500-7 oraz z żelaza armco zanurzano w ciekłym cynku o temperaturze 450°C oraz 580°C. Proces chemicznego przygotowania (z wykorzystaniem preparatów stosowanych w przemyśle) powierzchni próbek przed zanurzeniem w kąpieli cynkowej obejmował ogólnie znane zabiegi stosowane w zakładach przemysłowych. Średnie stężenie krzemu i fosforu zawartego w odlewach armatury przemysłowej z żeliwa sferoidalnego zestawiono w tabeli 1. Ponadto w tabeli 1 zamieszczono obliczony ekwiwalent krzemu i fosforu oznaczony symbolem E. Badanie morfologii warstwy stopowej powłoki cynkowej przeprowadzono za pomocą mikroskopu świetlnego firmy LEICA wyposażonego w kamerę cyfrową oraz syst więcej »

Charakterystyka mikrostruktury i właściwości nanokompozytowych powłok nc-TiC/a-C na stali VANADIS 23 i na stopie Ti-6Al-4V

TOMASZ MOSKALEWICZ MARCIN KOT KATARZYNA WŁO DARCZYK BOGDAN WENDLER ALEKSAN DRACZYRSKA-FILEMONOWICZ

W ostatnich latach na świecie obserwuje się wzrost zainteresowania możliwością wykorzystania nanokompozytowych pokryć do poprawy właściwości materiałów [1÷3]. Wyjątkowo korzystne właściwości tribologiczne i mechaniczne, a zwłaszcza niski współczynnik tarcia i zużycia, wysoka odporność na zmęczenie, korozję i erozję oraz duża twardość sprawiają, że pokrycia nanokompozytowe są chętnie stosowane w środkach transportu (m.in. w lotnictwie i motoryzacji). Pokrycia nanokompozytowe umożliwiają zwiększenie trwałości części maszyn i urządzeń, czy też narzędzi. W zastosowaniach tych zmniejszenie współczynnika tarcia może w przyszłości umożliwiać poprawę sprawności i zmniejszenie awaryjności układów smarowania w silnikach oraz częściową eliminację układów smarowania olejowego. W rezultacie może umożliwić zmniejszenie masy silników i mechanizmów oraz ograniczyć zanieczyszczenie środowiska naturalnego. Wśród pokryć nanokompozytowych dużo uwagi poświęca się grupie powłok zbudowanych z nanokrystalicznych cząstek węglików (nc-MeC, Me = metal przejściowy) w amorficznej osnowie węgla (a-C) [4÷6]. Powłoki takie charakteryzują się korzystnymi właściwościami tribologicznymi, niskim współczynnikiem tarcia i dobrą odpornością na zużycie przez tarcie oraz dużą twardością. W przypadku zastosowań w systemach tribologicznych twarde powłoki nanokompozytowe powinny być osadzane na twardych podłożach, które umożliwiają przenoszenie znacznych obciążeń. Dlatego w pracy stop Ti-6Al-4V przed osadzeniem powłoki poddano utwardzeniu powierzchni międzywęzłowymi atomami tlenu w plazmie wyładowania jarzeniowego [7÷9]. Celem badań pracy była charakterystyka mikro/nanostruktury nanokompozytowej powłoki nc-TiC/a-C oraz ocena skuteczności poprawy właściwości mikromechanicznych oraz tribologicznych stali VANADIS 23 i stopu Ti-6Al-4V. Materiał i METO DYKA Badań Badania wykonano na dwufazowym (α + β) stopie tytanu Ti-6Al-4V i stali szybkotnącej VANADIS 23. Stop więcej »

Charakterystyka mikrostruktury powłokowych warstw barierowych typu RE2Zr2O7

Grzegorz Moskal

Silniki turbin gazowych pracują w jednym z najbardziej wymagających środowisk, które wymusza ciągły rozwój stosowanych materiałów. Części silników lotniczych i turbin stacjonarnych są wystawione na oddziaływanie rygorystycznych obciążeń mechanicznych, wysokiej temperatury, jak również korozyjnych i erozyjnych mediów. Od początków konstruowania współczesnych silników ich producenci stosują systemy powłok ochronnych w celu zwiększenia trwałości i maksymalnego wykorzystania właściwości stosowanych materiałów. Nowoczesne konstrukcje silników, jak również rozwój technologii prowadzą do ewolucji wielu nowych powłok oraz do udoskonalania powłok już wcześniej stosowanych. Powłokowe bariery cieplne tzw. TBC (thermal barier coatings) oraz wysokotemperaturowe powłoki uszczelniające stosuje się w części gorącej silnika obejmującej obszar komory spalania i turbinę. Dzięki zastosowaniu tego typu powłok na elementy komór spalania, łopatki kierujące i łopatki wirujące, możliwy jest wzrost temperatury gazów wlotowych [1÷3]. Ceramiczne powłoki barierowe na elementach silników lotniczych i turbin gazowych są obecnie wytwarzane za pomocą natryskiwania cieplnego. Natrysk plazmowy umożliwia natryskiwanie szerokiej gamy materiałów proszkowych, a proces technologiczny może być prowadzony przy ciśnieniu atmosferycznym lub pod obniżonym ciśnieniem w specjalnych komorach. Ze względu na wymagania stawiane warstwom natryskiwanym proces ich wytwarzania realizowany jest z wykorzystaniem manipulatorów, systemów obrotu oraz chłodzenia i najczęściej jest to proces zautomatyzowany, gdzie robot manipuluje pistoletem plazmowym. Powłoki barierowe TBC zbudowane są z zewnętrznej strefy ceramicznej, najczęściej YSZ (ZrO2·Y2O3) i międzywarstwy typu MCrAlY (M = Ni, Co, Fe). Mała wartość przewodnictwa cieplnego charakterystyczna dla materiałów ceramicznych powoduje obniżenie temperatury w strefie połączenia z materiałem międzywarstwy, który odpowiada za zwiększe więcej »

Charakterystyka powłok Al2O3 wytwarzanych metodą aerozol-żel

BOŻENA PIETRZYK SEBASTIAN MISZCZAK ŁUKASZ KOŁODZIEJCZYK HIERONIM SZYMANOWSKI

Materiały tlenkowe stanowią dużą grupę tworzyw ceramicznych, znajdującą szerokie zastosowanie w technice. Często stosowane są jako materiały powłokowe na różnego rodzaju podłożach. Szczególne miejsce pośród takich zastosowań zajmuje tlenek glinu Al2O3, dzięki korzystnym właściwościom fizykochemicznym i mechanicznym. Powłoki Al2O3 mogą być wytwarzane z użyciem różnych metod osadzania, takich jak: chemiczna depozycja z fazy gazowej (CVD), rozpylanie magnetronowe, natryskiwanie cieplne, czy też metody zol-żel [1÷4]. W pracy przedstawione są wyniki badań nad zmodyfikowaną metodą wytwarzania powłok tlenkowych z fazy ciekłej - metodą aerozol-żel. Jest ona modyfikacją klasycznego procesu zol-żel i polega na ultradźwiękowym generowaniu mgły aerozolu i osadzaniu go na wybranym podłożu [5]. Zaletą takiej modyfikacji jest możliwość osadzania powłok tlenkowych na podłożach o skomplikowanej lub porowatej powierzchni. Metoda ta może być użyta do wytwarzania zarówno powłok jedno- jak i wieloskładnikowych, np. SiO2, TiO2, ormosil [6÷8]. W pracy metoda aerozol-żel posłużyła do wytworzenia powłok tlenku glinu Al2O3 na podłożach krzemowych, które były następnie obrabiane cieplnie w różnej temperaturze. Wytworzone powłoki zostały następnie scharakteryzowane pod kątem morfologii powierzchni, budowy chemicznej i strukturalnej, twardości oraz adhezji. me todyka ba dawcza Do wytworzenia powłok tlenku glinu użyto zolu na bazie prekursora metaloorganicznego oraz wody. Tri-izo-propanolan glinu (Sigma- Aldrich, >98%) rozpuszczano w wodzie o temperaturze 95°C, natomiast katalizatorem był roztwór kwasu azotowego. Uzyskany roztwór koloidalny charakteryzował się kwaśnym pH (ok. 3,8) i lepkością ok. 7 cPs. Tak otrzymany zol posłużył do wytworzenia powłok Al2O3. W tym celu zbudowano reaktor realizujący podstawowe założenie metody aerozol-żel, czyli możliwość depozycji powłok z mgły aerozolu. Schematyczną budowę reaktora przedstawia rysunek 1. Zasadniczymi więcej »

Charakterystyka powłok Ti-Si-C formowanych metodą IBAD na stali 316L

AGNIESZKA TWARDOWSKA

Wytwarzanie twardych powłok ochronnych jest sprawdzoną, efektywną metodą zwiększania trwałości i żywotności narzędzi. Powłoki o wymaganej kombinacji właściwości fizykochemicznych mogą być otrzymywane jako wielofazowe jednowarstwowe lub wielowarstwowe. W obu przypadkach skład i udział objętościowy faz, a w przypadku powłok wielowarstwowych również sekwencja warstw, mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia powłoce jako całości wymaganych właściwości użytkowych. Fazy należące do układu Ti-Si-C stanowią przedmiot licznych badań, które w odniesieniu do faz podwójnych (SiC, TiC) zaowocowały aplikacjami w wielu dziedzinach przemysłu, ze względu na stabilność termodynamiczną oraz atrakcyjne właściwości fizykochemiczne. Wśród faz potrójnych z tego układu szczególnie atrakcyjnym tworzywem jest węglik tytanowo-krzemowy Ti3SiC2, ze względu na warstwową strukturę krystaliczną (heksagonalną, grupa przestrzenna P63/mmc) oraz związaną z nią niezwykłą kombinacją właściwości fizykochemicznych [1÷3]. Węglik ten, określany w literaturze jako termodynamicznie stabilny nanolaminat, czy plastyczna ceramika, zaliczany jest do faz H (Hägga), inaczej określanych jako fazy Novotnego lub fazy MAX. Grupa ta obejmuje obecnie ponad 50 związków, których stechiometrię oznacza się wzorem ogólnym Mn+1AXn, gdzie M - oznacza metal z grupy przejściowej, A - pierwiastek grupy A, głównie IIIA lub IVA, X - oznacza C lub N, n = 1, 2 lub 3 [1, 2].. Węglik tytanowokrzemowy, najlepiej poznany związek z grupy faz MAX, wykazuje właściwości typowe dla tworzyw ceramicznych, ale jednocześnie cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym, odpornością na szoki termiczne, wysokim jak na tworzywa ceramiczne współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, mikroplastycznością, możliwością obróbki mechanicznej, tj. właściwościami typowymi dla tworzyw metalicznych. W aspekcie projektowania powłok wielowarstwowych, zespół właściwości cechujących Ti3SiC2 stanowi o jego atrakcyjn więcej »

Charakterystyka powłoki SiC na stopie dentystycznym Wironit i jej wpływ na własności korozyjne w środowisku roztworu fizjologicznego NaCl

DOROTA RYLSKA MONIKA DOMARECKA JERZY SOKOŁOWSKI

Do ochrony przed korozją metalowych elementów stosowanych w protetyce dentystycznej stosowano różnego rodzaju powłoki. Obecnie w stomatologii coraz częściej stosuje się powłoki ochronne, głównie z materiałów ceramicznych, w celu poprawy tolerancji biologicznej wszczepów śródkostnych i metalowych elementów uzupełnień protetycznych [1, 2, 4, 7, 8]. Wzrost zainteresowania warstwami ceramicznymi osadzanymi na różnych materiałach podłoża obserwowany jest od wielu lat. O wykorzystaniu materiałów ceramicznych do wytwarzania powłok ochronnych zadecydowały ich wytrzymałość i dobre własności biologiczne. Prowadzone są intensywne badania nad uzyskaniem warstw o jak najlepszych własnościach, bowiem jakość wytwarzanych warstw zależy tak od własności materiałów ceramicznych, jak i metod ich osadzania na biomateriałach metalicznych [5, 6]. Spośród różnych ceramicznych powłok ochronnych osadzanych na tworzywach metalicznych, obok powłok tlenków metali mających bardzo dobre własności ochronne, coraz większe zainteresowanie budzą powłoki węglika krzemu SiC. Węglik krzemu ma znakomitą kombinację fizykochemicznych i mechanicznych własności, takich jak: duża wytrzymałość, wysoka twardość, odporność na zużycie czy też wysoka odporność na utlenianie i korozję i wyjątkowo wysokie przewodnictwo cieplne. Właściwości te zapewniły mu szerokie zastosowanie w przemyśle materiałów ogniotrwałych, chemicznym i elektrochemicznym. W ostatnich latach obserwuje się zainteresowanie węglikiem krzemu jako materiałem powłokowym. Powłoki otrzymywane z węglika krzemu pozwalają na wydłużenie żywotności pokrytych elementów, nawet w agresywnym środowisku [15÷18]. Te bardzo dobre własności węglika krzemu wynikają z silnych wiązań atomowych pomiędzy krzemem i węglem oraz budowy krystalograficznej zbliżonej do diamentu [3]. Powłoka ochronna powinna charakteryzować się wyższą odpornością korozyjną niż podłoże i stanowić jak najlepszą barierę dyfuzyjną [9÷12]. Poziom odporn więcej »

Charakterystyka warstw aluminidkowych wytworzonych metodami CVD na nadstopach niklu Inconel 625 oraz Inconel 713 LC

Maryana Yavorska Jan Sieniawski Ryszard Filip Krzysztof Krupa

Rozwój silników lotniczych związany jest z koniecznością podwyższenia ich osiągów i sprawności, zwiększenia czasu eksploatacji, niezawodności i obniżenia zużycia paliwa. Sprawność silników istotnie zależy od temperatury spalin na wlocie do turbiny. Temperatura spalin wynosi ok. 1200°C dla spalania paliwa węglowodorowego w tlenie z powietrza atmosferycznego. Barierą podwyższania temperatury gazów na wlocie do turbiny są czynniki materiałowe. Dotyczy to szczególnie odporności materiałów na pełzanie, zmęczenie cieplne, siarczkową korozję wysokotemperaturową i erozję, które są zależne od konstrukcji silnika, warunków i miejsca eksploatacji oraz jakości spalanego paliwa. Temperatura spalin na wlocie do turbiny w ciągu ostatnich 15 lat wzrosła o ok. 280°C i wynosi obecnie 1250°C (w roku 1939 - 550°C). Spowodowało to trzykrotne zwiększenie sprawności silników turbinowych. Przyjęto, że podwyższenie temperatury gazu wlotowego o 50°C zwiększa sprawność turbiny o co najmniej 4%. Powoduje również zmniejszenie zużycia paliwa i wydatku powietrza [1]. Wymagany obecnie standardowy czas eksploatacji do remontu wynosi od 5000 do 20 000 h i jest zależny od typu silnika oraz jakości paliwa. Stopy żarowytrzymałe na osnowie niklu stanowią ok. 50% ogólnej masy nowoczesnych silników [2]. Podwyższenie temperatury gazów na wlocie do turbiny w nowoczesnych silnikach zależy od stosowania w ich konstrukcji: - efektywnych systemów chłodzenia łopatek turbiny, - nadstopów niklu lub kobaltu o większej żarowytrzymałości, - dyfuzyjnych warstw ochronnych i powłokowych barier cieplnych. Dla poprawy sprawności turbin silników lotniczych przez podwyższenie temperatury ich pracy stosuje się różnego rodzaju warstwy ochronne [3÷10]. Do najczęściej stosowanych należą warstwy na osnowie aluminium: Al-Si, Al-Cr, Al-Pt, Pt-AlCr [2÷9]. Wytworzenie warstw złożonych z faz międzymetalicznych układu równowagi fazowej Ni-Al prowadzone jest najczęściej metodą kontaktowo- gazow więcej »

Charakterystyka warstw wytworzonych na spiekanej stali typu AISI 316L w warunkach wyładowania jarzeniowego

Janusz Kamiński Agnieszka Brojanowska Jan Kazior Tadeusz Wierzchoń

Spiekane austenityczne stale stopowe znajdują coraz szersze zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, elektromechanicznym czy też w medycynie. Przyjmuje się obecnie, że ok. 1% masy samochodu (ok. 10 kg) stanowią spieki. Wykorzystuje się je jako elementy silnika, układu napędowego, hamulcowego, wydechowego czy też zawieszenia (np. pompy paliwowe, łożyska samosmarne, klocki hamulcowe, czujniki stężenia tlenu czy też czujniki układu ABS) [1, 2]. W medycynie spieki mają zastosowanie jako implanty kości oraz elementy endoprotez stawów skokowych [3]. Wzrost wykorzystania metalicznych materiałów porowatych jest jednakże ograniczany z uwagi na zmniejszoną odporności korozyjną w porównaniu z materiałami litymi. Jest to związane z typową dla spieków porowatością otwartą, zwiększającą znacząco powierzchnię aktywną będącą w kontakcie ze środowiskiem korozyjnym. Korozja szczelinowa, typowa dla spieków [4], występuje w porach, gdzie możliwe jest tworzenie się tlenowych ogniw stężeniowych i redukcja warstewek pasywnych wewnątrz spieków. Jest szczególnie niebezpieczna w środowiskach chlorkowych (m.in. w płynach fizjologicznych), jak również w kwasach organicznych [5]. Aby zwiększyć właściwości mechaniczne elementów wykonanych ze spieków stali austenitycznych, poddaje się je różnym obróbkom powierzchniowym, m.in. procesom azotowania czy tlenoazotowania jarzeniowego. Mechanizmy tworzenia warstw powierzchniowych w procesach obróbek jarzeniowych spieków mogą różnić się od mechanizmów występujących dla materiałów litych. Procesy dyfuzyjne, występujące w trakcie azotowania jarzeniowego, są intensywniejsze dla spieków stali typu 316L ze względu na istnienie porowatości otwartej, będącej drogą łatwej dyfuzji dla aktywnych atomów i jonów azotu znajdujących się w plazmie wyładowania jarzeniowego [6]. Te wszystkie czynniki wpływają na konieczność modyfikacji parametrów obróbek jarzeniowych stosowanych dla stali austenitycznej w stanie litym. Aby zwięk więcej »

Charakterystyka właściwości fizykochemicznych proszków węglowych pod kątem ich zastosowania w przemyśle farmaceutyczno-kosmetycznym

Mirella Batory Małgorzata Czerniak-Reczulska Jamiy Dashdorj Mary ElLen Zvanut Piotr Niedzielski

Codzienna piel.gnacja skory to nieustannie nowe wyzwania, ktore zmieniaj. si. na coraz wy.sze wraz z wiekiem cz.owieka. Ka.dy pragnie zachowa. zdrowy i pi.kny wygl.d, aby skora l.ni.a jak najcenniejszy kamie. .wiata . diament. Zapotrzebowanie rynku kosmetyczno- farmaceutycznego ci.gle si. zmienia. Jaki. czas temu zachwycano si. produktami kosmetycznymi ze z.otem czy srebrem, a wykorzystywane one by.y ju. w staro.ytno.ci [1, 2]. Obecnie na rynku kosmetyczno-farmaceutycznym i medycznym dominuj. preparaty zawieraj.ce w swoim sk.adzie nanocz.stki. Dzi.ki temu uzyskuje si. najwi.ksz. powierzchni. czynn. i du.e mo.liwo.ci wch.aniania substancji czynnych (aktywnych). Do produkcji kosmetykow wykorzystywane jest nanosrebro, nanoz.oto, nanomied. i nanoplatyna. Nowo.ci. na rynku jest nanowoda (rozbite du.e skupiska cz.steczek wody na niewielkie, uporz.dkowane grupy tzw. nanoklastery) [3]. Dlaczego nie zastosowa. nanokrystalicznego diamentu? Diament na d.ugowieczno..? A mo.e rownie. amorficzny w.gielc? W.giel jako biomateria. wykorzystywany jest od dawna, jako biozgodna bariera dla jonow metali uczulaj.cych na powierzchniach implantow medycznych [4€7]. Osobn. grup. stanowi. proszki w.glowe. Istnieje szereg metod wytwarzania proszkow w.glowych. Zak.adaj. one wykorzystanie procesow CVD (Chemical Vapour Depostion) lub fali uderzeniowej do syntezy nano- b.d. mikrometrowej wielko.ci ziaren. W zale.no.ci od metody syntezy oraz parametrow procesu mo.na uzyska. proszki o zro.nicowanych w.a.ciwo.ciach i sk.adzie fazowym [8, 9]. Obecnie w wielu o.rodkach na .wiecie, w tym rownie. w Instytucie In.ynierii Materia.owej Politechniki .odzkiej, prowadzone s. badania dotycz.ce charakterystyki oraz modyfikacji powierzchni warstw, a tak.e proszkow w.glowych w aspekcie zastosowania ich w medycynie [4€8, 10€12]. Nowym kierunkiem wydaj. si. by. rownie. badania wp.ywu proszkow w.glowych na ekspresj. genow [13]. Istniej więcej »

Charakterystyka właściwości tribologicznych warstw azotowanych na stali konstrukcyjnej

Jolanta Baranowska Kazimierz Szczeciński MieczysŁaw Wysiecki JarosŁaw Bielawski

Elementy .lizgowe maszyn pracuj.cych w gornictwie czy budownictwie s. cz.sto nara.one na z.o.one oddzia.ywanie .rodowiska. Sk.adaj. si. na nie nast.puj.ce czynniki: a) wysokie naciski jednostkowe wynikaj.ce z obci..e. ca.kowitych, b) obci..enia zmienne o udarowym charakterze dzia.ania, c) intensywne zu.ycie .cierne wywo.ane warunkami pracy (py.y, kurz, piasek itd., cz.sto o du.ym stopniu rozdrobnienia), d) agresywne oddzia.ywanie .rodowiska korozyjnego, e) niedostateczne smarowanie wynikaj.ce z nierownomiernej pracy oraz braku zabiegow konserwuj.cych. Stan warstwy wierzchniej tego typu elementow decyduje o przed.u.eniu ich .ywotno.ci i zapewnieniu bezpiecze.stwa u.ytkowania. Podstawow. technologi. stosowan. w cz..ci elementow, np. .o.ysk pier.cieniowych si.ownikow pracuj.cych w takich warunkach, jest hartowanie. Podnosi ono twardo.. warstwy powierzchniowej i spe.nia wymagania technologiczne dla tego typu wyrobow w przypadku mniej obci..onych podno.nikow hydraulicznych (np. w podno.nikach samochodowych czy wozkach wid.owych). Wzrost obci..enia oraz pojawienie si. dodatkowych czynnikow, takich jak korozja czy zu.ycie .cierne, powoduje wzrost intensywno.ci zu.ycia pracuj.cych cz..ci. Elementy takie jak tuleje cz.sto wykonywane s. z br.zu. Poprawia to ich tribologiczne warunki pracy przez zmniejszenie wspo.czynnika tarcia. Jednak w warunkach wysokich obci..e. jednostkowych materia. podlega intensywnemu zu.yciu. Poza tym znacznie wzrasta koszt ca.ej konstrukcji. Dlatego wskazane jest zast.pienie elementow wykonywanych z br.zu ta.szymi elementami stalowymi, poddanymi obrobce powierzchniowej. Pewn. popraw. uzyskuje si., stosuj.c warstwy azotowane. Jednak.e z.o.ony i wysoki stan napr..e. podczas pracy oraz warunki tribologiczne w tego typu po..czeniach .lizgowych wymagaj. zastosowania warstw o z.o.onej budowie . warstw kompozytowych. Warstwy tego typu więcej »

Charakterystyka wybranych właściwości cieplnych proszków ceramicznych typu RE2Zr2O7

Grzegorz Moskal

Nowoczesne konstrukcje silników, jak również rozwój technologii, prowadzą do ewolucji wielu nowych powłok oraz do udoskonalania powłok już wcześniej stosowanych. W części gorącej silnika, obejmującej obszar komory spalania i turbinę, stosuje się powłokowe bariery cieplne, tzw. TBC (thermal barrier coatings) oraz wysokotemperaturowe powłoki uszczelniające. Otrzymywanie ceramicznych powłok barierowych na elementach silników lotniczych i turbin gazowych jest powszechnie stosowane za pomocą natryskiwania cieplnego. Powłoki barierowe TBC zbudowane są z zewnętrznej strefy ceramicznej, najczęściej YSZ (ZrO2·Y2O3) i międzywarstwy typu MCrAlY (M = Ni, Co, Fe). Mała wartość przewodnictwa cieplnego charakterystyczna dla materiałów ceramicznych powoduje obniżenie temperatury w strefie połączenia z materiałem międzywarstwy, który odpowiada za zwiększenie odporności na utlenianie i hot corrosion [1]. Jako główny materiał warstwy ceramicznej stosowany jest obecnie tlenek cyrkonu modyfikowany tlenkiem itru (YSZ). Wykazuje on wiele pożądanych właściwości [2÷4]: - wysoką temperaturę topnienia, ok. 2700°C, - jeden z najniższych wśród tworzyw ceramicznych współczynników przewodnictwa cieplnego rzędu 2,3 Wm-1K-1 (zmniejszenie temperatury powierzchni podłoża, zwiększenie temperatury pracy, zmniejszenie grubości warstwy ceramicznej), - wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej 11·10-6°C-1, co zmniejsza naprężenia wynikające z różnic w rozszerzalności cieplnej pomiędzy metalicznym podłożem, a ceramicznym pokryciem, - małą gęstość - 6,4 g/cm3, co pozwala na obniżenie masy turbiny, - niski moduł sprężystości E = 50 GPa, co pozwala na redukowanie naprężeń cieplnych, - wysoką twardość rzędu 14 GPa, co czyni YSZ materiałem odpornym na erozję i uderzenia. Mimo iż warstwy barierowe TBC bazujące na ceramice typu YSZ są stosowane już od ponad 30. lat, nadal trwałość jest ich zasadniczym problemem, ograniczającym szersze stosowanie. Ze względu więcej »

Cienkowarstwowe półprzewodnikowe czujniki gazów

Agnieszka Kopia

Czujnik do wykrywania i pomiaru stężeń gazów powinien charakteryzować się odpowiednio dużą czułością, selektywnością, krótkim czasem odpowiedzi i stabilnością [1]. Wymagania te spowodowały szybki rozwój badań nad półprzewodnikowymi czujnikami gazowymi. Spełniają one większość tych wymagań, a ich atrakcyjność spowodowana jest dodatkowo prostotą ich budowy i niskimi kosztami produkcji. Materiałem gazoczułym mogą być zarówno półprzewodniki nieorganiczne, jak i organiczne. Do półprzewodników nieorganicznych zalicza się pierwiastki (np. Si, Pt, Pd), tlenki binarne metali przejściowych, związki o strukturze perowskitu oraz nadprzewodniki wysokotemperaturowe (tab. 1). Jednym z kierunków badań są prace prowadzone nad uzyskaniem czujników zespolonych, charakteryzujących się dużą selektywnością. System taki powinien składać się z kilku czujników, mogących jednocześnie być stosowanymi do detekcji więcej niż jednego gazu (rys. 1). Przy konstrukcji takich czujników ważne jest, aby materiał gazoczuły nie reagował jednakowo na badane gazy, czyli poszukuje się takich materiałów, w których własności elektryczne zmieniają się pod wpływem atmosfery w sposób wyraźny. Nanokrystaliczne tlenki ceru, cyny, rutenu czy wolframu mogą być stosowane jako jeden z takich materiałów. Przemawiają za tym ich właściwości. W podwyższonej temperaturze i w atmosferze o małej zawartości tlenu CeO2-x łatwo się redukcje i staje się niestechiometryczny w zakresie 0 < x < 0,5 [3]. Może być więc stosowany w reakcjach z takimi gazami, jak: NOx, CH4, CO i SO2. Dwutlenek rutenu o uprzywilejowanej orientacji krystalograficznej (110) ma lepsze własności katalityczne ze względu na obecność większej liczby miejsc aktywnych dzięki obecności nie w pełni skoordynowanej liczby atomów rutenu przez atomy tlenu. Charakteryzuje się także długim czasem pracy ciągłej [4]. Czujniki takie otrzymuje się głównie przez naparowanie metodami fizycznymi (PVD, PLD), osadzanie metodami CVD lub m więcej »

Dyfuzyjne warstwy azotków na stopie magnezu AZ91D wytwarzane metodą hybrydową - mikrostruktura i właściwości

Michał Tacikowski Tomasz Borowski Konrad Cymerman Janusz Kamiński JERZY Smolik Tadeusz Wierzchoń

Nadzwyczaj aktualną tendencją staje się obecnie dążenie do szerszego niż dotychczas wykorzystania w technice lekkich materiałów, a w szczególności najlżejszych spośród nich stopów magnezu, w takich obszarach zastosowań, w których umożliwi to osiągnięcie istotnego zmniejszenia zużycia energii i paliw. Dotyczy to w szczególności motoryzacji, transportu lądowego i morskiego, maszyn i wszelkiego rodzaju sprzętu mechanicznego. Konieczność zmniejszenia masy wyrobów w tych obszarach wynika z wyzwań współczesnej cywilizacji, zmierzających do ograniczenia zanieczyszczenia środowiska naturalnego przez obniżenie emisji produktów spalania do atmosfery oraz zmniejszenie tempa eksploatacji wyczerpujących się zasobów kopalnych źródeł energii i innych surowców. Istotną przeszkodą dla ekspansji stopów magnezu, w szczególności do nowych jakościowo rodzajów zastosowań w warunkach zwiększonych narażeń eksploatacyjnych, takich jak ruchome części silników, maszyn i urządzeń mechanicznych i elementy zewnętrzne narażone korozyjnie, są ich niskie własności użytkowe w zakresie odporności na zużycie przez tarcie i korozję. Kluczowym dla konkurencyjności stopów magnezu jest zatem poszukiwanie metod inżynierii powierzchni umożliwiających wystarczające zwiększenie właściwości użytkowych stopów magnezu w tym zakresie. Dotychczasowe rozwiązania zmierzające w tym kierunku opierają się na wykorzystaniu w tym celu powłok, odpornych na zużycie przez tarcie i korozję azotków chromu, tytanu, czy cyrkonu, wytwarzanych metodami PVD [1÷9]. Powłoki te podwyższają odporność na zużycie przez tarcie, ale wadą ich pozostaje niewystarczająca szczelność, a w konsekwencji słaba odporność na korozję oraz adhezyjny charakter wiązania z podłożem stwarzający ryzyko złuszczania powłok pod wpływem dużych nacisków. Sugerowaną przez autorów alternatywą jest wytwarzanie za pomocą metody hybrydowej warstw azotków o charakterze dyfuzyjnym. Istotą proponowanego rozwiązania hybrydowego więcej »

Innowacyjna technologia obróbki cieplno-chemicznej elementów przekładni zębatych stosowanych w lotnictwie

Bartłomiej Januszewicz Krzysztof Jakubowski Piotr Kula Robert Pietrasik Antoni Rzepkowski Adam Rzepkowski

W nowoczesnych systemach przenoszenia napędu współpracujących z silnikami turbinowymi wykorzystywanymi w przemyśle lotniczym zarówno wojskowym, jak i cywilnym do napędu śmigłowców i samolotów śmigłowych stosowane są materiały umożliwiające redukcję masy przy zapewnieniu wysokiej niezawodności konstrukcji. Koła zębate wykonane ze stopów żelaza powinny charakteryzować się wysoką odpornością na zużycie o charakterze zmęczeniowym, stabilnością struktury podczas pracy w podwyższonej temperaturze i odpornością warstwy wierzchniej na zużycie o charakterze pittingowym. Koła zębate nowoczesnych zespołów napędowych współczesnych samolotów pracują w skrajnie niekorzystnych warunkach, przenosząc bardzo wysokie momenty obrotowe, pracując z prędkościami dochodzącymi do kilkudziesięciu tysięcy obrotów na minutę. Ponadto należy przewidywać sytuacje awaryjne, takie jak brak środka smarnego. W konstrukcjach stosuje się zarówno typowe stale do nawęglania, jak również stale specjalnie opracowane w ostatnich latach w celu sprostania wzrastającym wymaganiom wytrzymałościowym stawianym kołom zębatym oraz wymaganiom nowoczesnych technologii obróbkowych, jak nawęglanie próżniowe. Stale specjalne Głównymi składnikami stopowymi stali specjalnych są: chrom (11÷18% masy) i molibden (0,5÷4,5% masy) oraz w zależności od gatunku: nikiel (0,2÷4% masy, ale również 6÷13%), wanad (0,1÷1,5% masy), a w niektórych kobalt (10÷18% masy). W przypadku stali wysokostopowych głównym składnikiem stopowym jest molibden (3÷5% masy) lub zamiennie wolfram, chrom (0,2÷4,5%), nikiel (0,2÷3,5%), wanad więcej »

Jubileusz 75-lecia Profesora Tadeusza Burakowskiego

Tadeusz Burakowski urodził się 1 sierpnia 1934 r. w Warszawie. W wieku 22 lat ukończył studia magisterskie na Wydziale Sprzętu Mechanicznego Politechniki Warszawskiej, w wieku 39 lat uzyskał stopień naukowy doktora nauk technicznych na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej, w wieku 43 lat uzyskał tamże stopień doktora habilitowanego za rozprawę "Emisyjność oporowych stopów grzejnych", która została wyróżniona I Nagrodą Wydziału IV PAN. W wieku 44 lat został docentem, a w wieku 51 lat - profesorem tytularnym. W ciągu 54 lat pracy zawodowej, 49 lat pracował (i pracuje nadal) w przemysłowym Instytucie Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie na różnych stanowiskach: asystenta, inżyniera laboratoryjnego, adiunkta, docenta, profesora zwyczajnego i pełnił różne funkcje: kierownika pracowni, zastępcy dyrektora ds. naukowych (1968÷89 r.), pełnomocnika dyrektora ds. działalności statutowej (od 1994 r.). Doceniając wagę współpracy nauki i szkolnictwa z przemysłem Prof. T. Burakowski podjął dodatkowo w 1991 r. pr więcej »

Jubileusz 80-lecia Profesora Zdzisława Hasia

Zdzisław Haś urodził się 22 października 1930 r. w Kamieńsku. Tytuł inżyniera uzyskał w 1954 r. na Wydziale Mechanicznym Politechniki Łódzkiej, zaś w 1956 rozpoczął pracę na stanowisku asystenta w Katedrze Metaloznawstwa i Obróbki Cieplnej PŁ. W 1962 r. uzyskał stopień doktora nauk technicznych na podstawie rozprawy pt. "Cyjanonasiarczanie stali szybkotnącej", zaś w roku 1968 stopień doktora habilitowanego nauk technicznych za rozprawę pt. "Badania nad efektem Rebindera i współczynnikiem tarcia przy procesach obróbki plastycznej metali". W ramach rozprawy opracował oryginalną metodę badań współczynnika tarcia w procesie ciągnienia, którą nazwał "metodą powtórnego ciągnienia", która w literaturze znana jest pod jego nazwiskiem. Udowodnił, że w procesach ciągnienia prętów metalowych efekt Rebindera nie przejawia przypisywanego mu w literaturze oddziaływania. W 1968 roku z więcej »

Komputerowe wyznaczanie twardości warstwy wierzchniej w kołach zębatych po procesie nawęglania próżniowego i hartowania gazowego

PIOTR KULA Radomir Atraszkiewicz Emilia Wołowiec

Nawęglanie próżniowe z następującym po nim hartowaniem gazowym znajduje coraz szersze zastosowanie w przemyśle maszynowym i samochodowym. Typowymi elementami obrabianymi tą technologią są detale, takie jak koła zębate i wałki wielowypustowe. Ze względu na złożoność ich geometrii, wyniki obróbki dla poszczególnych miejsc przekroju nie mogą być określone uśrednionym wynikiem. Dopiero dokładne opracowanie modelu pozwala na wyznaczenie profilu twardości w charakterystycznych punktach geometrii, z uwzględnieniem szybkości chłodzenia i profilu warstwy nawęglonej. W artykule przedstawiono założenia teoretyczne i praktyczne potrzebne do zbudowania symulatora twardości warstwy wierzchniej elementów uzębionych w gazie pod wysokim ciśnieniem po procesie nawęglania próżniowego. Następnie opisano sposób pracy programu i wykazano poprawność jego działania przez weryfikację profili twardości wyznaczonych przez moduł SimHard? z profilami twardości uzyskanymi na drodze doświadczalnego badania warstwy wierzchniej nawęglonych i zahartowanych kół zębatych. Końcowe wnioski przedstawiono w sekcji Podsumowanie. mode l chłodzenia w gazach pod wysokim ciśnieniem W pierwszym etapie prac zbudowano kompleksowy model chłodzenia w gazach pod wysokim ciśnieniem, uwzględniający zjawiska i procesy mające bezpośredni wypływ na przebieg chłodzenia elementu w medium chłodzącym [1]. W tym celu: - opisano zjawiska towarzyszące chłodzeniu wsadu w komorze pieca do nawęglania próżniowego i opracowano sposób wyznania parametru ξ definiującego intensywność oziębiania wsadu, - wyznaczono parametr charakteryzujący piec α(t), uwzględniając zarówno parametry konstrukcyjne pieca, jak i pola prędkości gazu w komorze [2, 3], - określono wpływ rodzaju materiału (skład chemiczny, właściwości fizyczne) na właściwości uzyskane po obróbce cieplnochemicznej, - opisano wpływ kształtu, masy i powierzchni wsadu na intensywność oziębiania, - opracowano model matematyczny więcej »

Kryterium oceny wytrzymałości powłok PVD na udarowe obciążenia

ALICJA KRELLA

Powłoki PVD są obecnie szeroko stosowane, przede wszystkim jako powłoki ochronne w przemyśle narzędziowym, jak również w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym [1, 2]. Główne zalety tych powłok to: wysoka twardość, wysoka na odporność na ścieranie przy stosunkowo dobrej plastyczności oraz dobra wytrzymałość zmęczeniowa, np. pitting, fretting i dobra odporność na wysoką temperaturę [3÷9]. Własności te są szczególnie ważne przy dynamicznych i udarowych obciążeniach, które często występują w urządzeniach. Powłoki PVD przyczyniają się do wydłużenia bezawaryjnego czasu pracy elementów, na które zostały nałożone. Niemniej jednak ulegają one stopniowej degradacji przez odkształcenie, inicjację i rozwój mikropęknięć [10÷16]. Prowadzone badania tribologiczne [17÷19], odporności na erozję [19÷21], kawitację [15, 16, 22] czy wytrzymałości zmęczeniowej [23÷25] potwierdziły ich własności ochronne, jednak widoczny jest brak porównawczego parametru wytrzymałości tych powłok na lokalne dynamiczne obciążenia. Odkształcenie materiałów powłokowych, inicjacja i rozwój pęknięć, jak również mechanizm degradacji materiałów w warunkach obciążenia udarowego są cały czas przedmiotem prac badawczych [26, 27]. Tego rodzaju obciążenia należą do najbardziej niebezpiecznych z powodu zmiany mechanizmu niszczenia z plastycznego w kruchy wraz ze wzrostem szybkości obciążania. Na zachowanie się materiału ma ponadto wpływ wielkość obszaru obciążonego, czas trwania obciążenia, temperatura odkształcania, częstotliwość obciążania, jak również własności samego badanego materiału [28, 29]. W przypadku materiałów powłokowych na mechanizm odkształcenia i degradacji wpływają ponadto własności podłoża oraz wzajemne interakcje podłoża i powłoki. Celem pracy jest dokładna analiza mechanizmu niszczenia powłok wytwarzanych metodą PVD oraz propozycja kryterium oceny wytrzymałości powłok PVD na lokalne, dynamiczne obciążenia. MAT ERIAŁ I METO DYKA BA DAŃ Badania wytrzymałości więcej »

Kształtowanie odporności korozyjnej i odporności na zużycie przez tarcie stali martenzytycznej AISI 420F w niskotemperaturowych procesach azotowania jarzeniowego

Tomasz Borowski Agnieszka Brojanowska Jacek Rudnicki Tadeusz Wierzchoń

Stosowane obecnie w przemy.le gatunki stali nierdzewnej w wielu przypadkach nie spe.niaj. w pe.ni wymogow stawianych materia.om konstrukcyjnym. Wysok. odporno.. korozyjn. zapewniaj. stale austenityczne [1€4], natomiast stale martenzytyczne wykazuj. dobr. wytrzyma.o.. na rozci.ganie [5, 6]. Dobr. odporno.ci. korozyjn. i w.a.ciwo.ciami wytrzyma.o.ciowymi charakteryzuje si. m.in. stal po.ferrytyczna AISI 410 [7], stosowana na przyk.ad na .opatki turbin parowych, zawory pras hydraulicznych, sworznie, nakr.tki. Z kolei gatunki stali martenzytycznej AISI 420 i AISI 431 [8, 9], od ktorych wymaga si. wi.kszej twardo.ci oraz wytrzyma.o.ci, stosuje si. g.ownie na wa.y, d.awice, spr..yny, cz..ci maszyn i form do odlewow ci.nieniowych. S. to jedne z najcz..ciej stosowanych gatunkow stali w przemy.le. Jednak.e materia.y te cz.sto zawodz. w sytuacjach, gdzie wymagana jest dobra odporno.. na zu.ycie przez tarcie oraz odporno.. korozyjna. Zwi.kszenie twardo.ci, odporno.ci na zu.ycie przez tarcie oraz odporno.ci korozyjnej przez wytworzenie warstw powierzchniowych w znacz.cy sposob mo.e zwi.kszy. trwa.o.. elementow pracuj.cych w trudnych warunkach. Wytworzenie warstw dyfuzyjnych w procesach niskotemperaturowego azotowania, tj. w temperaturze 350€400‹C, w warunkach wy.adowania jarzeniowego pozwala na zwi.kszenie twardo.ci oraz zwi.kszenie odporno.ci na zu.ycie przez tarcie w po..czeniu ze wzrostem odporno.ci korozyjnej stali martenzytycznej [10, 11]. W niskotemperaturowych procesach <400‹C w strefie wierzchniej stali azotowaniu poddawany jest martenzyt. Nie ulega on przemianie w austenit ƒÁN, b.d. ferryt azotowy ƒżN, obni.aj.cy wska.niki wytrzyma.o.ciowe i odporno.. na zu.ycie przez tarcie w porownaniu z umocnionym roztworowo martenzytem ƒżŚN. W tej temperaturze nie wyst.pi tak.e proces wydzielania niekorzystnych, obni.aj.cych odporno.. korozyjn., w.glikow lub azotkow chromu. W więcej »

Kształtowanie struktury i własności stali 41CrAlMo7-10 w procesie azotowania jarzeniowego w porównaniu z azotowaniem gazowym i fluidalnym

Tadeusz Frączek Józef Jasiński Leopold Jeziorski

Dynamiczny rozwój techniki stwarza konieczność zwiększania wymagań stawianych współcześnie produkowanym materiałom w zakresie właściwości wytrzymałościowych i użytkowych. Coraz większe wymagania stawiane technologom i konstruktorom odnośnie do uszlachetniania materiałów sprawiły, że preferowane są te z metod obróbki cieplnej i powierzchniowej, które oprócz poprawy trwałości eksploatacyjnej i małych kosztów eksploatacyjnych są metodami o niskiej energochłonności i dużej "czystości" z ekologicznego punktu widzenia [1, 2]. Jedną z metod polepszenia własności warstw wierzchnich materiałów jest azotowanie. Do najczęściej stosowanych technologii azotowania należą: azotowanie jarzeniowe, gazowe azotowanie regulowane oraz azotowanie fluidalne. Z wymienionych technologii najbardziej rozpowszechnione jest azotowanie gazowe, natomiast dwie pozostałe technologie wykorzystywane są w przypadkach, gdy w procesach gazowych nie można osiągnąć założonych efektów lub jest to trudne i nieekonomiczne. Atrakcyjność regulowanego azotowania gazowego spowodowana jest przede wszystkim powtarzalnością założonych własności warstw wierzchnich uzyskiwanych na azotowanych stalach, jak również łatwością regulacji procesu azotowania gazowego. Stosowane nadal w praktyce przemysłowej jest również azotowanie fluidalne. Przydatność złóż fluidalnych związana jest z następującymi ich właściwościami: wysoki współczynnik przenoszenia masy, wysoki współczynnik wymiany ciepła, duża jednorodność temperaturowa. Prowadzenie procesu azotowania w złożu fluidalnym pozwala na uzyskanie warstwy dyfuzyjnej w czasie kilkakrotnie krótszym oraz przy mniejszych nakładach inwestycyjnych w porównaniu z innymi metodami. Wyładowanie jarzeniowe stosowane jest w procesach azotowania od szeregu lat w skali przemysłowej. Procesy obróbki cieplno-chemicznej w warunkach wyładowania jarzeniowego należą do grupy technologii inżynierii powierzchni wykorzystujących aktywację elektryczną środowi więcej »

Kształtowanie struktury i właściwości warstw azotku chromu wytwarzanego w warunkach wyładowania jarzeniowego

JERZY ROBERT SOBIECKI TADEUSZ WIERZCHOŃ

Wiele związków organicznych chromu jest używanych w charakterze lotnych prekursorów do wytworzenia warstw chromowych metodami MOCVD. Związki te mogą być odpowiednio sklasyfikowane w zależności od energii wiązań podstawników z chromem. Przykładami takich podstawników są grupy karbonylowe, diketony, amidki, cyklopentadieny, grupy aromatyczne i grupy alkilowe [1]. Dla prekursorów metaloorganicznych, w których zachodzi proces rozpadu homologicznego, zwłaszcza głównej grupy składnika, obserwuje się tendencje do zależności temperatury osadzania od stabilizacji podstawników: im wyższa stabilizacja podstawników, tym niższa energia dysocjacji wiązań metal-podstawnik i także niższa temperatura osadzania. W pracy [1] porównywano sposoby dozowania prekursorów chromowych w celu wytworzenia azotku chromu. Zastosowano pojedyncze źródło chromu, jak również mieszaninę różnych związków. Pojedyncze źródło prekursora metaloorganicznego pozwala na dobrą kontrolę składu fazy gazowej, zwiększa strefę osadzania, upraszcza konstrukcję pieca i warunki procesu. Ideałem jest, aby prekursor swoim składem chemicznym był zbliżony do wytwarzanej powłoki. Wiązania pomiędzy składnikami rdzenia muszą być mocniejsze niż pomiędzy rdzeniem a podstawnikiem organicznym chromu z zastosowaniem związku tetrakis(dialkiloamidku) chromu i amoniaku [1]. Spośród związków chromu węgliki i azotki z powodu ich wysokiej twardości, wysokiej temperatury topnienia, dobrej odporności na zużycie przez tarcie, a także dobrej odporności korozyjnej są najczęściej wymieniane, jako materiały do ochrony elementów stalowych. Warstwy azotku chromu, który charakteryzuje się także wysoką żaroodpornością, wytwarza się głównie metodami PVD [2÷5]. Na Wydziale Inżynierii Materiałowej opracowano technologię wytwarzania tej warstwy przez połączenie metody chromowania galwanicznego i azotowania jarzeniowego [6] Ze względu na aspekt ekologiczny proces chromowania galwanicznego zgodnie z dyrektywą U więcej »

Kształtowanie własności chłodzących tradycyjnych ośrodków hartowniczych przez dodatek nanocząstek CuO

Wojciech Gęstwa Małgorzata Przyłęcka Piotr Sysak

Nanofluid jest nowatorskim płynem przewodzącym ciepło, przygotowanym przez dyspersję cząsteczek stałych wielkości nanometrycznej w tradycyjnym płynie przewodzącym ciepło, takim jak woda lub glikol etylenowy, w celu zwiększenia przewodności cieplnej [1]. Na przykład, gdy rozproszy się 0,3% nanocząsteczek miedzi w glikolu etylenowym, można zaobserwować około 40% przyrost przewodzenia cieplnego [2]. Tlenki metalu, takie jak tlenek aluminium czy tlenek tytanu, mogą również być użyte do tego celu, nawet pomimo tego, że wzrost wielkości przewodnictwa ciepła nie jest tak duży, jak w przypadku cząsteczek CuO [3, 4, 7, 8]. Skuteczność przewodnictwa ciepła zależy od liczby rozproszonych cząsteczek, rodzaju materiału, kształtu cząsteczek. Przed zastosowaniem nanofluidu spodziewano się, że przekaz ciepła może być wzmocniony przez rozpraszanie mikronowych cząsteczek. Jednak płyn z mikronowymi cząsteczkami powodował problemy wynikające z osiadania i zatykania [5]. Stwierdzono, że płyn z mikronowymi cząstkami nie był wystarczająco skuteczny. Od momentu wprowadzenia koncepcji nanofluidu przez autorów pracy [2], podjęto wiele prób zrozumienia mechanizmu poprawy przewodzenia ciepła wraz z eksperymentalnymi pomiarami przewodności termicznej nanofluidów i metodami ich wykorzystania. Jednakże nie było żadnego ustalonego mechanizmu dla zwiększenia przewodnictwa ciepła. Powód tego może wynikać z trudności spowodowanych przez to, że przewodzenie ciepła pomiędzy cieczą bazową a cząsteczkami występuje, gdy cząstki znajdują się w chaotycznym ruchu Browna. Ponadto w zależności od warunków przepływu i charakteru chemicznego cząsteczek, stan rozproszenia może być różny. A więcej »

Kształtowanie właściwości biologicznych implantowanej jonami wapnia dyfuzyjnej warstwy fosforku tytanu wytworzonej na stopie Ti6Al4V

Tomasz Truszkowski Bogusław Rajchel Elżbieta Czarnowska Tadeusz Wierzchoń

Rozwój inżynierii biomedycznej przyczynił się do sformułowania specyficznych wymagań dla biomateriałów. Z tych powodów w implantologii coraz szersze zastosowanie znajdują stopy tytanu. Łączą one w sobie dobre właściwości mechaniczne, przy stosunkowo niskiej gęstości oraz dobrej odporności korozyjnej i biozgodności. Jednak stosowanie stopów tytanu komplikują względnie niska odporność na zużycie przez tarcie oraz przechodzenie składników stopu do otaczającego implant środowiska biologicznego, tzw. zjawisko metalozy, które - co należy podkreślić - zachodzi mniej intensywnie niż w przypadku innych powszechnie stosowanych biomateriałów metalicznych [1÷3]. Naturalnym kierunkiem badań, mającym na celu wyeliminowanie negatywnych efektów związanych z przechodzeniem składników stopowych do otaczających implant tkanek, jest wytwarzanie nowych stopów. Stąd bardzo silne zainteresowanie współczesnej medycyny stopami bezwanadowymi, gdzie stosuje się pierwiastki stopowe, takie jak: niob, tantal, cyrkon. Pierwiastki te z powodzeniem stabilizują fazę β w stopach dwufazowych (jest to główny czynnik stosowania wanadu). Wynikiem tych badań są stopy typu: Ti15Mo5Zr3Al, Ti6Al2Nb1Ta, Ti6Al7Nb oraz stopy pozbawione glinu: Ti15Zr4Nb4Ta i z przeznaczeniem na zastosowania w alloplastyce stawowej stopy o niskim module sprężystości (rzędu 60 GPa): Ti35Nb5Ta7Zr, Ti13Nb13Zr [2, 3]. Stopy te charakteryzują się wysoką biotolerancją oraz dobrymi właściwościami mechanicznymi, a ich odporność korozyjna przewyższa stosowane obecnie w medycynie stopy tytanu, jak np. Ti6Al4V [1]. Procesy metalozy można niwelować także metodami inżynierii powierzchni. Odpowiednio zaprojektowana obróbka, w wyniku której uzyska się zakładaną zmianę mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego warstwy wierzchniej, wpływa na znaczącą poprawę biozgodności implantu w stosunku do stanu wyjściowego [4, 5]. Nowym kierunkiem rozwoju inżynierii powierzchni, również w przypadku aplikacj więcej »

Laser boriding of carburized steel

MICHAŁ KULKA ALEKSANDRA PERTEK NATALIA MAKUCH

Boriding being a thermochemical process is widely used for boridetype coating. This process generally results in the formation of FeB and Fe2B needle-like microstructure at the surface. The presence of iron borides formed on the steels surfaces increases largely their hardness (up to 2000 HV), wear resistance and corrosion resistance [1÷7]. The main disadvantage of boriding is the brittleness of borided layers, especially of FeB boride [3, 5, 7]. There are several factors that cause the brittleness of borided layers: first, the FeB and Fe2B have high hardness; second, a large hardness gradient exists between the borided layer and the substrate. Many methods can decrease the brittleness of the boride layers. Three main are: obtaining a single-phase Fe2B layer [6, 7]; the production of multicomponent and complex borided layers [8÷17] and laser heat treatment (LHT) after boriding [18÷26]. The borocarburizing process [12÷16, 27] leads to the formation of multicomponent layers (B-C) by tandem diffusion processes: precarburizing and boriding. These layers are characterized by improved properties, especially increased abrasive wear resistance and increased low-cycle fatigue strength in comparison with typical borided layers. In recent years, laser technology has been widely used in many processes: the heating of materials by laser beam, laser heat-treatment (LHT), laser welding, laser overlaying, laser alloying and synthesis of materials by laser beam [28, 29]. The laser boriding process has been widely developed [30÷33], too. In this paper the laser alloying by boron was used in order to formation of gradient boride layers. The laser boriding, instead of diffusion process, was carried out after diffusion carburizing. The microstructure, microhardness profiles and abrasive wear resistance were investigated and compared with these properties obtained in the case of typical borided or borocarburized layers. EXPERIM ENTAL PROC EDUR E więcej »

Metody modyfikacji powierzchni narzędzi ze stali szybkotnącej do obróbki drewna oraz materiałów drewnopodobnych

Mateusz Fijałkowki Zbigniew Rożek Damian Batory Petr Loudaz

Na prze.omie ostatnich dziesi.cioleci nast.pi. intensywny rozwoj przemys.u zwi.zanego z obrobk. drewna oraz materia.ow drewnopodobnych. W tym kontek.cie niezwykle istotna okaza.a si. optymalizacja procesow technologicznych oraz zastosowanie nowoczesnych rozwi.za. w budowie obrabiarek. Czynniki te umo.liwi.y wprowadzenie automatyzacji procesow produkcyjnych, w ktorych niezwykle wa.n. rol. odgrywaj. cechy u.ytkowe stosowanych narz.dzi obrobczych. W procesie ich kszta.towania nale.y zwroci. uwag. na niezwykle istotny fakt, zwi.zany ze specyficznymi w.a.ciwo.ciami drewna oraz materia.ow drewnopodobnych. Tego typu materia. mo.na scharakteryzowa. jako wielosk.adnikow., higroskopijn., w.oknist., porowat. struktur. o silnych w.a.ciwo.ciach anizotropowych. Ponadto drzewo zawiera w sobie wod., co sprawia, .e mo.na je rozpatrywa. jako .rodowisko korozyjne [1]. Ze wzgl.du na tak ro.norodne w.a.ciwo.ci jest to niezwykle trudny materia. do obrobki. Ponadto procesy obrobcze w przemy.le drzewnym prowadzone s. przy wysokich pr.dko.ciach skrawania, gdzie g.owny mechanizm zu.ycia zwi.zany jest z procesami erozyjnymi [2]. Poniewa. drewno oraz materia.y drewnopodobne charakteryzuj. si. wyj.tkowo specyficznymi w.a.ciwo.ciami, narz.dzia do ich obrobki s. wytwarzane z ro.norakich materia.ow. Materia.y te spe.nia. musz. wymagania wynikaj.ce ze .ci.le okre.lonego zastosowania. Generalnie w tego typu aplikacjach stosuje si. narz.dzia obrobcze wykonane z takich materia.ow, jak: stale szybkotn.ce, w.gliki spiekane czy te. polikrystaliczny diament [3]. Stal szybkotn.ca, mimo szerokiej dost.pno.ci twardych i super twardych materia.ow, jest nadal cz.sto wykorzystywana w przemy.le drzewnym do produkcji no.y stosowanych w procesach strugania czy kszta.towania. Fakt ten nale.y t.umaczy. stosunkowo niskim kosztem oraz nieskomplikowanym procesem produkcji tego typu narz.dzi dla konkretnych aplikacji, np. mo.liwo.. wykonania d.ugiego no.a (kilka metrow) o relaty więcej »

Metody modyfikacji powierzchni narzędzi ze stali szybkotnącej do obróbki drewna oraz materiałów drewnopodobnych

Mateusz Fijałkowki Zbigniew Rożek Damian Batory Petr Louda

Na przełomie ostatnich dziesięcioleci nastąpił intensywny rozwój przemysłu związanego z obróbką drewna oraz materiałów drewnopodobnych. W tym kontekście niezwykle istotna okazała się optymalizacja procesów technologicznych oraz zastosowanie nowoczesnych rozwiązań w budowie obrabiarek. Czynniki te umożliwiły wprowadzenie automatyzacji procesów produkcyjnych, w których niezwykle ważną rolę odgrywają cechy użytkowe stosowanych narzędzi obróbczych. W procesie ich kształtowania należy zwrócić uwagę na niezwykle istotny fakt, związany ze specyficznymi właściwościami drewna oraz materiałów drewnopodobnych. Tego typu materiał można scharakteryzować jako wieloskładnikową, higroskopijną, włóknistą, porowatą strukturę o silnych właściwościach anizotropowych. Ponadto drzewo zawiera w sobie wodę, co sprawia, że można je rozpatrywać jako środowisko korozyjne [1]. Ze względu na tak różnorodne właściwości jest to niezwykle trudny materiał do obróbki. Ponadto procesy obróbcze w przemyśle drzewnym prowadzone są przy wysokich prędkościach skrawania, gdzie główny mechanizm zużycia związany jest z procesami erozyjnymi [2]. Ponieważ drewno oraz materiały drewnopodobne charakteryzują się wyjątkowo specyficznymi właściwościami, narzędzia do ich obróbki są wytwarzane z różnorakich materiałów. Materiały te spełniać muszą wymagania wynikające ze ściśle określonego zastosowania. Generalnie w tego typu aplikacjach stosuje się narzędzia obróbcze wykonane z takich materiałów, jak: stale szybkotnące, węgliki spiekane czy też polikrystaliczny diament [3]. Stal szybkotnąca, mimo szerokiej dostępności twardych i super twardych materiałów, jest nadal często wykorzystywana w przemyśle drzewnym do produkcji noży stosowanych w procesach strugania czy kształtowania. Fakt ten należy tłumaczyć stosunkowo niskim kosztem oraz nieskomplikowanym procesem produkcji tego typu narzędzi dla konkretnych aplikacji, np. możliwość wykonania długiego noża (kilka metrów) o relaty więcej »

Metody obróbki cieplno-chemicznej przewodów luf broni strzeleckiej

ZBIGNIEW ŁATAŚ TADEUSZ ŻÓŁCIAK ANDRZEJ DĘBSKI Jerzy MICHALSKI BOGDAN BOGDAŃSKI

Badania dotyczące możliwości i celowości zastąpienia dotychczas stosowanej stali 30HN2MFA i obróbki powierzchniowej stosowanej w produkcji luf broni strzeleckiej kalibru 5,56 mm stanowi przedmiot badań IMP od kilku lat. Dotychczas lufy broni strzeleckiej kalibru 5,56 mm i podobne są w większości produkowane z niskostopowych stali konstrukcyjnych, podobnych do używanej do tego celu krajowej stali 30HN2MFA. Po wstępnej obróbce mechanicznej elementy na lufy z takich stali są ulepszane cieplnie do twardości przeważnie w zakresie 25÷35 HRC, po czym są poddawane obróbce plastycznej mechanicznej wykańczającej. Rozpowszechnione elektrolityczne chromowanie przewodów tak wykonanych luf ma na celu ich zabezpieczenie przed korozją podczas długotrwałego, często wieloletniego składowania, a także w pewnym stopniu chroni wnętrze lufy przed niszczeniem od gazów prochowych. Chemiczne czernienie lub także następne lakierowanie zewnętrznej powierzchni luf o przewodach chromowanych elektrolitycznie służy jako środek ich zabezpieczenia przeciwkorozyjnego i przeciwodblaskowego. Poszukiwania nowych technologii m.in. cieplnych i cieplno-chemicznych, połączonych z głębokim wymrażaniem może zagwarantować wzrost trwałości finalnego wyrobu przy mniejszej uciążliwości technologii dla środowiska naturalnego [6]. Me toda chromowania elek trolityczneg o Badaniom poddano lufy broni strzeleckiej kalibru 5,56 mm wykonane ze stali konstrukcyjnej 30HN2MFA chromowanej elektrolitycznie [4]. W badaniach stosowano przyspieszoną metodę oceny trwałości lufy, polegającą na wystrzeleniu w krótkim czasie 1000 szt. amunicji. Pomiędzy wystrzeliwaniem kolejnych partii amunicji lufę ochładzano w powietrzu i obserwowano stopień zużycia przewodu za pomocą boroskopu. Lufy chromowane elektrolitycznie, uległy zniszczeniu głównie przez cykliczne zmiany objętości podłoża stalowego, powodujące pękanie i wykruszanie leżącej na nim warstwy chromu. Taki charakter zużycia występuj więcej »

Mikroobróbka laserowa w modyfikacji warstwy wierzchniej elementów silników spalinowych – wybrane aplikacje technologiczne

TADEUSZ BURAKOWSKI WOJCIECH NAPADŁEK WOJCIECH PRZETAKIEWICZ

Oddzia.ywanie promieniowania laserowego z materi. jest od kilkudziesi.ciu lat intensywnie rozwijan. dziedzin. nauki i technologii, praktycznie od pocz.tku i rownolegle z pracami nad powstaj.cymi nowymi rodzajami laserow. Problematyka zwi.zana z oddzia.ywaniem promieniowania laserowego z materi. istotnie komplikuje si. w funkcji wzrostu g.sto.ci mocy impulsow laserowych. Mikroobrobka laserowa mo.e by. nieablacyjna (ma.e g.sto.ci mocy): bez odparowania, powstawania ob.oku plazmy i fali uderzeniowej w obrabianym materiale, i ablacyjna: z odparowaniem materia.u, powstawaniem ob.oku plazmy i wytwarzaniem fali uderzeniowej w materiale obrabianym. W zale.no.ci od g.sto.ci energii i mocy, d.ugo.ci fali promieniowania i czasu trwania impulsu laserowego zmienia si. mechanizm oddzia.ywania wi.zki laserowej z materi., a tym samym proces technologiczny, ze wzgl.du na zmian. w.a.ciwo.ci fizykochemicznych materia.u obrabianego [1]. Przy stosunkowo niewielkiej g.sto.ci mocy impulsow (q . 103€105 W/cm2) wyst.puje jedynie zjawisko klasycznego poch.aniania promieniowania i nagrzewania o.rodka bez efektow topnienia cia. lub ich parowania. Poch.anianie promieniowania nast.puje w warstwie przypowierzchniowej cia.a, a w jego g..b ciep.o przekazywane jest klasycznym mechanizmem przewodnictwa cieplnego [1]. Przy wy.szej g.sto.ci mocy impulsow (q . 106€107 W/cm2) zachodzi topnienie lub odparowanie materia.u. Impuls ci.nienia warstwy poddanej ablacji jest przy tej g.sto.ci mocy jeszcze stosunkowo niewielki i nie wp.ywa istotnie na stan obrabianego materia.u. Jednak dla tych warto.ci g.sto.ci mocy oraz przy stosunkowo d.ugich impulsach mo.na ju. w materia.ach dr..y. do.. g..bokie otwory [1]. Przy g.sto.ci mocy rz.du 108€109 W/cm2 impulsy wywo.uj. zwykle utworzenie z odparowanej warstwy ob.oku, ktory mo.e oddzia.ywa. z padaj.cym promieniowaniem i cz..ciowo je poch.ania., ekranuj.c przed promieniowaniem dalsze partie więcej »

Mikrostruktura i badania spektroskopowe cienkich warstw Mn2O3-CeO2 osadzanych techniką PLD

Agnieszka Kopia

Problematyka pomiarów stężenia gazów, istotna do niedawna głównie w technologiach przemysłowych, stała się obecnie ważna zarówno w badaniach skażenia atmosfery, jak i bezpośrednio w gospodarstwie domowym (wydzielanie toksycznych gazów, takich jak CO, NOx, CH4) [1÷3]. Czujnik do wykrywania i pomiaru stężeń gazów powinien charakteryzować się odpowiednio dużą czułością, selektywnością, krótkim czasem odpowiedzi i stabilnością. Wymagania te spowodowały szybki rozwój badań nad półprzewodnikowymi czujnikami gazowymi. Spełniają one większość tych wymagań, a ich atrakcyjność spowodowana jest dodatkowo prostotą ich budowy i niskimi kosztami produkcji. Sygnał użyteczny w takich czujnikach rejestrowany jest w wyniku zmiany napięcia, związanego ze zmianą oporności warstwy gazoczułej pod wpływem atmosfery redukującej lub utleniającej. Przez celowe wprowadzenie domieszki (Nd2O3, Mn2O3) modyfikuje się własności elektryczne półprzewodnika, wytwarzając w jego strukturze pasmowej dodatkowe stany elektronowe. Ponadto stabilizuje się jego strukturę oraz modyfikuje powierzchnię w celu otrzymania optymalnej liczby centrów aktywnych. Tlenki ceru i manganu postrzegane są jako potencjalne niskotemperaturowe czujniki gazów. Eigenmann i współ. [4] wykazali wysoką aktywność katalityczną układu Mn/(Mn + Ce) w porównaniu z aktywnością katalityczną czystych tlenków. Najwyższą adsorpcję NH3 i redukcję NO uzyskano dla układu z zawartością 25% mol. Mn2O3. Badania stopnia utleniania CO w obecności różnych tlenków MnxOy przeprowadzili Han i współ. [5]. Wykazali oni, iż jedynie faza Mn2O3 całkowicie utlenia CO w temperaturze T = 527 K. Tego typu warstwy wytwarzane są głównie z zastosowaniem metod chemicznych [4], zol-żel [6] rzadziej metodą PLD [7]. Jak wykazano we wcześniejszych badaniach [8, 9], stosując metodę PLD możemy modyfikować strukturę i tekstur więcej »

Mikrostruktura i właściwości cienkich nanokompozytowych powłok Mo-C:H wytwarzanych metodą impulsowego reaktywnego rozpylania magnetronowego

Andrzej Czyżniewski MIECZYSŁAW PANCIELEJKO

Cienkie powłoki na bazie węgla typu a-C, a-C:H, XC/a-C:H lub X-C:H (X=W, Ti, Mo, Si i in.), często określane wspólnym mianem DLC (Diamond-Like Carbon), wykazują korzystne właściwości tribologiczne, co powoduje, że coraz częściej wykorzystuje się je do pokrywania, np. przekładni zębatych, łożysk, prowadnic suwliwych i tocznych. Cienkie powłoki na bazie węgla modyfikowane metalami (Me-C:H) najczęściej wytwarza się techniką reaktywnego rozpylania magnetronowego [1÷6]. Uwarunkowania tej techniki wytwarzania powodują, że zastosowanie jej do pokrywania elementów węzłów ciernych maszyn wymaga ich przemieszczania w komorze roboczej z wykorzystaniem systemu planetarnego. Powłoki wytwarzane w takich warunkach wykazują budowę wielowarstwową [3, 7, 8]. Bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na właściwości powłok jest ilość gazu węglonośnego wprowadzonego do atmosfery roboczej, która determinuje zawartość metalu w powłoce. Badania pokazują, że korzystne właściwości tribologiczne wykazują powłoki zawierające 2÷10% at. metalu lub niemetalu [1, 2, 4÷6], przy czym istotny wpływ na te właściwości mają także, między innymi, rodzaj współtrącego materiału oraz wilgotność atmosfery otaczającej węzeł tarcia [9, 10]. Celem pracy było scharakteryzowanie mikrostruktury powłok Mo-C:H wytwarzanych metodą impulsowego, reaktywnego rozpylania magnetronowego w warunkach przemieszczania pokrywanych elementów z wykorzystaniem systemu planetarnego oraz pokazanie relacji pomiędzy składem chemicznym i fazowym powłok a ich właściwościami mechanicznymi i tribologicznymi. Procedura wytwarzania i metod yka badań po włok Do wytwarzania cienkich nanokompozytowych powłok Mo-C:H zastosowano urządzenie i procedurę opisaną w pracy [7], a w tym artykule omówiono tylko najistotniejsze ich elementy. Powłoki wytwarzano techniką reaktywnego, impulsowego rozpylania magnetronowego w komorze próżniowej wyposażonej w dwa źródła łukowo-magnetronowe, jedno z targetem molibdenowym, więcej »

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne nanostrukturalnych powłok WC12Co natryskanych naddźwiękowo

TADEUSZ BURAKOWSKI WOJCIECH ŻÓRAWSKI

Węglik wolframu charakteryzuje się wysoką twardością oraz odpornością na pękanie. Właściwości te spowodowały, że znalazł szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu przede wszystkim na narzędzia skrawające oraz części maszyn o bardzo wysokiej odporności na zużycie. Nowe możliwości wykorzystania doskonałych właściwości węglika wolframu umożliwiło wprowadzenie w latach 50. ubiegłego stulecia procesu natryskiwania plazmowego, co pozwoliło na zastosowanie tego materiału w postaci powłoki cermetalowej, składającej się z ziaren węglika wolframu osadzonych w kobaltowej matrycy. Jednak wysoka temperatura strumienia plazmy i obecność tlenu prowadziły do zmian fazowych w natryskiwanym proszku, co konsekwencji powodowało znaczne pogorszenie właściwości powłok, zwłaszcza w porównaniu z materiałami spiekanymi [1]. Znacznie lepsze właściwości miały powłoki natryskane detonacyjnie wprowadzone już w połowie lat 50. Metoda ta była jednak opatentowana przez firmę Union Carbide i ze względów komercyjnych nie została rozpowszechniona. Przełamanie monopolu nastąpiło na początku lat 80. [2, 3], kiedy firma Browning Engineering opracowała konkurencyjny do natryskiwania detonacyjnego, proces ciągłego natryskiwania naddźwiękowego, nazwany natryskiwaniem płomieniowym z dużymi prędkościami - High Velocity Oxy-Fuel (HVOF). Był to rezultat poszukiwań nowych rozwiązań realizacji procesu natryskiwania płomieniowego ukierunkowanych na zwiększenie energii kinetycznej cząstek materiału powłokowego, który umożliwił otrzymywanie powłok o bardzo wysokiej jakości. Porównywalne właściwości powłok z węglika wolframu można uzyskać również za pomocą bezzaworowego systemu detonacyjnego opracowanego przez zespół prof. W. Babula [4]. Jednocześnie rozwój nanotechnologii spowodował intensyfikację badań nad wykorzystaniem nanomateriałów w procesach natryskiwania cieplnego, co pozwoliło na otrzymywanie całkiem nowej klasy powłok o budowie nanostrukturalnej. Ponieważ więcej »

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne warstwy wierzchniej nadstopu niklu po procesie aluminiowania metodą CVD

Małgorzata Zielińska Jan Sieniawski Ryszard Filip Maryana Yavorska

Żarowytrzymałe stopy na osnowie niklu i kobaltu stosowane na elementy turbin gazowych pracujących w wysokiej temperaturze (ok. 1000°C) pokrywane są warstwami żaroodpornymi o dobrej odporności na korozję wysokotemperaturową, niskiej przewodności cieplnej i wysokiej stabilności mikrostruktury [1÷5]. Stosowane są różne typy pokryć ochronnych w zależności od rzeczywistych warunków pracy elementu konstrukcyjnego. Największe zastosowanie w lotnictwie znalazły pokrycia dyfuzyjne na osnowie Al otrzymywane w procesach aluminiowania metodami: kontaktowo-gazową (pack cementation) i chemicznego osadzania z fazy gazowej CVD - (chemical vapour deposition). Wzrost warstw aluminidkowych w tych procesach jest kontrolowany przez transport reagentów poprzez warstwę [1÷6]. Stosuje się dwa typy procesów CVD tzw. "niskoaktywny" i "wysokoaktywny" w celu uzyskania odporności na korozję wysokotemperaturową. Dla procesu niskoaktywnego prowadzonego w temperaturze >1000°C tworzenie warstwy odbywa się głównie przez dyfuzję Ni w kierunku powierzchni podłoża. Zubożenie materiału podłoża w nikiel, który występuje w postaci roztworu stałego γ oraz umacniającej fazy międzymetalicznej γʹ (Ni3Al) opisano według rekacji: γ + γʹ - Ni = Ni + Ni3Al - Ni = NiAl + 3Ni [3]. W niskoaktywnym procesie CVD zewnętrzna i wewnętrzna strefa warstwy zbudowana jest z fazy NiAl. W wysokoaktywnym procesie CVD (<950°C) tworzenie warstwy odbywa się głównie w wyniku dyfuzji aluminium w głąb warstwy. Warstwa zewnętrzna materiału podłoża stanowi wówczas strefę zewnętrzną warstwy aluminidkowej. Mikrostruktura warstwy może składać się z różnych faz w zależności od aktywności Al. Stwierdzono, że bardzo wysoka aktywność aluminium powoduje tworzenie się warstwy składającej się z kruchej fazy δ-Ni2Al3. Wysoka aktywność aluminium powoduje, że oprócz strefy zewnętrznej, składającej się z wymienionej fazy δ-Ni2Al3, powstaje przyległa do niej strefa składa więcej »

Mikrostruktura i właściwości powłoki AlCuFe osadzonej na stopie TIMETAL 834 metodą ablacji laserowej

Tomasz Moskalewicz AGNIESZ KARADZISZEWSKA Aleksandra Czyrska-Filemonowicz

Stopy tytanu ze względu na dużą wytrzymałość względną (stosunek wytrzymałości na rozciąganie do gęstości Rm/ρ), dużą odporność na korozję oraz małą przewodność i rozszerzalność cieplną znajdują szerokie zastosowanie w wielu konstrukcjach i urządzeniach, w tym zwłaszcza w środkach transportu. Temperatura stosowania stopów tytanu zależy istotnie od ich składu chemicznego i nie przekracza 600°C [1]. Ze względu na temperaturę stosowania interesującą grupą stopów tytanu są stopy zbliżone do α (ang. near α). Stopy z tej grupy charakteryzują się wysoką odpornością na pełzanie, wysoką wytrzymałością na rozciąganie oraz zadawalającą wytrzymałością zmęczeniową poniżej temperatury 600°C. Jednym ze stopów tytanu zbliżonych do α, intensywnie badanym w ostatnich latach jest stop TIMETAL 834. Stop ten może być stosowany na niektóre elementy silników turboodrzutowych, takie jak: łopatki i tarcze sprężarek [1, 4, 5]. Poważną wadą stopów tytanu jest mała odporność na utlenianie w temperaturze powyżej 600°C oraz niewystarczające właściwości tribologiczne (stosunkowo duży współczynnik tarcia i mała odporność na zużycie przez tarcie) [1], co jest istotne w przypadku elementów narażonych na zużycie ścierne. Te wady stopów tytanu (także stopu TIMETAL 834) można poprawić przez osadzenie na ich powierzchnię powłoki ochronnej wykazującej jednocześnie dobre właściwości tribologiczne i żaroodporne. Perspektywiczne znaczenie dla poprawy właściwości stopów tytanu mogą mieć powłoki kwazikrystaliczne z układu Al-Cu-Fe lub Al-Cu-Fe-Cr [6÷9]. Powłoki takie zawierają dużo Al (ok. 70% at.), dzięki czemu ułatwiają utworzenie ochronnej zgorzeliny Al2O3 na powierzchni stopu podczas jego utleniania w wysokiej temperaturze. Jednocześnie powłoki kwazikrystaliczne wykazują korzystne właściwości tribologiczne (niski współczynnik tarcia i dużą odporność na zużycie przez tarcie) [10]. Dlatego powłoki takie rokują duże nadzieje na podwyższenie temperat więcej »

Mikrostruktura warstw aluminidkowych wytworzonych w procesie CVD na podłożu z nadstopu niklu Inconel 713C

Edyta Kosieniak Ryszard Sitek Joanna Zdunek Krzysztof J. Kurzydłowski

Superstopy na osnowie niklu ze względu na doskonałe właściwości mechaniczne w wysokiej temperaturze znajdują szerokie zastosowanie jako materiał na odpowiedzialne elementy turbin gazowych zarówno tych lotniczych, jak i pracujących na lądzie [1]. Łopatki w turbinie, w zależności od jej rodzaju, stopnia położenia i sposobu odprowadzania ciepła, pracują w temperaturze z zakresu 700÷950°C [1, 2]. Większość superstopów stosowanych na łopatki turbin umacniana jest przez wydzielenia fazy γ′, mającej gęsto upakowaną ściennie centrowaną strukturę (FCC), koherentną z osnową (FCC) bogatą w nikiel. Pozwala to osiągnąć mocne wiązanie γ/γ′, które hamuje ruch dyslokacji i dzięki temu stopy te mają znaczącą odporność na pełzanie w wysokiej temperaturze. Węgliki w omawianych stopach występują zwykle na granicach ziaren, zmniejszając poślizg po nich [4, 5]. Do grupy nadstopów niklu umacnianych wydzieleniowo należy Inconel 713C, z którego odlewane są m.in. łopatki 1. i 2. stopnia turbiny silników lotniczych. Mikrostruktura Inconelu 713C składa się z niklowych dendrytów fazy γ, pierwotnych i eutektycznych węglików MC oraz wydzieleń koherentnej fazy Ni3(Ti, Al), zwanej γ′ [5, 7]. Wytrzymałość i stabilność strukturalna stopów typu Inconel w wysokiej temperaturze zależy od takich czynników, jak: udział objętościowy, kształt, rozmiar, rozmieszczenie i skład cząstek fazy γ′. Parametry te mogą różnicować się w zależności od zastosowanej obróbki cieplnej oraz parametrów pracy w wysokiej temperaturze. Morfologia koherentnej fazy γ′ zależy także od składu chemicznego stopu oraz parametru niedopasowania sieciowego δ pomiędzy osnową a wydzieleniem. Parametr δ można kontrolować przez zawartość molibdenu oraz względny udział tytanu i aluminium, uzyskując cząstki fazy γ′ o morfologii zmieniającej się od sferycznej do kubicznej [2]. Podczas pracy w bardzo wysokiej temperaturze, więcej »

Modelowanie i symulacja numeryczna stanu naprężeń i odkształceń w warstwie wierzchniej noża strugarki do obróbki drewna pokrytego powłoką przeciwzużyciową

Łukasz Szparaga Jerzy Ratajski Roman Olik

Celem pracy jest prezentacja wyników symulacji komputerowych opartych na metodzie MES, przeprowadzonych dla pracy noża pokrytego powłokami przeciwzużyciowymi. Istnieje szereg publikacji dotyczących matematycznych i aplikacyjnych aspektów metody MES [1÷3], wiele z nich poświęconych jest bezpośrednio wspomaganiu komputerowemu projektowania i optymalizacji procesu nanoszenia warstw przeciwzużyciowych [4÷6, 8] oraz opisowi procesów wynikających z eksploatacji narzędzi [7]. W wielu przypadkach do symulacji wykorzystuje się gotowe pakiety komputerowe, jak np. ANSYS czy COMSOL, co znaczenie ułatwia i poszerza możliwości potencjalnych zastosowań, również ze względu na bardzo rozbudowane i bogate opcje pomocy występujące w tych programach. Głównym celem symulacji komputerowych jest możliwość analizy rzeczywistego procesu fizycznego bez wykonywania eksperymentów. Mając to na uwadze najtrudniejszym etapem stworzenia modelu komputerowego jest wybór i hierarchizacja zjawisk fizycznych towarzyszących badanemu procesowi, ustalenie warunków początkowych i brzegowych oraz dobór typu i liczby elementów skończonych. W artykule pokazane zostały wyniki symulacji opisujących pola naprężeń wewnątrz noża wykonanego ze stali HSS pokrytego powłoką dwuwarstwową: (TiN oraz TiAlN) zwiększającą trwałość narzędzia. Przeprowadzone symulacje w późniejszym horyzoncie czasowym użyte zostaną jako pierwsze przybliżenie opisu procesu pracy noża w procedurze polioptymalizacyjnej, mającej na celu wspomaganie prototypowania typu, grubości i kształtu nakładanych powłok przeciwzużyciowych. Model Fizyczny W trakcie pracy noża strugarki występuje szereg zjawisk fizycznych. Należy do nich zaliczyć zjawisko odkształceń powstających pod wpływem sił zewnętrznych (np. opory skrawania), zjawisko tarcia, rozszerzalność termiczną obiektu oraz strumień ciepła. Wymienione zjawiska w konsekwencji determinują zjawisko adhezji. W pracy skupiono uwagę na zjawisku odkształceń i naprę więcej »

Modernizacja procesu azotowania części silnika lotniczego ASz-62 IR

MARCIN MICHALAK Jakub Gawroński ZBIGNIEW GAWROŃSKI

Specyficzne właściwości warstw azotowanych oraz stosunkowo niska temperatura procesu i małe odkształcenia powodują, że proces azotowania jest nadal bardzo często wykonywany w przemyśle lotniczym. Jak wiadomo struktura technologicznej warstwy wierzchniej (TWW) uzyskanej w wyniku azotowania gazowego konwencjonalnego jest dość złożona. Obok strefy azotowania wewnętrznego wyróżnić można także, składającą się z faz ε i γ′, tzw. "białą warstwę". Charakteryzuje się ona znaczną kruchością i porowatością, dlatego jej występowanie w TWW w większości przypadków części maszyn jest niekorzystne. Z tego powodu części takie po procesie azotowania poddaje się szlifowaniu, w czasie którego "biała warstwa" zostaje usunięta. Wiąże się to jednak ze zwiększeniem ogólnego kosztu i czasu wykonania części, czego w dobie rosnącej konkurencji między producentami należy unikać. Często obróbka taka jest wręcz niemożliwa do wykonania. Dodatkowo szlifowanie ściernicami korundowymi lub elektrokorundowymi (nadal najczęściej stosowanymi w przemyśle), zmienia bardzo niekorzystnie widmo naprężeń własnych w warstwie wierzchniej, powodując zdecydowane zmniejszenie poziomu naprężeń ściskających wytworzonych po obróbce cieplno-chemicznej, lub wręcz wytworzenie naprężeń rozciągających bardzo niekorzystnych z punktu widzenia pracy obrabianego detalu w warunkach zmęczenia [1]. Stosując azotowanie jonowe można przez sterowanie takimi parametrami, jak: ciśnienie, skład gazów reaktywnych i warunki napięciowo-prądowe wyładowania jarzeniowego właściwie dowolnie kształtować strukturę wytwarzanych warstw azotowanych, w zależności od przewidywanych warunków pracy produkowanych części [2÷4]. Dodatkowo proces azotowania jonowego w stosunku do procesu azotowania gazowego konwencjonalnego na skutek mniejszego oddziaływania wodoru zwiększa plastyczność uzyskiwanych warstw wierzchnich. Azotowanie jonowe w porównaniu z metodą klasyczną ma niewątpliwie wiele zalet. więcej »

Natryskiwanie powłok detonacyjnych - niektóre procesy im towarzyszące

TOMASZ BABUL PAWEŁ OLESZCZAK

Procesy udarowe definiowane jako wysokoenergetyczne, w tym natryskiwanie pow.ok metod. detonacyjn. i zgrzewanie wybuchowe, formowanie penetratorow i inne, s. obrobkami materia.ow wykorzystuj.cymi bardzo wysokie ci.nienie, wywo.ywane du.. pr.dko.ci. zderzenia z jednoczesnym silnym odkszta.ceniem plastycznym (p.yni.ciem) materia.ow. Wyro.niaj.c. si. cech. tego rodzaju obci..enia jest chwilowa, lokalna zmiana g.sto.ci i temperatury na skutek dzia.ania procesu falowego, nie wyst.puj.cego w warunkach obci..e. statycznych. Intensywny rozwoj bada. procesow udarowych mia. miejsce w okresie drugiej wojny .wiatowej zw.aszcza w budowie uk.adow kumulacyjnych, obecnie powszechnie stosowanych w technice wojskowej i przemy.le wydobywczym ropy i gazu, syntezie diamentow, g.stych odmian azotku boru i innych dziedzinach. Po drugiej wojnie .wiatowej prace kontynuowano, a ich wyniki znalaz.y zastosowanie w wielu innych procesach technologicznych. Od pocz.tku przyjmowano podstawowe za.o.enie, .e materia. obci..ony wysokim ci.nieniem zachowuje si. podobnie do cieczy i do jego opisu mo.na stosowa. prawa hydrodynamiki [1, 2]. Nagromadzony bogaty dorobek do.wiadczalny, uzupe.niony pomiarami podstawowych parametrow obci..enia, pozwoli. na rewizj. za.o.e. i przedstawienie nowych pogl.dow o stanie materia.ow wyst.puj.cych w lokalnych strefach obci..enia bardzo wysokimi ci.nieniami dynamicznymi i ich wykorzystania w technologicznych procesach obrobki materia.ow. Pogl.dy te mo.na uj.. w nast.puj.cych grupach: 1. w kryszta.ach na zewn.trznych polach powstaje .nowyh rodzaj lokalnych stanow wzbudzonych. Znajduje si. on w rownowadze dynamicznej z otaczaj.cym o.rodkiem krystalicznym. Strefa ta zachowuje si. podobnie do przech.odzonej cieczy, jednak nie jest ani ciek.okrystaliczn. ciecz., ani stanem mikrokrystalicznym. Istnienie takich stref jest mo.liwe jedynie w ramach kryszta.u, w postaci dwufazowego systemu. Struktura ma wiele cech charakterystyczny więcej »

Niskotarciowe i odporne na zużycie nanokompozytowe powłoki typu nc-CrC/a-C oraz nc-CrC/a-C:H

Marcin Makówka Tomasz Moskalewicz Katarzyna Włodarczyk Bogd an We ndler

Coraz większe wymagania stawiane materiałom wykorzystywanym w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, a także stosowanym na narzędzia do obróbki nowoczesnych stopów sprawiają, że konieczne jest stosowanie metod pozwalających na tworzenie materiałów o specyficznych właściwościach. Dotyczy to zwłaszcza modyfikacji powierzchniowych właściwości materiałów, co sprawia, że coraz szersze zastosowanie w praktyce przemysłowej zyskują metody CVD oraz PVD. Pozwalają one na wytwarzanie praktycznie dowolnych pokryć i sterowanie ich właściwościami podczas procesu wytwarzania. Wynika to z różnorodności struktur powłok, jakie można wytworzyć (np. pojedynczych lub wielowarstwowych [1÷3], gradientowych [2, 4÷6] oraz kompozytowych i nanokompozytowych [2, 7÷9]). Wszędzie tam, gdzie występują pary cierne i konieczne jest obniżenie w jak największym stopniu sił występujących pomiędzy trącymi się elementami, wskazane jest stosowanie powłok niskotarciowych i odpornych na zużycie adhezyjne. Korzystny wpływ powłok na trwałość i niezawodność narzędzi potwierdzony został zarówno w licznych badaniach naukowych [1, 2], jak i w praktycznym ich zastosowaniu. Spośród szeregu powłok polepszających właściwości trybologiczne wyróżniają się nanokompozytowe powłoki typu nc-CrC/a-C oraz nc-CrC/a-C:H. Istnieje szereg metod wytwarzania wspomnianych powłok nanokompozytowych. Są to miedzy innymi rozpylanie magnetronowe [10], reaktywne rozpylanie magnetronowe w atmosferze Ar+CH4 lub z domieszką innych węglowodorów [11÷14], odparowanie wiązką elektronową substratów powłok [15] oraz metody hybrydowe, wykorzystujące rozpylanie magnetronowe w połączeniu z odparowaniem w łuku katodowym [16, 17]. Z przeglądu metod wytwarzania wynika, że stosowane są różne źródła substratów powłok. Mogą być nimi zarówno tarcze z czystego chromu i grafitowe (w przypadku metod magnetronowych) lub źródło chromu z rozpylanego targetu metalicznego w atmosferze reaktywnej wzbogaconej o gaz węglonośny. więcej »

Niskotarciowe powłoki MoS2(Ti, W) osadzane metodą magnetronową na azotowanej i azotonasiarczanej stali szybkotnącej Vanadis 23

Wojciech Pawlak Radomir Atraszkiewicz Piotr Nolbrzak Bogdan Wendler

Technologie multiplexowe stanowią nowoczesną grupę obróbek uszlachetniania warstwy wierzchniej elementów maszyn i urządzeń. Zwykle wykorzystuje się w pierwszej kolejności obróbkę cieplno-chemiczną (np. azotowanie) w celu znacznego utwardzenia warstwy wierzchniej oraz pokrywanie różnego rodzaju powłokami funkcjonalnymi, np. azotkiem tytanu [1]. W takiej konfiguracji warstwa azotowana zwiększa obciążalność elementu, a twarda powłoka TiN zwiększa odporność na zużycie ścierne i adhezyjne. Jednocześnie azot nasycający podłoże stalowe poprawia przyczepność powłoki azotowej. W pracy zaproponowano inny układ duplexowy - na dyfuzyjnej warstwie azotonasiarczanej osadzono niskotarciową powłokę na bazie dwusiarczku molibdenu z dodatkami tytanu oraz wolframu MoS2(Ti, W). W założeniu takie skojarzenie sposobu utwardzania z powłoką (oba zawierające siarkę) powinno poprawić adhezję osadzanej powłoki metodą magnetronową. Powłoka na bazie MoS2 z dodatkami tytanu i wolframu w ilości po 5% at. została opracowana w pierwszej fazie projektu badawczego [2]. Okazało się, że ze względu na brak podwarstwy adhezja do podłoża ze stali szybkotnącej Vanadis 23 była niska, choć współczynnik tarcia suchego był bardzo niski (około 0,04), a odporność na zużycie przez tarcie wysoka (rzędu 10-17 m3·N-1·m-1). Obecność siarki w powłoce na bazie dwusiarczku molibdenu skłoniła autorów do poszukiwania sposobu zwiększenia przyczepności powłoki na drodze popularnych obróbek cieplno-chemicznych: azotonasiarczania oraz azotowania, które miało stanowić materiał porównawczy. Powłoki niskotarciowe na bazie dwusiarczku molibdenu mają wiele zastosowań, na przykład na ceramiczne narzędzia do obróbki na sucho stali nierdzewnych i kwasoodpornych [3], wkładek skrawających do obróbki skrawaniem żeliwa szarego [4], elementów wtryskujących we wtryskarkach do formowania tworzyw sztucznych [5] oraz wybranych elementów silników spalinowych (wtryskiwacze paliwa, tłoki, pierś więcej »

Nowoczesne kompozyty nieorganiczne na osnowie geopolimerów wzmocnionych włóknami szklanymi, węglowymi oraz bazaltowymi

MIC HAŁ Jasiczek DORA Kroisova PETR Louda ANNA Sobczyk-Guzenda HIERONIM Szymanowski

Nieorganiczne polimery w ciągu ostatnich lat zyskują coraz większą popularność. Doskonałe właściwości termiczne [1] oraz twardość w połączeniu z prostotą i niską ceną produkcji powodują, że stają się one alternatywą nie tylko dla cementu, ale także dla polimerów [2]. Coraz częściej geopolimery stanowią osnowę w wytwarzaniu nowoczesnych kompozytów, gdzie jako składniki wzmacniające stosuje się proste i tanie materiały nieorganiczne w postaci włókien, płatków lub proszku [3, 4]. Geopolimery otrzymuje się na drodze aktywowanej KOH reakcji polikondensacji ortosialanów, zawierających w swojej strukturze atomy Si i Al. Proces przebiega w niskiej temperaturze. W temperaturze 30°C trwa on kilka godzin, a w temperaturze 80°C tylko kilka minut. Podstawową strukturę otrzymanego materiału stanowią glinokrzemiany, składające się z tetraedrów Si i Al połączonych na przemian atomami tlenu. W sieci tej muszą być obecne także dodatnie jony (Na+, K+, Li+ itd.), aby zrównoważyć ładunek elektryczny aluminium, będącego w tetraedrycznej koordynacji. Usieciowane w ten sposób glinokrzemiany składają się z łańcuchów, w których skład mogą wchodzić takie jednostki, jak: sialan (ang. sialate) [-Si-O-Al-O-], silokso-sialan (ang. sialatesiloxo) [-Si-O-Al-O-Si-O-], lub disilokso-sialan (ang. sialate-disiloxo) [-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-] [5]. Artykuł przedstawia strukturę kompozytów otrzymanych na osnowie geopolimerów wzmocnionych włóknami. W badaniach wykorzystano osnowy bazujące na termicznie aktywowanej krzemionce z aktywatorem KOH, a jako elementy wzmacniające wykorzystano włókno szklane, węglowe oraz bazaltowe. METODYKA BADAWCZA Badane kompozyty geopolimerowe zostały wytworzone z wyżarzanej krzemionki, nazywanej potocznie w literaturze "termicznie aktywowaną krzemionką", z dodatkiem ZrO2 (w celu poprawy stabilności termicznej geopolimeru), roztworu alkalicznego KOH oraz wody w proporcjach masowych 40:40:20. Elementami wzmacniającymi wytwarzanych kompozyt więcej »

Numeryczna analiza wpływu naprężeń własnych na trwałość zmęczeniową

Przemysław Siedlaczek Jacek Sawicki Tomasz Kubiak

Różne źródła literaturowe [5, 9, 14, 15, 17, 19] przytaczają wykresy zmiany granicy zmęczeniowej po procesie hartowania w sposób mało precyzyjny. Podawane współczynniki odnoszą się do samego faktu istnienia obróbki cieplnej hartowniczej, przemilczając dokładne wartości stanu naprężeń własnych. Spowodowane jest to między innymi trudnościami w dokładnym pomiarze stanu naprężeń własnych [1] oraz problemami separacji ich wpływu od dodatkowych czynników, jak np. stanu powierzchni. Czasochłonność oraz koszt samych badań zmęczeniowych stają się dodatkowym pretekstem dla poszukiwania rozwiązań alternatywnych w symulacji komputerowej. Istnieją jednak czynniki, których wpływ na trwałość jest trudny do modelowania. Takim czynnikiem jest wprowadzenie naprężeń własnych na części przekroju, np. wskutek obróbki cieplnej lub cieplno-chemicznej. Tradycyjne podejście do analizy zmęczeniowej wymaga posiadania właściwości zmęczeniowych charakteryzujących zachowanie się wybranego materiału w zależności od poziomu amplitudy repetycji obciążenia. Poprawne wyniki oceny właściwości zmęczeniowych uzyskuje się z regresji wyników serii prób zmęczeniowych wykonanych na gładkich (idealnych) próbkach normowych [3, 4]. Następnie informacje te modyfikuje się współczynnikami korygującymi wytrzymałość, w zależności od wartości naprężenia średniego cyklu, agresywności środowiska, chropowatości powierzchni, gradientu stanu naprężenia, obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej. Ostatni czynnik jest bardzo istotny, gdyż ściskające naprężenia własne powodują swoiste, dodatkowe przesunięcie naprężenia średniego cyklu, co skutkuje znacznym wzrostem trwałości. W literaturze [5, 9, 19] można doszukać się ogólnych wartości współczynników korygujących zmianę granicy zmęczeniowej. W pracy [5] informacja ta ujęta jest współczynnikiem wpływu ulepszania warstwy (BPZ), wyrażonym stosunkiem granicy zmęczeniowej próbki po ulepszaniu i nieulepszanej Z/Zo. Dla próbek płaskich wskazu więcej »

Numeryczna analiza zachowania się strugi ciekłego metalu podczas wtrysku do formy ciśnieniowej

JACE K SAWICKI MAREK GÓRECKI ZBIGNIEW GAWROŃSKI ŁUKASZ KACZMAREK

Ciśnieniowe odlewanie stopów aluminium jest obecnie podstawową technologią wytwarzania szerokiego asortymentu wyrobów dla potrzeb motoryzacji, lotnictwa, przemysłu AGD itp. W zakresie wytwarzania odlewów ciśnieniowych we współczesnym świecie ukształtował się globalny rynek dostaw kooperacyjnych, na którym konkurują liczne przedsiębiorstwa o różnej wielkości i zróżnicowanym poziomie uzbrojenia technicznego. Aby sprostać wymaganiom odbiorców w warunkach tak silnej konkurencji, producenci odlewów ciśnieniowych w sposób ciągły muszą doskonalić swoje produkty, obniżać koszt ich wytwarzania oraz szybko i elastycznie reagować na nowe zamówienia. Krytycznym zagadnieniem jest przy tym proces szybkiego projektowania i wytwarzania formy ciśnieniowej oraz zapewnienia jej trwałości na wysokim poziomie gwarantującym efektywność cenową wyrobu finalnego. Stanowi to trudne zagadnienie inżynierskie z uwagi na jednostkowy charakter projektowania i wytwarzania poszczególnych form, w którym trudno uwzględnić doświadczenie z ich eksploatacji. Obecnie najlepszym narzędziem do rozwiązywania tego typu problemów są numeryczne techniki iteracyjne. Wykorzystanie metod numerycznych skraca znacznie czas obliczeń oraz pozwala na optymalizację konstrukcji pod wieloma względami. Uzyskuje się również szersze możliwości analizy w porównaniu nawet z najbardziej rozbudowanymi wzorami i hipotezami wytężeniowymi, co wynika z możliwości uwzględnienia w obliczeniach zmiennych w czasie warunków brzegowych. W niniejszej pracy przeprowadzona została symulacja komputerowa procesu wtrysku ciekłego stopu aluminium do f więcej »

Obróbka powierzchniowa stopu cyrkonu Zircaloy 4 jako materiału na osłonki paliwa w elektrowniach jądrowych

Bartłomiej Januszewicz Małgorzata Szadkowska

Stopy cyrkonu są szeroko stosowane w instalacjach reaktorów jądrowych jako materiały na osłonki prętów paliwowych. W celu podwyższenia ich odporności korozyjnej oraz właściwości mechanicznych stosuje się wiele sposobów modyfikacji powierzchni tych materiałów, między innymi przez wytwarzanie warstewek tlenkowych, azotowych i węglowych w procesach PVD, CVD, implantacji jonowej wymienionych pierwiastków oraz w procesach wygrzewania podłoży w atmosferze powietrza. W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych stopu Zircaloy 4 poddanego powierzchniowej modyfikacji składu chemicznego przez wygrzewanie w atmosferze czystego tlenu pod obniżonym ciśnieniem, w celu ograniczenia wpływu wodoru obecnego w powietrzu. Przedstawiono parametry procesów utleniania oraz zbadano właściwości mechaniczne stopu, takie jak: twardość powierzchniowa, profil mikrotwardości, morfologia warstwy wierzchniej obserwowana na mikroskopie świetlnym oraz elektronowym skanningowym. Wykonano również badania składu fazowego metodą rentgenowską. Przeprowadzone procesy spowodowały powstanie na powierzchni materiału pożądanej, zwartej warstewki tlenków cyrkonu o potencjalnie wysokiej odporności korozyjnej. Jednocześnie przez dyfuzję atomów tlenu do podłoża wytworzona została strefa o podwyższonej twardości w stosunku do rdzenia, zwiększająca odporność stopu na zużycie o charakterze ściernym . Stopy cyrkonu są obecnie stosowane między innymi na osłonki paliwa (stanowią pierwszą barierę uniemożliwiającą wydostanie się na zewnątrz promieniotwórczych produktów rozszczepienia) i rury wodne w układach chłodzących rektora. Części te pr więcej »

Ocena odporności korozyjnej stopu Wironit po pasywacji elektrochemicznej przy różnych potencjałach

DOROTA RYLSKA DANIEL KUCHARSKI

Tworzywa metaliczne stosowane w protetyce stomatologicznej powinny charakteryzować się: wysoką odpornością korozyjną, jednorodnością składu chemicznego, biotolerancją, określonym zespołem własności mechanicznych (wysoka wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, ścinanie, zginanie, odpowiednia ciągliwość, twardość i odporność na ścieranie), odpowiednimi właściwościami elektrycznymi (paramagnetyzm), brakiem tendencji do generowania zakrzepów [1]. W protetyce stomatologicznej często wykorzystywanym tworzywem metalicznym są stopy z grupy Co-Cr. Wybór ten podyktowany jest względnie niskimi kosztami produkcji oraz dobrymi właściwościami mechanicznymi mogącymi sprostać wymaganiom, jakie są stawiane materiałom przeznaczonym na silnie obciążone elementy protez [2, 3, 8]. Podstawową wadą tych stopów jest to, że w środowisku jamy ustnej wykazują niską odporność korozyjną, a to ze względu na występowanie złożonego układu elektrochemicznego pomiędzy metalowymi elementami protezy a otaczającymi tkankami. Metalowe uzupełnienia protetyczne nieustannie narażone są na ciągłe zmiany warunków fizykochemicznych w środowisku pracy, co przyczynia się do rozwoju korozji i degradacji wszczepu [4÷6]. Główne wymagania stawiane materiałom metalowym przeznaczonym do pracy w kontakcie z żywym organizmem człowieka to przede wszystkim wysoka biozgodność i biofunkcjonalność [7]. Brak spełnienia tych warunków może doprowadzić do powstania niekorzystnych reakcji alergicznych [9]. Aby wyeliminować wzajemne oddziaływanie pomiędzy metalowym elementem protezy a organizmem oraz zmniejszyć zdolność do jego niszczenia korozyjnego, stosuje się różnego rodzaju modyfikacje ich powierzchni. Ma to zapewnić tworzywom metalowym przebywającym w ludzkim organizmie prawidłową pracę bez jednoczesnego wywoływania negatywnych skutków w otaczającym go środowisku. Dodatkowo pozwala to wydłużyć czas jego pracy oraz chroni przed różnymi rodzajami korozji, które występują w jamie ustn więcej »

Ocena właściwości tribologicznych podłoży poliuretanowych z warstwami węglowymi wytworzonymi plazmowymi technikami CVD

WITOLD KACZOROWSKI

Nazwa "warstwy węglowe" przypisana jest do pokryć, które zawsze zawierają pewien udział atomów węgla o hybrydyzacji elektronów sp3 (typowych dla diamentu). Oprócz nich można też spotkać i inne fazy węgla, takie jak grafit, karbin czy nanorurki [1]. Biorąc pod uwagę ilość fazy charakterystycznej dla diamentu mówi się o warstwach: diamentopodobnych - DLC (diamond-like carbon) oraz nanokrystalicznego diamentu - NCD (nanocrystalline diamond). Udział atomów węgla o hybrydyzacji elektronów sp3 w pokryciach NCD i DLC definiowany jest różnie [2, 3], lecz nie ulega wątpliwości, że miano nanokrystalicznego diamentu powinno być związane oprócz znacznej zawartości "fazy" sp3 (ponad 90%) także z wielkością ziaren, które budują powłokę. Warto dodać, że uzyskiwane właściwości warstw węglowych są bezpośrednio związane z liczbą atomów węgla o hybrydyzacji elektronów sp3 wchodzących w skład powłoki. Za pomocą warstw węglowych można modyfikować powierzchnie wielu materiałów od powierzchni stalowych [4], metali lekkich [5] po powierzchnie polimerów [6] czy nanotkanin polimerowych [7]. Nie jest to jednak jednoznaczne z możliwością wytworzenia zarówno warstw DLC, jak i NCD, na każdym z wymienionych materiałów. Decydującym czynnikiem ograniczającym możliwość wytwarzania warstw węglowych, szczególnie pokryć NCD, jest temperatura. Najczęściej stosowane technologie, mające na celu wytworzenie powłok nanokrystalicznego diamentu, techniki MWPACVD - microwave plasma assisted chemical vapor deposition czy HFCVD - hot filament chemical vapor deposition, powodują wzrost temperatury podłoży do ponad 600°C [8, 9]. W dzisiejszej inżynierii materiałowej rozwijane są także techniki umożliwiające kształtowanie warstw DLC w niskiej temperaturze (zbliżonej do pokojowej), do których zaliczyć można chociażby techniki PLD (pulsed laser deposition) [10]. W prezentowanej pracy przedstawiono badania z wykorzystaniem warstw węglowych uzyskiwanych za pomocą technik CVD. więcej »

Odkształcenia kół zębatych w procesie nawęglania niskociśnieniowego z hartowaniem w gazie pod wysokim ciśnieniem

Konrad Dybowski Piotr Kula Jacek Sawicki Robert Pietrasik

Oprócz wielu zalet, jakimi cechuje się nawęglanie próżniowe w porównaniu z konwencjonalnymi metodami nawęglania, takimi jak: wyższa temperatura obróbki, możliwość stosowania atmosfer o znacznie wyższym potencjale węglowym, brak utlaniania wewnętrznego, to również daje ona możliwość zastosowania gazów jako medium chłodzącego [1÷3]. W tradycyjnej obróbce cieplnej po nawęglaniu jako ośrodki oziębiające stosuje się najczęściej olej hartowniczy, zaś niekiedy emulsje hartownicze i ośrodki polimerowe o określonej zdolności chłodzenia oraz złoża fluidalne. Poważnymi niedogodnościami hartowania w oleju są dymy hartownicze oraz konieczność mycia i płukania części pomiędzy zabiegami hartowania i odpuszczania, co stwarza poważny problem natury ekologicznej. Taki rodzaj hartowania może powodować również zagrożenie pożarowe. Dlatego też w nowoczesnych instalacjach pieców do nawęglania próżniowego stosuje się chłodzenie nawęglonego wsadu w gazach pod podwyższonym ciśnieniem [4]. Gazowe ośrodki oziębiające, oparte głównie na azocie, helu, wodorze lub ich mieszaninach są proekologiczne, nie powodują zanieczyszczenia środowiska naturalnego, zapewniają czystą, metaliczną powierzchnię obrabianych detali i nie wymagają żadnych dodatkowych zabiegów. W przypadku hartowania w oleju, konieczne jest mycie detali, najczęściej w kąpielach alkalicznych, następne płukanie i suszenie. Powoduje to konieczność neutralizacji ścieków i utylizacji cząstek oleju zebranych w separatorach. Dodatkowo w przypadku stosowania urządzeń myjących instalacje są bardziej rozbudowane i zajmują więcej miejsca, natomiast zwarte instalacje próżniowe mogą być instalowane w ciągach technologicznych, ograniczając transport międzyoperacyjny. Efektywność chłodzenia nawęglonego wsadu w gazach silnie zależy od ich rodzaju (zdolności chłodzenia), ciśnienia oraz od szybkości strumienia gazu opływającego chłodzone detale. Największe zdolności hartownicze pośród gazów stosowanych w hart więcej »

Odwrotna analiza numeryczna temperatury stalowego podłoża w procesie RF PECVD

Ptzemysław Siedlaczek JACEK Sawicki MARIUSZ Dudek

Procesy plazmochemiczne (plasma enhanced chemical vapor deposition - PECVD) są zaliczane do jednych z najbardziej rozwijanych współcześnie metod kształtowania warstwy powierzchniowej. Między innymi proces PECVD z elektrodą częstotliwości radiowej (ang. radio frequency - RF) są stosowane z powodzeniem do wytwarzania cienkich warstw o wysokich walorach użytkowych, w tym do wytwarzania warstw węglowych. Do największych zalet procesu RF PECVD należy zaliczyć możliwość wytworzenia fazy przejściowej zbudowanej z połączonych składników podłoża ze składnikami wzrastającej warstwy, odpowiedzialnej w szczególności za dobrą adhezję wytwarzanej warstwy do podłoża. Zewnętrznie kontrolowane parametry procesu w reaktorze plazmo- chemicznym, a mianowicie ciśnienie, szybkość przepływu mieszaniny gazów, moc wyładowania (gęstość mocy) oraz częstotliwość zasilającego generatora, mające fundamentalny wpływ na procesy zachodzące w fazie gazowej [1, 2], wpływają także na zachodzące oddziaływanie na granicy plazmy i powierzchni, w szczególności na wzrost temperatury podłoża w trakcie trwania procesu [3÷5]. W przypadku warstw węglowych wytwarzanych w procesie RF PECVD, temperatura podłoża również determinuje właściwości użytkowe wytwarzanej warstwy przez zmianę jej mikrostruktury oraz grubości tworzącej się międzywarstwy [6÷8]. Przekroczenie pewnej krytycznej wartości temperatury powierzchni próbki, powoduje, iż wodór celowo wprowadzony do komory lub powstały w wyniku dysocjacji gazu węglowodorowego, będącego źródłem węgla, prowadzi do przejścia od procesu osadzania do procesu trawienia warstwy węglowej [9, 10]. Zauważono, że osadzanie warstw w temperaturze powyżej 225°C (przybliżona wartość temperatury, przy której zachodzi przejście od procesu wzrostu do procesu trawienia wytwarzanej warstwy węglowej) wpływa na szybki spadek oporności elektrycznej i znaczące zmiękczenie warstw - następuje proces grafityzacji warstwy węglowej [2, 6, 11]. Dlatego osa więcej »

Otrzymywanie i właściwości cienkich warstw a-SiC:H nanoszonych w procesie RP-CVD z tetrametylodisilaetylenu

Agnieszka Walkiewicz-Pietrzykowska Aleksander M. Wr óbel

Warstwy węglika krzemu ze względu na swoje unikatowe właściwości optyczne [1], elektryczne [2, 3] i mechaniczne [4, 5] od lat cieszą się szerokim zainteresowaniem. Materiał ten charakteryzuje się dużą odpornością termiczną, chemiczną, wysoką twardością [6÷9] oraz odpornością na przenikanie czynnika korodującego. Warstwy węglika krzemu mogą być efektywnie wytwarzane z prekursorów krzemoorganicznych, stosując różne metody chemicznego nanoszenia z fazy gazowej (CVD), w tym również procesy plazmowe CVD (konwencjonalny oraz selektywny proces plazmowy CVD). Spośród wymienionych metod selektywny proces plazmowy CVD (remote plasma CVD) jest szczególnie atrakcyjny ze względu na możliwość wytwarzania jednorodnych chemicznie i morfologicznie materiałów cienkowarstwowych oraz łatwość kontroli parametrów procesu wzrostu warstwy. Selektywny proces plazmowy CVD różni się zasadniczo od konwencjonalnego procesu plazmowego: wzbudzanie plazmy i wzrost warstwy odbywają się w przestrzennie oddzielonych strefach. Plazma jest wytwarzana w atmosferze prostego gazu reaktywnego, jak np.: H2, [10, 11], N2 [10, 12], O2 [10], albo gazu szlachetnego, jak np.: Ar [13], He [10] i jest ona źródłem jednorodnego, elektrycznie obojętnego inicjatora, którym mogą być powstałe w rezultacie dysocjacji atomy wodoru, tlenu, azotu lub wzbudzone atomy gazu szlachetnego o znanej energii wzbudzenia. Separowane z plazmy atomy inicjatora wpływają do zasilanej substratem strefy wolnej od plazmy, gdzie następuje inicjowanie procesu CVD. W pracy przedstawione są rezultaty badań nad wytwarzaniem amorficznego węglika krzemu (a-Si:C:H) z 1,1,4,4-tetrametylodisilaetylenu (TMDSE) w selektywnym procesie plazmowym, inicjo więcej »

Porównanie struktur i parametrów prądowych wybranych taśm nadprzewodzących drugiego rodzaju

Michał Szota Marcin Nabiałek Katarzyna Szota Jarosław Jędryka Leopold Jeziorski

Nadprzewodnictwo to stan, w którym materiał przewodzi prąd elektryczny przy zerowej rezystancji. Prekursorem badań w tej dziedzinie był Heike Kamerlingh-Onnes, który po raz pierwszy otrzymał ciekły hel. Jednym z pierwszych pomiarów jakie przeprowadził było zbadanie zależności oporu elektrycznego metali od temperatury. Badając rtęć zauważył, iż zamiast łagodnego spadku oporu wraz z obniżaniem temperatury, w temperaturze ok. 4 K opór maleje gwałtownie do zera i poniżej tej temperatury rtęć nie wykazuje oporu elektrycznego [1]. Nadprzewodnictwo występuje dla niektórych pierwiastków, stopów, ceramik i materiałów organicznych [2]. Rekordową temperaturę krytyczną 254 K zanotowano dla nadprzewodnika (TlBa)Ba2Ca2Cu7O13+ [3]. Inną unikatową cechą nadprzewodników jest to, że poniżej temperatury krytycznej stają się doskonałymi diamagnetykami (Meissnera-Ochsenfelda) [4]. W nadprzewodnikach II rodzaju przy określonym polu magnetycznym Bc1 następuje wniknięcie pola magnetycznego do nadprzewodnika i występowanie stanu mieszanego. Przy polu Bc2 następuje zniszczenie stanu nadprzewodnictwa [5]. Najlepiej poznanymi z szerokiej gamy materiałów nadprzewodzących są YBa2Cu3O7 (YBCO) o temperaturze krytycznej TK około 90 K oraz Bi2Sr2CaCu2O9 (BSCCO) o TK około 110 K [3]. Wytwarza się z nich masowo między innymi taśmy, rurki, pierścienie o porównywalnych własnościach [1, 5÷8]. Na całym świecie prowadzi się zaawansowane badania nadprzewodnictwa. W technologii nadprzewodników przoduje Japonia, która jako pierwsza uruchomiła odcinek kolei magnetycznej wykorzystującej nadprzewodniki. Obecnie są oddane do użytku podobne odcinki kolei magnetycznych w Niemczech i Chinach [9÷11]. Najdłuższy odcinek kolei wykorzystującej nadprzewodniki TRANSRAPID został zbudowany w 2003 roku w Szanghaju - ma długość 30 km więcej »

Porównanie wybranych własności powierzchni elementów odlewanych ze stopu dentystycznego WIROBOND C oraz wykonanych metodą frezowania ze stopu ZENOTEC™ NP

DOROTA RYLSKA MAŁGORZATA I. SZYNKOWSKA GRZEGORZ SOKOŁOWSKI JERZY SOKOŁOWSKI

Biomateriały metaliczne stosowane w protetyce stomatologicznej, nie są materiałami w pełni biozgodnymi i wprowadzone do jamy ustnej często wywołują odpowiedź biologiczną ze strony ustroju. Jednak z uwagi na swoją dużą wytrzymałość mechaniczną, znajdują zastosowanie do wyrobu większości protez dentystycznych. Jedynie część metalowych konstrukcji protetycznych, nie podlegających w warunkach klinicznych zbyt dużym obciążeniom mechanicznym, można zastąpić innymi bardziej biozgodnymi materiałami ceramicznymi - np. materiałami na bazie dwutlenku cyrkonu. Najsilniejsze niekorzystne działanie wykazują konstrukcje protetyczne wykonane z powszechnie stosowanych stopów metali nieszlachetnych, opartych na bazie niklu i kobaltu oraz stopów o niskiej zawartości metali szlachetnych. Nie najlepsza tolerancja biologiczna metalowych konstrukcji protez ma swoje źródło w ich korozji. Produkty korozji i/lub jony metali, uwalnianie w jamie ustnej w procesie korozji protez, zależnie od składu stopów, wywołują miejscowe bądź ogólne efekty toksyczne, reakcje alergiczne, a niektórym przypisuje się nawet możliwe działanie rakotwórcze (mutagenne). Stopień szkodliwego działania biomateriałów metalicznych zależy głównie od ich składu chemicznego oraz odporności na korozję. Odporność korozyjna biometali pozostaje zaś w bezpośrednim związku z ich składem chemicznym, strukturą wewnętrzną, stopniem rozwinięcia powierzchni [1÷10]. Do niedawna wykonawstwo metalowych elementów protez oparte było na technologii odlewania metodą traconego wosku. Publikowane do tej pory prace wskazują, że procedury topienia metalu i sporządzania odlewu niosą ze sobą niekorzystne zmiany w odlewanych elementach, takie jak zmiana składu chemicznego stopu i struktury fazowej, obecność defektów odlewu (porowatość, jamki skurczowe), brak dokładności wynikający ze skurczu tężeniowego i termicznego. Powodują one obniżenie parametrów mechanicznych konstrukcji, ale także obniżenie ich odporno więcej »

Powłoki ochronne na bazie aluminium wytworzone na stopie tytanu

Agnieszka Kochmańska Stanisław Lenart

Stopy tytanu charakteryzują się żarowytrzymałością, odpornością na korozję elektrochemiczną w większości agresywnych środowisk, wysoką wytrzymałością właściwą i obojętnością biologiczną. Stosowane są zarówno w lotnictwie, energetyce, jak i medycynie. Konwencjonalne stopy tytanu z powodu niskiej odporności na utlenianie nie powinny być stosowane powyżej 600°C. W zależności od zastosowania używane są stopy jednofazowe α lub β, albo dwufazowe α + β. Stopy o strukturze jednofazowej α wykazują lepszą odporność na pełzanie spośród stopów tytanu. Mają wystarczającą ciągliwość, wytrzymałość i spawalność, lecz gorszą odkształcalność. Stopy dwufazowe mają dobrą podatność na odkształcenia plastyczne, podobnie jak stopy jednofazowe β. Najbardziej typowym przykładem stopów dwufazowych α + β jest stop TiAl6V4. Stosowany jest na różne elementy konstrukcyjne, silnie obciążone części maszyn oraz różne części w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Ze względu na zbyt małą żaroodporność, zakres temperatury stosowania stopów tytanu jest ograniczony, pomimo tego, że ich właściwości mechaniczne są w podwyższonej temperaturze dobre. Powyżej temperatury 500÷520°C w powietrzu tytan i jego stopy silnie reagują z tlenem tworząc rutyl. Tlenek ten nie ma właściwości ochronnych i w wyższej temperaturze dyfunduje do wewnątrz, następnie rozpuszcza się w metalu [1]. Powoduje to wytworzenie na powierzchni kruchej warstwy i jej wzrost. Odporność na utlenianie i korozję wysokotemperaturową można osiągnąć przez zastosowanie powłok i warstw ochronnych mających charakter barier cieplnych. Wiele prac nad wytwarzaniem powłok na powierzchni tytanu i stopów tytanu dotyczy powłok typu overlay [2, 3], powłok zawierających fazy międzymetaliczne TiAl wytwarzanych metodą kontaktowo-gazową [4], powłok ceramicznych [5] oraz ceramicznych powłok cieplnych wytwarzanych za pomocą technik plazmowych, np. PVD [6, 7]. W celu podniesienia odpornoś więcej »

Przeciwzużyciowa, dwustopniowa obróbka powierzchniowa narzędzi stosowanych w przemyśle drzewnym

Jerzy Ratajski Roman Olik Bog dan Warcholiński Adam Gilewicz Jerzy Michalski Jan Kwiatkowski Łukasz Szparaga

Właściwości warstw otrzymywanych po procesach duplex zależą w głównej mierze od synergicznego efektu wynikającego z połączenia dwóch pojedynczych procesów, a uzyskane tą drogą właściwości są nieosiągalne w przypadku pojedynczego procesu. Uzyskanie istotnego efektu synergicznego wymaga spełnienia jednoznacznie zdefiniowanych wymogów, jakie ma spełniać warstwa azotowana, będąca podłożem pod powłokę PVD. Nieodpowiednie połączenie i/lub niewłaściwa kontrola procesów może prowadzić do pogorszenia, a nie polepszenia efektu końcowego. Istotna jest właściwa identyfikacja reakcji, tak żeby efekty wynikające z pierwszego procesu nie zostały zredukowane przez drugi proces. W artykule przedstawiono wyniki badań noży ze stali szybkotnącej (SW7M) po obróbce duplex, tj. po zmodyfikowaniu ich warstwy wierzchniej w wyniku zastosowania azotowania gazowego i następnie nałożeniu na ich powierzchnię jednowarstwowej powłoki z azotku chromu metodą PVD. W celu uzyskania oczekiwanych rezultatów takiego sekwencyjnego połączenia wymienionych obróbek powierzchniowych, tj. wzrostu adhezji powłoki do podłoża, warstwa azotowana musi charakteryzować się ściśle zdefiniowanymi właściwościami. Przede wszystkim, musi być pozbawiona zewnętrznej strefy węgloazotków żelaza, ale jednocześnie ze strefą dyfuzyjną charakteryzującą się odpowiednio dużą twardością powierzchniową oraz możliwie największymi grubościami efektywnymi. Dodatkowo w celu uniknięcia kruchości warstwy należy dążyć do uniknięcia tworzenia się węglików na granicach byłego austenitu [1]. Te rygorystyczne wymagania połączone z bezwzględnym warunkiem otrzymywania w powtarzalny sposób założonej budowy warstwy stymulują badania w kierunku poszukiwań efektywnych metod projektowania algorytmu zmian parametrów procesu oraz poszerzenia spektrum metod kontroli procesu. Autorzy artykułu już od wielu lat pracują nad wieloma aspektami dotyczącymi procesu azotowania gazowego. W szczególności, zespół zagadnień d więcej »

Single-chamber HPGQ vacuum furnace with quenching efficiency comparable to oil

Maciej Korecki Józef Olejnik Zbigniew Szczerba Michał Bazel

Gas has been expanded as a quenchant with the application of vacuum heat treatment technology. In the present decade, development of gas quenching systems (HPGQ) progressed due to the commercialization of low-pressure carburizing (LPC), which has come into common use. Low-pressure carburizing may gradually replace traditional atmosphere- carburizing technology and oil-quench hardening in twochamber furnaces (sealed or integral quench). In order to achieve the same or better results, vacuum-furnace quenching-system designs must be improved to achieve the same cooling efficiency as oil using gas as a modern and more environmentally friendly medium. Gas-quenching systems outperform oil in almost every aspect. Nonetheless, current technology performance is not as strong as oil quenching given the limitations of carburized-case applications in some steel grades and/or the part dimensions. For the purpose of measurement and comparison, many methods and coefficients help to determine the efficiency of a given system and quenching medium. These include: Grossmann’s Number (H), cooling rate at given temperature (typically at 705°C), λ coefficient and heat transfer coefficient (α) as the most objective. Quenching parameters of typical oil systems were determined with α coefficient within the range from 1000÷2500 W/m2K according to traditional division for slow- (1000÷1500 W/m2K), medium- (1500÷2000 W/m2K) and fast-speed oil (2000÷2500 W/m2K).[1] HPGQ vacuum furnaces may be classified as two types depending on design. Single-chamber furnaces (heat treatment and quenching occurs in one chamber without dislocation of charge) have slower cooling due to construction and material limitations. The more efficient two- and multi-chamber furnaces utilize a separated, dedicated cold quenching chamber. At present with current technology, an average α coefficient of 600÷800 W/m2K can be obtained in HPGQ separated chambers więcej »

Sposób wytwarzania mieszanki nawęglającej

Piotr Kula Łukasz Kaczmarek Mariusz Stegliński Robert Pietrasik Radomir Atraszkiewicz Katarzyna Buczkowska

Technologia nawęglania, obok azotowania, węgloazotowania oraz azotonasiarczania, stanowi główną grupę obróbek cieplnych mających na celu poprawę właściwości mechanicznych warstw wierzchnich detali pracujących w węzłach ciernych przy naprężeniach stykowych. Potrzeba intensyfikacji procesów nasycania warstwy wierzchniej węglem sprawiła, że bardzo szybko rozwinęła się technologia niskociśnieniowej obróbki cieplno-chemicznej. Mimo wysokiej ceny urządzeń do obróbki niskociśnieniowej, technologia ta stała się konkurencją dla procesów gazowych, ze względu na szybkość i powtarzalność procesu. Dodatkowym aspektem przemawiającym za zastosowaniem obróbki pod obniżonym ciśnieniem jest mniejsze zanieczyszczenie środowiska w stosunku do technologii konwencjonalnych [1, 2]. Ekspansja procesu nawęglania próżniowego była możliwa dzięki rozwojowi instalacji uniwersalnych, w których zaimplementowana została technologia nawęglania. Pełna kontrola procesu, możliwość bezpośredniego hartowania wsadu po nasycaniu dyfuzyjnym węglem pozwoliła wdrożyć tę obróbkę w przemyśle motoryzacyjnym, maszynowym, a obecnie coraz szerzej, także w przemyśle lotniczym [3, 4]. Atmosfera procesu nawęglania Jako atmosferę roboczą przy pozyskaniu węgla atomowego stosuje się gazy węglonośne, takie jak: metan, acetylen, etylen oraz propan. Ponieważ metan poddany rekcji rozpadu jest źródłem jedynie 3% cząstek użytecznych w procesie nawęglania, dlatego też nie znalazł on szerszego zastosowania w procesie nawęglania próżniowego. W przypadku, gdy ilość wydzielanego węgla aktywnego przewyższa szybkość dyfuzji w głąb stali, na powierzchni przedmiotu powstaje warstewka sadzy lub smoły. Powstawanie sadzy bądź smoły powoduje konieczność czyszczenia elementów obrabianych i pieców [5], dlatego w najnowszych rozwiązaniach technologicznych zaczęto stosować takie gazy węglonośne, jak acetylen bądź etylen. W wyniku jednostopniowej reakcji rozpadu acetylenu oprócz węgla jedynym produktem więcej »

Struktura i odporność na zużycie tribologiczne powłok z cermetalu na stali S275N

ANDRZEJ LIS JADWIGA LIS CEZARY KOLAN PAWEŁ WIECZOREK

W nowoczesnym przemyśle szerokie zastosowanie ma odpowiednie kształtowanie własności powierzchniowych części maszyn, narzędzi, armatury itp. Może ono polegać na zmianie struktury i/lub składu chemicznego powłoki wierzchniej lub nanoszeniu różnych powłok. Jedną z technologii dającą szerokie możliwości nakładania powłok z metali, materiałów ceramicznych, cermetali lub tworzyw sztucznych jest natryskiwanie cieplne. Obróbka ta jest efektywną metodą nanoszenia powłok o dowolnym składzie chemicznym geometrii i strukturze ziaren na różne (metalowe i niemetalowe) podłoża. Proces ten charakteryzuje się brakiem przetopienia materiału podłoża, a natryskiwana powłoka jest połączona z podłożem adhezyjnie, mechanicznie lub w pewnych przypadkach dyfuzyjnie [1÷5]. Do podstawowych czynników, które decydują o własnościach natryskiwanej powłoki można zaliczyć: prędkość cząstki i jej temperaturę w momencie uderzenia w podłoże oraz atmosferę w jakiej ten proces przebiega [3]. MAT ERIAŁ DO BA DAŃ Przedmiotem badań były powłoki ceramiczne z MetaCeram 28020 z powłoką pośrednią, natryskiwane "na zimno" na stal S275N [4÷6]. Skład chemiczny materiałów użytych do uzyskania powłok podano w tabeli 1. Powłokę pośrednią na bazie proszku Ni-Al wykonano w celu uzyskania dobrej przyczepności do podłoża proszków ceramicznych. Po przeprowadzonym procesie natryskiwania na odpowiednio przygotowaną powierzchnię stali S275N zmierzono grubości powłoki więcej »

Struktury powłok WC-Co i podłoży ze stali węglowych uformowanych natryskiwaniem detonacyjnym

Tomasz Babul Jerzy Jeleńkowski Paweł Oleszczak

Detonacyjne natryskiwanie powłok jest efektywną technologią wykorzystującą detonację gazów [1]. W odróżnieniu od nanoszenia powłok metodą płomieniową lub plazmową zapewnia ona minimalną porowatość, a także bardzo dobrą adhezję powłoki do podłoża. Powłoki detonacyjne stosuje się przede wszystkim w celu zwiększenia odporności na zużycie przez tarcie narzędzi, części maszyn o różnym przeznaczeniu oraz ich regeneracji. Metodą tą otrzymuje się wysokowytrzymałe powłoki kompozytowe stosowanie w wielu dziedzinach techniki, w tym materiałów pracujących w kontakcie z wodorem [2]. Jakość powłok, ich wytrzymałość, gęstość, przyczepność do podłoża, twardość, i związane z tym właściwości, zależą od prędkości cząstek proszku, która w tej metodzie przewyższa znacznie prędkość dźwięku. Duże prędkości zderzenia są w stanie wywołać nadzwyczaj wysokie ciśnienie, silne odkształcenia plastyczne włączenie z wystąpieniem mechanizmu rotacyjnego. W warunkach sprzyjających powstawaniu znacznych gradientów temperatury i naprężenia mogą następować chwilowe zmiany gęstości materiałów, zmiany składu fazowego, stanu skupienia w podłożu i cząstkach materiału natryskiwanego. Struktura powłok detonacyjnych uformowanych z proszków węglika wolframu z kobaltem stanowi nadal cenne uzupełnienie powłok formowanych metodą detonacyjną, dlatego poświęca się im nadal wiele uwagi. Podstawowym wskaźnikiem oceny właściwości natryskiwanych powłok jest ich struktura, której elementami są: skład fazowy, kształt natryskanych cząstek, granice między cząstkami, między warstwami w powłoce i w strefie oddzielającej powłokę od podłoża, umownie nazwanej strefą pośrednią. Strukturze stref pośrednich poświęcono wiele prac [3÷7], jednak mechanizm ich formowania pozostaje nadal problemem dyskusyjnym. Oczekują analizy takie zjawiska, jak: procesy rozdrobnienia materiałów powłokowych i w podłożu podczas formowania, wzajemne ich przemieszczanie, mechanizm i kinetyka zawirowań. Celem pracy więcej »

Synergiczne układy warstwowe: azotek krzemu - warstwa przejściowa na multikrystalicznym krzemie

Wojciech Bąk Maria Jurzecka-SZYMACHA Stanisława Jonas Katarzyna Tkacz-Śmiech

Amorficzny azotek krzemu a-SiNx:H nale.y do najbardziej obiecuj.cych materia.ow warstwowych o szczegolnym znaczeniu dla fotowoltaiki. Stosowany w postaci warstwy na krzemowych ogniwach s.onecznych pe.ni rol. pasywnej pow.oki antyrefleksyjnej, ktora jednocze.nie zabezpiecza powierzchni. ogniwa przed korozj. oraz przed dyfuzj. obcych atomow i jonow (np. tlenu). Takie warstwy stanowi. .rod.o wodoru pasywuj.cego defekty pod.o.a (przede wszystkim defekty powierzchniowe na granicach mi.dzyziarnowych polikrystalicznego krzemu). Na efekt wzrostu synergizmu w.a.ciwo.ci w uk.adzie warstwa-pod.o.e znacz.cy wp.yw maj.: adhezja warstwy do pod.o.a i rozk.ad napr..e. w.asnych. Osi.gni.cie zamierzonego efektu jest uwarunkowane rownie. parametrami samej warstwy, takimi jak: grubo.., budowa atomowa i g.sto.. warstwy, a tak.e wzgl.dna zawarto.. pierwiastkow Si, N i H. W literaturze przedmiotu mo.na znale.. informacje na temat roli sk.adu chemicznego i budowy warstw a-SiNx:H, jako czynnikow decyduj.cych o ich w.a.ciwo.ciach u.ytkowych i mo.liwych zastosowaniach [1€11]. Na przyk.ad: .. wraz ze wzrostem zawarto.ci krzemu w warstwie spada jej opor elektryczny, .. napr..enia w warstwie mog. by. modyfikowane przez dobor wzgl.dnej zawarto.ci azotu, .. zawarto.. wodoru jest wi.ksza w warstwach osadzanych w wy.szej temperaturze, .. optyczna transmisja warstwy spada ze wzrostem zawarto.ci Si. Warto.. przerwy energetycznej maleje od 5,1 eV dla warstwy o sk.adzie bliskim stechiometrycznemu [N]/[Si] . 1,3 do 2,05 eV dla warstw bogatych w krzem. Wobec tych zale.no.ci istotne znaczenie ma fakt, .e sk.ad chemiczny warstwy (zawarto.. Si, N i H) i jej budowa zale.. od warunkow, w ktorych zosta.a ona otrzymana, to jest od metody formowania warstwy i parametrow procesu. U.ytkowe w.a.ciwo.ci azotku krzemu pozostaj. w .cis.ej relacji do aspektow technologicznych. Jedno z najwa.niejszych miejsc w.rod metod otrzymywania warstw a-SiNx:H zajmuj. technolo więcej »

Synergiczne układy warstwowe: azotek krzemu – warstwa przejściowa na multikrystalicznym krzemie

Wojciech Bąk Maria Jurzecka-SZYMACHA Stanisława Jonas Katarzyna kacz-śmiech

więcej »

Uwarunkowania technologiczne naddźwiękowej metalizacji płomieniowej HVOF do wytwarzania intermetalicznych powłok ochronnych Fe-Al dla potrzeb energetyki

CEZARY SENDEROWSKI KRZYSZTOF ŁODZIŃSKI ZBIGNIEW BOJAR

Historia natryskiwania cieplnego sięga początków XX stulecia, gdy Dr. Max Schoop przeprowadził eksperymenty, w których wykorzystano tlen i acetylen oraz sprężone powietrze do zdeponowania przetopionego materiału w formie metalicznej powłoki ochronnej [1]. W 1933 roku przedstawiona idea została zaadoptowana przez grupę METCO INCORPORATED, która obecnie jest głównym producentem systemów metalizacji natryskowej płomieniowej. Natrysk płomieniowy jest badany i modyfikowany nieustannie, na kanwie czego rozwijane są coraz nowsze, zaawansowane technologie wykorzystywane powszechnie przez przemysł energetyczny, motoryzacyjny, lotniczy, a nawet kosmiczny. W 1988 roku firma METCO przedstawiła system HVOF (High Velocity Oxy-Fuel) pod nazwą Diamond Jet [2], który dał początek rozwoju nowej generacji technologii płomieniowej z naddźwiękowym strumieniem metalizacyjnym, generowanym w wyniku ciągłego spalania mieszanki paliwowo-tlenowej. Najczęściej stosowane paliwa gazowe w technologii HVOF to propan, propylen i wodór, ale również gaz ziemny lub acetylen. Rodzaj zastosowanego paliwa gazowego wespół z konstrukcją palników naddźwiękowych decydują zarówno o prędkości strumienia metalizacyjnego, która może zawierać się w przedziale 400÷1000 m/s, jak i jego temperaturze - powyżej 3200°C, powodującej nadtapianie podawanego proszku stanowiącego materiał powłoki. Powłoki natryskane techniką naddźwiękową HVOF z użyciem paliwa gazowego cechuje niska porowatość (poniżej 2%) i mała zawartość tlenków oraz bardzo wysoka wytrzymałość adhezyjno- -dyfuzyjnego połączenia powłoki z podłożem (powyżej 80 MPa). Istnieją również systemy HP/HVOF (High Pressure HVOF), w których stosuje się palniki zasilane paliwem płynnym - najczęściej naftą lotniczą. Osiąga się w nich jeszcze większą wartość prędkości nadtopionych cząstek proszku (do 1200 m/s) przy niższej temperaturze płomienia, rzędu 2700°C, co skutkuje większą energią kinetyczną cząstek [3]. W rezultacie powłok więcej »

Warstwa wierzchnia stali austenitycznej X5CrNi18-10 modyfikowana impulsem lasera

Magdalena Rozmus-Górnikowska Jan Kusiński Marek Blicharski Jan MARCZAK

więcej »

Warstwa wierzchnia tytanu po niekonwencjonalnym azotowaniu jarzeniowym

Tadeusz Frączek Michał Olejnik Jarosław Jasiński

Szerokie zastosowanie stopów tytanu wynika z ich unikatowych właściwości fizycznych i chemicznych. Połączenie niskiej gęstości, dobrej odporności korozyjnej z dobrą plastycznością i właściwościami mechanicznymi decyduje o zastosowaniu stopów tytanu w takich gałęziach przemysłu, jak: lotnictwo, motoryzacja, energetyka, okrętownictwo, architektura, a także medycyna i sprzęt sportowy. Pomimo wielu cennych zalet, jednym z podstawowych mankamentów ograniczającym szersze zastosowanie stopów tytanu jest niekorzystny wpływ reaktywnej natury tytanu i jego podatność do utleniania. Utworzona w temperaturze otoczenia warstwa tlenków jest cienka i ma niską wytrzymałość, co sprzyja jej łatwemu usuwaniu w warunkach tarcia. Negatywny wpływ na zużycie powierzchni elementów wykonanych ze stopów tytanu wywiera niska odporność na ścinanie, wynikająca z heksagonalnej struktury krystalograficznej Tiα [1]. Konfiguracja elektronowa powodująca wysoką reaktywność tytanu, struktura krystalograficzna oraz nieefektywność stosowanych konwencjonalnie smarów ogranicza stosowanie tytanu i jego stopów do warunków nie wymagających odporności na zużycie ścierne [2]. Wyeliminowanie wyżej wymienionych mankamentów jest możliwe przez stosowanie różnych rodzajów obróbek powierzchniowych, które przez modyfikację składu chemicznego i fazowego warstwy wierzchniej pozwalają na efektywną poprawę trwałości eksploatacyjnej elementów wykonanych z tej grupy materiałów. Inżynieria powierzchni tytanu i jego stopów jest problemem znanym i rozwijanym od początków drugiej połowy dwudziestego wieku. Wśród najbardziej popularnych metod obróbki powierzchniowej stopów tytanu należy wymienić: utlenianie, azotowanie i tlenoazotowanie, borowanie, nawęglanie, metody PVD i CVD oraz techniki laserowe i implantacji jonów. Azotowanie stopów tytanu realizowane może być metodą gazową, drogą przetapiania laserowego w atmosferze azotu, implantacji jonów lub też z wykorzystaniem technik więcej »

Warstwy a-C:N:H na polimerach osadzane w układzie PE CVD

Stanisława Jonas Anna Małek Jadwiga Konefał Piotr Boszkowicz

Głównym powodem decydującym o tak dużym zainteresowaniu polimerami jest łatwy i niedrogi sposób ich wytwarzania z ropy naftowej. Ponadto posiadają one wiele atrakcyjnych właściwości. Są lekkie i odporne na korozję, co czyni je ważnymi materiałami konstrukcyjnymi. Inne są wykorzystywane w zaawansowanych zastosowaniach medycznych. Są również kluczowymi materiałami podczas wytwarzania półprzewodnikowych układów scalonych oraz zaawansowanych urządzeń optycznych. Niestety wiele z tych zastosowań polimerów nie może być rozwijanych ze względu na niskie parametry charakteryzujące ich powierzchnię. Powierzchnia polimerów może łatwo ulec zarysowaniu i zmieniać się pod wpływem czasu w wyniku kontaktu z otaczającym je środowiskiem. Oczywistym sposobem polepszenia ich właściwości jest modyfikacja powierzchni. Najbardziej efektywnymi metodami są mokre techniki chemiczne, laserowe i plazmowe oraz technologie warstwowe, włącznie z chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD). Problemem pozostaje jednak fakt, że polimery są wrażliwe na działanie temperatury i mogą być poddawane obróbce jedynie w umiarkowanym zakresie temperatury. W przypadku technologii warstwowych może to stanowić pewną trudność w tworzeniu warstw charakteryzujących się dobrą przyczepnością do podłoża [1]. Metodą, która daje możliwość pokonania tej bariery jest zastosowanie niekonwencjonalnej syntezy jaką jest chemiczne osadzanie z fazy gazowej w warunkach plazmy niskotemperaturowej. W plazmowo wspomaganym CVD (PE CVD) warstwy mogą być otrzymywane w temperaturze pokojowej lub niewiele wyższej, bez pogorszenia ich przyczepności [2÷4]. Typ zastosowanej warstwy (jej mikrostruktura, skład chemiczny i struktura chemiczna) powinien być zaprojektowany tak, aby sprostać oczekiwaniom stawianym układowi warstwa-podłoże. W przypadku zastosowań tribologicznych modyfikowana powierzchnia powinna być odporna na zużycie i korozję, jak również powinna charakteryzować się niską chropowatością więcej »

Warstwy Al2O3 na narzędziach skrawających z węglików spiekanych otrzymywane metodą MOCVD

Agata Sawka Andrzej Kwatera Wiesław Juda

Warstwy Al2O3 są nanoszone na narzędzia skrawające z węglików spiekanych na skalę przemysłową od lat 70. XX w. za pomocą metody CVD (Chemical Vapour Deposition). Do syntezy warstw stosowane są następujące reagenty: AlCl3 - H2 - CO2 [1] lub AlCl3 - H2O - CO2 [2]. Temperatura procesu wynosi powyżej 1000°C. Ponadto konieczne jest uprzednie pokrycie podłoża z węglików spiekanych warstwą pośrednią TiC lub Ti(C, N). Wysoka temperatura procesu sprzyja powstawaniu proszków w fazie gazowej (nukleacji homogenicznej). W konsekwencji, aby zapobiec tej szkodliwej reakcji przy syntezie warstw gęstych, proces ich syntezy powinien być prowadzony przy niskim stężeniu reagentów, co znacznie wydłuża czas syntezy warstw o optymalnej grubości 5 μm (szybkość wzrostu warstwy: 0,5÷1 μm/h [3]). Wysoka temperatura także przyczynia się do wzrostu chropowatych warstw Al2O3 (na powierzchni warstwy wzrastają krystality o wydłużonym kształcie). Wydaje się, że zastosowanie bardziej reaktywnych metaloorganicznych reagentów powinno pozwolić uzyskać warstwy Al2O3 na podłożach z węglików spiekanych o wysokiej gęstości i gładkości w znacznie niższej temperaturze. Praca przedstawia wyniki badań nad syntezą warstw Al2O3 metodą MOCVD z użyciem acetyloacetonianu glinu (Al(O2C5H7)3) jako podstawowego reagenta. MATE RIAŁY I METODY KA BADAŃ Warstwy Al2O3 syntezowano na narzędziach skrawających z węglików spiekanych S30S SNUN 120412 (SANDVIK BAILDONIT) metodą MOCVD. Jako podstawowego reagenta użyto acetyloacetonianu glinu (zawartość Al(O2C5H7)3 - min. 98%). Jako gazu nośnego użyto argonu (99,995%). Do syntezy warstw użyto również powietrza (jako źródła O2, a więcej »

Warstwy a-SiNx:H o różnej zawartości azotu osadzane w układzie PECVD

Katarzyna Tkacz-Śmiech Piotr Boszkowicz Stanisława Kluska Maria Jurzecka-Szymacha

Technologie warstwowe wychodzą obecnie naprzeciw rosnącemu zapotrzebowaniu na materiały nowej generacji i tym samym stanowią kluczowy obszar inżynierii powierzchni i inżynierii materiałowej [1÷4]. Wykorzystuje się je w celach modyfikacji właściwości powierzchni różnego typu materiałów (ceramicznych, metalicznych, polimerów organicznych), a także w otrzymywaniu materiałów funkcyjnych, np. dla elektroniki czy fotowoltaiki. Zastosowanie znajdują zarówno cienkie warstwy o grubości rzędu kilku warstw atomowych, jak i warstwy, których grubość sięga kilku, kilkunastu mikrometrów, najczęściej uzyskiwane sposobem chemicznego lub fizycznego osadzania z fazy gazowej. Warstwy niestechiometrycznego azotku krzemu a-SiNx:H, które są przedmiotem badań opisanych w tej pracy, mają szereg właściwości, stawiających je w grupie materiałów o istotnym znaczeniu dla rozwoju fotowoltaiki [5÷15]. Stanowią pasywną powłokę antyrefleksyjną, która jednocześnie zabezpiecza powierzchnię ogniwa słonecznego przed korozją oraz przed dyfuzją obcych atomów i jonów (np. tlenu). Jednocześnie warstwy takie są źródłem wodoru pasywującego defekty podłoża (na przykład defekty powierzchniowe granic międzyziarnowych polikrystalicznego krzemu). Warstwa a-SiNx:H, stosowana jako powłoka zewnętrzna, zabezpiecza amorficzny krzem przed dyfuzją obcych atomów (np. tlenu) z atmosfery. Jako warstwa wewnętrzna stanowi barierę dla dyfuzji atomów/jonów między podłożem i krzemem (np. w układach scalonych). Celem pracy było otrzymanie w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej, prowadzonym ze wspomaganiem plazmy (PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), serii amorficznych warstw a-SiNx:H o różnej zawartości azotu. W literaturze przedmiotu można znaleźć szereg doniesień odnośnie do roli składu chemicznego i budowy warstw jako czynników decydujących o właściwościach użytkowych i potencjalnych zastosowaniach. Znana jest zależność pomiędzy współczynnikiem załamania warstwy więcej »

Warstwy borowane modyfikowane chromem, niklem oraz obróbką laserową

ALEKSANDRA PERTEK ANETA BARTKOWSKA

Warstwy borowane o strukturze borków FeB+Fe2B wytwarzane na stalach stosowane są od wielu lat w wielu dziedzinach techniki. Mają szereg zalet, do których należy wysoka twardość dochodząca do 2000 HV, odporność na zużycie przez tarcie i na korozję. Do wad warstw borowanych zaliczyć należy pewną kruchość znajdującego się w strefie przypowierzchniowej borku FeB, która może przejawiać się odpryskiwaniem i łuszczeniem warstwy od podłoża oraz duży gradient twardości między warstwą a podłożem [1÷3]. Metodami zmniejszającymi negatywne cechy warstwy są: wytwarzanie jednofazowych warstw borowanych Fe2B przez borowanie gazowe lub jarzeniowe [3, 4], laserowa obróbka [7, 8, 13] oraz modyfikacja różnymi pierwiastkami, np. węglem, krzemem, aluminium, chromem, niklem. Dodatki te można wprowadzać metodą obróbki dyfuzyjnej [5], galwanicznej [4, 6, 11, 12] lub laserowej [7÷10, 12, 13]. Możliwe jest jednoczesne lub sekwencyjne prowadzenie procesów z zastosowaniem tych metod. Literatura przedmiotu wskazuje na korzystny wpływ stosowania kombinacji pierwiastków i metod w celu poprawy właściwości warstw borowanych [4÷9, 11÷13], jak i innych warstw wierzchnich [2, 6, 14]. W pracy przeprowadzono modyfikację warstw borowanych za pomocą chromu i niklu z użyciem metody galwanicznej oraz obróbkę laserową wytworzonych kompleksowych warstw borochromowanych i boroniklowanych. Określono wpływ zastosowanych procesów na mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność na zużycie przez tarcie warstwy wierzchniej stali C45. METODYKA BADAŃ Badania przeprowadzono na próbkach ze stali C45 o składzie chemicznym: 0,42% C, 0,72% Mn, 0,19% Si, 0,30% S, 0,008%P. Próbki miały kształt pierścienia o wymiarach: średnica zewnętrzna 20 mm, średnica wewnętrzna 12 mm, wysokość 12 mm. Próbki poddano obróbce galwanicznej - niklowaniu i chromowaniu. Niklowanie przeprowadzono w kąpieli typu Wattsa, a chromowanie w kąpieli zawierającej bezwodnik kwasu chromowego oraz kwas siarkowy. Wytwo więcej »

Warunki syntezy warstw węglowych na gwoździach śródszpikowych ze stali AISI 316L

Jacek Grabarczyk

Historia stosowania stali austenitycznej w implantologii rozpoczęła się w latach 70. ubiegłego stulecia. Od tego czasu materiał ten przeszedł metamorfozę, wynikającą z konieczności poprawy jego właściwości powierzchniowych i mechanicznych w celu dopasowania ich do wymagań, jakie stawia środowisko organizmu człowieka. Istotny postęp w tej dziedzinie dało wprowadzenie stali typu AISI 316, a nastepnie 316L z dodatkiem molibdenu o podwyższonej odporności na korozję szczelinową i wżerową. Właśnie te typy korozji wskazuje się jako główny powód niszczenia powierzchni implantów medycznych [1]. Mimo iż w międzyczasie pojawiły sie inne materiały implantacyjne, o lepszej odporności na korozję w środowisku tkanek i płynów ustorojwych, stale austenityczne wciąż stanowią główną grupę materiałów, zwłaszcza w ortopedii urazowej. Wciąż jest to jednak materiał daleki od ideału. Analiza implantów usuniętych z organizmu pacjentów pokazuje częste przypadki występowania śladów korozji w miejscach styku współpracujących elementów [2÷4]. Spowodowane jest to efektem wycierania warstwy pasywnej wskutek występowania mikroruchów w miejscach łączenia elementów implantu, prowadzących w konsekwencji do powstawania zjawiska frettingu [2]. Ryzyko to rośnie wraz z czasem przebywania implantu w organizmie, stąd wszczepy wykonane ze stali AISI 316L określa się mianem "krótkookresowych" lub "krótkotrwałych", zwykle wykorzystywanych w leczeniu trwającym od kilku do kilkunastu miesięcy. W ostatnich latach jednak można zauważyć, iż ponownie pojawiają się implanty "długookresowe" wykonane ze stali austenitycznej, dotyczy to zwłaszcza endoprotezy stawu biodrowego. Łączyć to można z faktem dalszej ewolucji tego materiału i pojawieniem się stopu AISI 316LVM, wytwarzanego próżniowo o bardzo niskim poziomie zanieczyszczeń i zawartości węgla do maks. 0,024%. Wydaje się, że materiał ten skutecznie zaczyna konkurować z implantacyjnymi stopami kobaltu, którego stosowanie wią więcej »

Właściwości anodowych powłok tlenkowych na aluminium wytwarzanych metodą impulsową

Tomasz Kmita

Zastosowanie stopów aluminium w węzłach kinematycznych maszyn roboczych wymaga modyfikacji ich warstwy wierzchniej (WW). Wynika to m.in. z niskiej twardości i odporności na ścieranie stopów aluminium oraz ich skłonności do sczepień adhezyjnych podczas współpracy tribologicznej z metalami [1]. Poprawę właściwości tribologicznych stopów aluminium zapewnia technologiczna WW w postaci anodowej powłoki tlenkowej Al2O3, uzyskiwana drogą anodowania twardego. Tak zmodyfikowana warstwa wierzchnia Al charakteryzuje się wysoką odpornością na ścieranie, znaczną mikrotwardością (ok. 300÷600 μHV) oraz dostateczną grubością (ok. 20÷200 μm) [2]. W zastosowaniach tribologicznych bardzo istotne znaczenie mają również morfologia oraz struktura geometryczna powierzchni współpracujących materiałów. Metoda anodowania twardego pozwala kształtować te właściwości stopów aluminium. Dokonuje się tego przez zmianę warunków procesu elektrolitycznego, takich jak: skład, pH i temperatura elektrolitu, czas procesu oraz anodowa gęstość prądu [1, 3]. Znaczny wpływ na morfologię i strukturę geometryczną powierzchni anodowych powłok tlenkowych na stopach aluminium mają również dodatki stopowe podłoża. Szczególnie niekorzystna z tego punktu widzenia jest obecność krzemu w podłożu. Dlatego najczęściej w węzłach kinematycznych maszyn (np. cylindry siłowników pneumatycznych, sprężarek) stosuje się stopy Al-Mg do przeróbki plastycznej, natomiast rzadziej siluminy [4÷6]. Klasyczne metody wytwarzania anodowych powłok tlenkowych na Al dla celów tribologicznych wykorzystują stałoprądowe lub stałonapięciowe anodowanie aluminium. Pociąga to za sobą szybkie narastanie powłoki, lecz jednocześnie wywołuje intensywne wydzielanie ciepła na elektrodach, co prowadzi do niekorzystnego wzrostu temperatury elektrolitu w strefie przyelektrodowej. W skrajnych przypadkach (wysokie gęstości prądowe procesu) uzyskuje się bardzo grubą, lecz łatwo ścieralną i porowatą powłokę A więcej »

Właściwości eksploatacyjne stali ferrytyczno-austenitycznej azotowanej niskotemperaturowo

Jarosław Bielawski Jolanta Baranowska Mieczysław Wysiecki

Mikrostruktura oraz sk.ad chemiczny stali ferrytyczno-austenitycznej ma ogromny wp.yw na jej w.a.ciwo.ci mechaniczne. Ta dwufazowa mikrostruktura jest kombinacj. najbardziej korzystnych cech chromowej stali ferrytycznej i chromowo-niklowej stali austenitycznej. Jednocze.nie ma doskona.e w.a.ciwo.ci mechaniczne, takie jak: wytrzyma.o.. na rozci.ganie, ci.gliwo.., plastyczno.. oraz odporno.. na korozj. ogoln., w.erow. i napr..eniow.. Ogromn. zalet. stali duplex jest jej cena, ktora jest ni.sza ni. cena wysokoniklowej stali austenitycznej. Wi..e si. to miedzy innymi z obni.on. zawarto.ci. niklu, ktory jest do.. drogim i deficytowym sk.adnikiem, stosowanym w produkcji stali ferrytyczno-austenitycznej. Zespo. w.a.ciwo.ci mechanicznych, korozyjnych oraz aspekt ekonomiczny ma ogromny wp.yw na jej szerokie zastosowanie w wielu ga..ziach przemys.u jako materia.u konstrukcyjnego. Jednak trzeba mie. na uwadze relatywnie nisk. twardo.. stali ferrytyczno-austenitycznej, ktora do.. mocno ogranicza jej zastosowania zw.aszcza w konstrukcjach, ktore nara.one s. na zu.ycie tribologiczne, wyst.puj.ce cz.sto w parze ze zu.yciem korozyjnym. Proces azotowania gazowego stali ferrytyczno-austenitycznej (duplex) jest obrobk. powierzchniow., ktora ma na celu podniesienie w.a.ciwo.ci u.ytkowych, takich jak twardo.. oraz odporno.. na .cieranie, co znacznie rozszerzy jej zastosowanie jako materia.u konstrukcyjnego. Niestety, je.eli obrobka cieplno-chemiczna jest prowadzona w temperaturze powy.ej 500‹C, w wytworzonej warstwie azotowanej obecne s. azotki .elaza i/lub chromu, co wi..e si. ze znacznym pogorszeniem odporno.ci korozyjnej warstwy azotowanej. Ten sam efekt zaobserwowano rownie. w przypadku azotowania stali austenitycznej w temperaturze >500‹C [1€3]. W drugiej po.owie lat 80 prowadzono badania nad niskotemperaturowym (poni.ej 500‹C) azotowaniem gazowym stali austenitycznej [4]. Stwierdzono, .e je.eli więcej »

Właściwości powłok hydroksyapatytowych wytwarzanych metodą zol-żel na podłożach tytanowych

BOŻENA PIETRZYK JAROSŁAW KOMOROWSKI

Hydroksyapatyt (HAp) ze względu na chemiczne podobieństwo do mineralnego składnika kości jest uważany za jeden z najważniejszych materiałów do zastosowań biomedycznych. [1÷3]. Szczególne zainteresowanie wzbudza jako materiał do zastosowań w implantologii ortopedycznej i stomatologicznej. Wykorzystywany jest jako substytut kości, jednak ze względu na niskie właściwości wytrzymałościowe nie może być stosowany na elementy silnie obciążane. W takich przypadkach HAp może być zastosowany jako powłoka poprawiająca właściwości biomedyczne metalowego implantu. Dla zapewnienia optymalnych właściwości biomedycznych istnieje dążenie do osiągnięcia jak największego podobieństwa budowy chemicznej wytwarzanych powłok z naturalną kością. Biologiczny apatyt zawiera grupy węglanowe CO3, które częściowo zastępują zarówno jony fosforanowe PO4 3- (typ-B), jak jony hydroksylowe OH- (typ-A) [4, 5]. Istnieje wiele metod wytwarzania powłok HAp na metalowych podłożach, np.: rozpylanie jonowe, nanoszenie elektroforetyczne, impulsowa ablacja laserowa, natryskiwanie cieplne i metoda zol-żel [6÷11]. Metoda zol-żel wyróżnia się spośród nich niskimi kosztami aparatury, nieskomplikowanym procesem technologicznymi oraz możliwością łatwego kontrolowania struktury i budowy chemicznej wytwarzanej warstwy. Metoda ta może być wykorzystana do modyfikacji budowy chemicznej HAp w kierunku otrzymywania powłok o budowie zbliżonej do apatytów biologicznych. W pracy przedstawiono sposób przygotowania powłok HAp z udziałem grup węglanowych nakładanych metodą zol-żel na podłoża tytanowe. Przedstawiono morfologię, właściwości mechaniczne i budowę chemiczną wytworzonych powłok. WYTWARZANIE I METODY BADANIA POWŁOK Zol wapniowo-fosforanowy przygotowano, rozpuszczając prekursory tzn. Ca(NO3)2·4H2O oraz (C2H5)3PO4 w etanolu. Po połączeniu osobno przygotowanych roztworów, zol starzono w temperaturze 60°C od 8 do 40 godzin. Stwierdzono, że parametry zolu, takie jak pH i le więcej »

Właściwości tribologiczne smarowanych skojarzeń tarciowych z udziałem cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem

MIECZYSŁAW PANCIELEJKO ANDRZEJ CZYŻNIEWSKI

Powłoki węglowe modyfikowane wolframem, określane jako W-C:H, WC/C, WC/a-C:H, W-DLC charakteryzują się niskim współczynnikiem tarcia i wysoką odpornością na zużycie w warunkach tarcia suchego [1÷5]. Wytwarzane są metodami PVD i CVD, jako monowarstwy oraz jako składowe w pokryciach wielowarstwowych i nanokompozytowych [1÷5]. Stosowane są do pokrywania elementów układów hydraulicznych, łożysk i przekładni zębatych, które mogą pracować na sucho, w płynach smarujących lub w warunkach ograniczonego smarowania [3÷7]. Badania tribologiczne skojarzeń tarciowych z udziałem cienkich powłok węglowych w środkach smarowych zawierających dodatki uszlachetniające pokazują, że nie wpływają one znacząco na współczynnik tarcia, natomiast zużycie pokrytych elementów silnie zależy od składu chemicznego środka smarnego [7÷11]. Może to wynikać z różnych mechanizmów oddziaływania środka smarowego, zawierającego dodatki uszlachetniające, z powłokami węglowymi modyfikowanymi metalami [10]. W skład pakietu dodatków uszlachetniających oleje silnikowe wchodzą dodatki zawierające m.in. związki pierwiastków, które są niebezpieczne dla środowiska naturalnego [11, 12]. Całkowite wyeliminowanie związków fosforu (ZDTP) z olejów silnikowych jest przedsięwzięciem bardzo trudnym, ponieważ ZD TP jest podstawowym dodatkiem przeciwzużyciowym, dla którego brak aktualnie równorzędnego substytutu. Negatywne oddziaływanie fosforu można obniżyć, stosując dodatki olejowe oparte na związkach wapnia, które w znacznym stopniu zapobiegają odkładaniu się fosforu w katalizatorze, a także przez zmniejszenie zużycia oleju przez silnik oraz przez obniżenie zawartości ZDTP, jednak kosztem pogorszenia właściwości przeciwzużyciowych oleju [11]. Celem pracy było scharakteryzowanie właściwości tribologicznych ślizgowych skojarzeń tarciowych bez i z udziałem cienkich powłok węglowych zawierających 2÷10% at. wolframu w warunkach smarowania olejem bez dodatków uszlachetniających (bazowy więcej »

Właściwości tribologiczne ślizgowych skojarzeń tarciowych cienkich powłok a-C:H oraz W-C:H ze stalą i ceramiką

Andrzej Czyżniewski

Wytwarzane na bazie w.gla pow.oki typu a-C, a-C:H, X-C:H (X=W, Ti, i in.), cz.sto okre.lane wspolnym mianem DLC (Diamond-Like Carbon), s. przedmiotem intensywnych bada. od wielu lat z uwagi na ich unikalne w.a.ciwo.ci, w szczegolno.ci niski wspo.czynnik tarcia oraz wysok. odporno.. na zu.ycie przez tarcie. Jednak.e ze wzgl.du na znaczne zro.nicowanie w.a.ciwo.ci zale.nie od rodzaju pow.oki, wilgotno.ci atmosfery, temperatury czy rodzaju materia.u wspo.pracuj.cego z pow.ok., bardzo wa.nym zagadnieniem jest wybor pow.oki o odpowiednich w.a.ciwo.ciach dla okre.lonych zastosowa. tribologicznych. Lepsze poznanie uwarunkowa. uzyskania okre.lonych w.a.ciwo.ci, w szczegolno.ci tribologicznych ro.nych skojarze. tarciowych z udzia.em pow.ok DLC, mo.e u.atwi. wybor odpowiedniej pow.oki. W ostatnich latach stosunkowo du.o bada. po.wiecono wyja.nieniu mechanizmow zu.ycia i procesow tarcia .lizgowych skojarze. ciernych z udzia.em niemodyfikowanych pow.ok DLC zarowno uwodornionych (a-C:H) [1€5], jak i nie zawieraj.cych wodoru (a-C) [5€7]. W przypadku niemodyfikownych pow.ok DLC proces tarcia uwarunkowany jest zjawiskami grafityzacji i utleniania pow.oki oraz przeciwprobki, w wyniku ktorych w strefie styku powstaj. substancje grafitopodobne oraz produkty utleniania wspo.tr.cego materia.u. Nieliczne natomiast badania w tym zakresie prowadzone dla pow.ok modyfikowanych krzemem (Si-C:H) [5, 8], wolframem (W-C:H) [9] i tytanem (Ti-C:H) [10, 11] pokazuj., .e w procesie tarcia, oprocz grafityzacji i utleniania pow.oki, istotn. rol. mog. odgrywa., powstaj.ce podczas tarcia tlenki pierwiastkow zastosowanych do modyfikacji. Celem pracy by.o scharakteryzowanie w.a.ciwo.ci tribologicznych oraz procesu tarcia .lizgowych skojarze. tarciowych pow.ok a-C:H i W-C:H ze stal. .o.yskow. 100Cr6 i ceramik. Al2O3. Procedura wytwarzania Pow.ok i metod yka bada. Cienkie pow.oki a-C:H i W-C:H wytworzono technik. impulsowego reaktywnego rozpy więcej »

Wpływ aktywacji powierzchni na strukturę i właściwości warstw azotowanych gazowo na odpornej na korozję stali utwardzanej wydzieleniowo

Paweł Kochmański Jolanta Baranowska Jarosław Bielawski

W artykule przedstawiono wyniki badań warstw azotowanych na stali o handlowej nazwie 17-4 PH (X5CrNiCu 17-4-4). Stal ta należy do grupy stali odpornych na korozję utwardzanych wydzieleniowo i jest umacniana wydzieleniami miedzi. Dzięki połączeniu wysokiej wytrzymałości, twardości i bardzo dobrej odporności korozyjnej przy bardzo łatwej obróbce cieplnej znajduje zastosowanie w przemyśle lotniczym, chemicznym, petrochemicznym, spożywczym, papierniczym, metalowym. Materiał ten zawdzięcza swoje właściwości przemianom wydzieleniowym, zachodzącym podczas grzania, w niskowęglowym martenzycie powstałym w trakcie przesycania [1]. W celu podwyższenia odporności na zużycie tribologiczne tej stali stosuje się metody inżynierii powierzchni, na przykład azotowanie. Azotowanie stali wysokochromowej jest możliwe tylko pod warunkiem zastosowania aktywacji powierzchni przez usunięcie lub znaczne zdefektowanie pasywnej barierowej warstewki tlenków chromu. Aktywacja powierzchni jest więc jednym z podstawowych problemów związanym z azotowaniem tej grupy stali (tzw. stali trudnoazotującej się). Istnieją różne metody aktywacji powierzchni stosowane albo przed azotowaniem jako obróbka wstępna, albo w trakcie trwania procesu azotowania. Metody stosowane przed azotowaniem to: metody mechaniczne, jak: szlifowanie, piaskowanie, śrutowanie, nagniatanie, odkształcenie detonacyjne; metody chemiczne: trawienie, wytwarzanie powłok konwersyjnych czy metody fizyczne [2, 3]. Metody aktywacji powierzchni stosowane w trakcie procesu azotowania to: rozpylanie jonowe zachodzące w procesie azotowania jarzeniowego, aktywacja dodatkiem par siarki do atmosfery [4] czy redukcja tlenków chlorowodorem. Te dwie ostatnie metody znajdują zastosowanie podczas azotowania gazowego. Metodyka badań Do badań przeznaczono stal 17-4 PH o składzie chemicznym: 0,03 C, 16,89 Cr, 4,39 Ni, 3,12 Cu, 0,79 Mn, 0,41 Si (% mas.). Przed azotowaniem stal poddana była obróbce cieplnej polegają więcej »

Wpływ dodatków stopowych na kształtowanie profilu węgla podczas nawęglania próżniowego stali 16MnCr5

Konrad Dybowski Emilia Wołowiec Leszek Klimek

W ostatnich latach można zaobserwować wzrost zainteresowania procesem nawęglania próżniowego, co jest następstwem postępu w budowie nowoczesnych pieców próżniowych do obróbki cieplno- chemicznej z możliwością stosowania atmosfer pod obniżonym ciśnieniem [1÷7]. Przewagą tego procesu nad konwencjonalnym jest przede wszystkim skrócenie czasu nawęglania przez możliwość podniesienia temperatury nawet do 1050°C oraz znaczne podwyższenie potencjału węglowego atmosfer uzyskanych z rozpadu węglowodorów alifatycznych, tj. propanu, etylenu, acetylenu i ich mieszanin rozcieńczanych wodorem. Prowadzenie procesu z zastosowaniem takiego potencjału prowadzi do przesycania warstwy wierzchniej stali węglem i wydzielania jego nadmiaru w postaci wtórnych wydzieleń węglików. Wydzielone w etapie nasycania (stadium nawęglania, w którym dozuje się atmosferę obróbczą do komory pieca) węgliki rozpuszczają się następnie w stadium dyfuzji (etap wygrzewania bez dozowania atmosfery). Dzięki tak prowadzonemu procesowi nasycanie warstwy wierzchniej węglem jest efektywniejsze, ze względu na możliwość wprowadzenia do stali większej ilości węgla [10÷13]. Tworzenie się węglików w strefie przypowierzchniowej stali podczas nawęglania związane jest z ograniczoną rozpuszczalnością węgla w austenicie. Dodatki stopowe stosowane w stalach do nawęglania w większości powodują przesunięcie linii solvus w układzie Fe-C w lewo, czyli w kierunku zmniejszenia rozpuszczalności. Rozpatrując zatem poziom rozpuszczalności węgla w austenicie dla typowych stali stopowych do nawęglania (rys. 1) można wnioskować, że w stadium nasycania, po przekroczeniu granicznej rozpuszczalności, nastąpi wydzielenie nadmiaru węgla w postaci węglików. Analizując ten sam wykres pod kątem nawęglania stali niestopowej należy zauważyć, że nadmiar węgla po przekroczeniu maksymalnej rozpuszczalności w tym przypadku powinien wydzielić się w postaci depozytu węglowego, składającego się głównie z grafitu, więcej »

Wpływ głębokości warstwy aluminidkowej na żarowytrzymałość i żaroodporność nadstopu René77

Marek Poręba Waldemar Ziaja JAN SIENIAWSKI

Doświadczenia wskazują, że trudno jest usprawnić urządzenie w wysokim stopniu zaawansowane technicznie. Efektywny postęp dokonać można przez wprowadzanie nowych technologii. Celem zwiększenia czasu pracy przy zachowaniu sprawności turbin silników lotniczych należy zestawić dwie właściwości materiałów: żarowytrzymałość i żaroodporność. Żarowytrzymałość można prognozować i zaprojektować przez wprowadzenie kontrolowanej obróbki cieplnej stopu [1÷3]. Lepszą żaroodporność uzyskuje się natomiast tylko przez zabezpieczenie warstwą ochronną elementów turbiny. Wytworzone warstwy chronią podłoże nadstopu niklu przed korozją i utlenianiem. Zwiększają tym samym żywotność elementów konstrukcyjnych w warunkach eksploatacji. Warunek taki spełniają żaroodporne warstwy dyfuzyjne na osnowie aluminidków niklu wytwarzanych w procesie aluminiowania [5÷7]. Jedną z najnowszych metod aluminiowania jest chemiczne osadzanie z fazy gazowej CVD (Chemical Vapor Deposition). Modyfikacja powierzchni elementów części gorącej silnika - łopatek i aparatów kierujących jest nowym i istotnym zastosowaniem metody CVD. Czynnikami umożliwiającymi i determinującymi proces wytworzenia warstwy aluminidkowej są: temperatura, czas oraz odpowiednie środowisko, wydzielające aluminium in statu nascendii [5÷8]. Aparatura, w której zachodzi chemiczne osadzanie z fazy gazowej składa się z trzech zasadniczych układów: dozującego gazowe reagenty i utylizującego gazy poreakcyjne oraz reaktora. Atmosfera nasycająca (AlCl3) wytwarzana jest w generatorze zewnętrznym i dostarczana w stanie gazowym do reaktora o odpowiednim stężeniu i prędkości liniowej przepływu. Dostarczony halogenek do retorty reaktora w wyniku reakcji z podłożem (nadstop niklu) w wysokiej temperaturze oraz następujących procesów dyfuzyjnych pozwala na uzyskanie warstwy żaroodpornej [9÷11]. Metoda CVD pozwala na wytwarzanie warstw ochronnych zarówno na powierzchniach pióra, jak i na powierzchniach wewnętrznych k więcej »

Wpływ obróbki cieplnej na właściwości tribologiczne powłok typu Fe-Al natryskanych z metalizacyjnego strumienia naddźwiękowego metodą detonacyjną

CEZARY SENDEROWSKI KRZYSZTOF ŁODZIŃSKI ZBIGNIEW BOJAR

więcej »

Wpływ obróbki laserowej w warunkach kriogenicznych na mikrostrukturę i właściwości eksploatacyjne stopu SUPERSTON przeznaczonego na śruby okrętowe

Beata Majk owska Waldemar Serbiński

Śruby okrętowe w warunkach eksploatacji ulegają różnorodnym formom niszczenia, m.in.: uszkodzeniom mechanicznym, korozyjnym i erozyjno-kawitacyjnym. Współcześnie dąży się do doskonalenia konstrukcji śrub okrętowych oraz poszukuje nowych metod i technologii umacniania stosowanych materiałów, zmniejszających skutki zużycia, a tym samym wydłużających okres eksploatacji systemu napędowego jednostek pływających. W tym aspekcie przeprowadzono badania wpływu nowej technologii, polegającej na laserowym nadtapianiu w warunkach kriogenicznych stopu SUPERSTON stosowanego do wyrobu śrub okrętowych na ich odporność korozyjną i kawitacyjną w wybranych warunkach środowiskowych. materiał i metodyka badań Do badań użyto odlewów z brązu SUPERSTON (tab. 1) w kształcie walca o średnicy 20 mm i długości 100 mm. Przed obróbką laserową jedną z obwiedni walca zeszlifowano w celu przygotowania równoległej powierzchni, która następnie została wygładzona na papierach ściernych o coraz mniejszym ziarnie. Końcową obróbkę mechaniczną wykonano na papierze o numerze ziarna 800. Nadtapianie laserowe przeprowadzono za pomocą lasera molekularnego CO2 TRUMPF TLF 6000 turbo. Przed nadtapianiem laserowym próbki zostały odtłuszczone acetonem, a następnie pokryte absorberem, którego podstawowym składnikiem był grafit. W celu oziębienia próbek przed obróbką laserową zanurzano je w ciekłym azocie o temperaturze -195°C. Proces nadtapiania powierzchni rozpoczynano po wyrównaniu temperatury próbki. W eksperymencie zastosowano wiązkę nieciągłą o częstotliwości 30 Hz i wymiarze 1×20 mm. Każda próbka była nadtapiana w jednym przejściu lasera. Parametry nadtapiania stopu SUPERSTON w warunkach kriogenicznych zestawiono w tabeli 2. Analiza morfologii mikrostruktury na podstawie badań za pomocą mikroskopu elektronowego skaningowego stopu SUPERSTON po obróbce laserowej pozwoliła na ujawnienie zróżnicowanych stref w obrębie warstwy wierzchniej. Dla próbek w stanie odlanym o więcej »

Wpływ parametrów obróbki strumieniowo-ściernej powierzchni tytanu na kąt zwilżania i swobodną energię powierzchniową

MARCIN GOŁĘBIOWSKI ANNA SOBCZYK -GUZENDA WITOLD SZYMAŃSKI LESZEK KLIMEK

Tytan jest jedynym metalem nadającym się do wykonania wszystkich typów protez stomatologicznych: implantów i suprastruktur, wkładów koronowych, koronowo-korzeniowych, koron, mostów oraz protez szkieletowych [1]. Ze względu na gęstość 4,5 g/cm³ uzupełnienia te charakteryzują się niską masą, są czterokrotnie lżejsze od konstrukcji złotych i dwukrotnie od niklowo-chromowych [1]. Laboratoryjny proces wytwarzania uzupełnień protetycznych w postaci koron i mostów złożonych przebiega dwuetapowo. W pierwszym etapie wytwarzana jest podbudowa ze stopów metali szlachetnych, nieszlachetnych, tytanu czy tlenku cyrkonu. Następnie na wykonaną strukturę napala się porcelanę. Podczas wypalania porcelana wpływa w nierówności powierzchni, wypełniając je, sprzyjając mechanicznemu zakotwiczeniu warstwy licującej w powierzchni metalu. Za stopień wypełnienia wszelkich zagłębień powierzchni odpowiadają takie czynniki, jak napięcie powierzchniowe, zwilżalność czy lepkość ceramiki. Właściwości tytanu powodują, iż sposób łączenia z ceramiką jest odmienny niż innych metali. Wysoka skłonność do oksydacji uważana jest za główną przyczynę słabego połączenia z materiałem ceramicznym. Stąd próbowano rozmaitych metod mających poprawić siłę wiązania, tj. trawienia za pomocą kwasów, zasad i ich soli, trawienia laserowego, nanoszenia krzemowych warstw pośrednich metodą zol-żel, nanoszenia bondu z wysoką zawartością złota, tzw. "Goldbondera™", użycia niskotopliwych ceramik czy też napalania w warunkach próżniowych lub w atmosferze argonu. Metody te nie do końca okazały się skuteczne. W chwili obecnej podstawową obróbką zapewniająca przyczepność ceramiki do tytanu jest obróbka strumieniowo-ścierna (piaskowanie). Jej zadaniem jest rozwinięcie powierzchni metalu, które stwarza możliwości mechanicznego połączenia materiału podbudowy i ceramiki. Połączenie to odbywa się na zasadzie zaczepiania się nierówności oraz wpływania ciekłej ceramiki (podczas procesu więcej »

Wpływ parametrów osadzania na właściwości warstw ITO wytwarzanych w procesie reaktywnego rozpylania magnetronowego typu pulse-DC

Mariusz Dudek

Domieszkowany cyn. tlenek indu wyst.puj.cy w literaturze pod angloj.zycznym akronimem ITO (ang. indium tin oxide) jest wysoko zdegenerowanym, z szerok. przerw. energetyczn., po.przewodnikiem typu n o relatywnie niskiej rezystancji (ƒĎ = 10.3€10.4 ƒ¶ cm) i wysokiej transmitancji w .wietle widzialnym (typowo >80%) [1, 2]. Dzi.ki tym unikatowym w.a.ciwo.ciom ITO jest jedn. z najwa.niejszych cienkich warstw z rodziny transparentnych przewodz.cych tlenkow (ang. transparent conducting oxides . TCO). Znalaz. on szerokie zastosowanie jako materia. elektrod w przyrz.dach optoelektronicznych, takich jak wy.wietlacze ciek.okrystaliczne (LCD . Lliquid Crystal Display), diody emisyjne (LED . Light- Emitting Diodes), wy.wietlacze elektroluminescyjne (ELD . Electroluminescent Displays), czy p.askie panele wy.wietlaj.ce (np. [3€5]). W.a.ciwo.ci optyczne i elektryczne ITO bardzo silnie zale.. od warunkow wzrostu warstwy. W wyniku tego wiele ro.nych technik osadzania jest u.ywanych do wytworzenia warstw o wysokiej jako.ci. Mo.na do nich zaliczy. mi.dzy innymi reaktywne odparowywanie, osadzanie za pomoc. wi.zki jonow, osadzanie metodami CVD i rozpylania magnetronowego [1, 6]. Ostatnia metoda jest szeroko wykorzystywana ze wzgl.du na dobr. powtarzalno.. i wysok. jako.. warstw oraz mo.liwo.. u.ycia dodatkowego napi.cia polaryzuj.cego pod.o.e [7€14]. Zastosowanie dodatkowego wy.adowania jarzeniowego cz.stotliwo.ci radiowej (ang. radio frequency . RF) w obszarze probki . polaryzacji RF pod.o.a, jest skutecznym sposobem prowadz.cym do wytwarzania transparentnej i przewodz.cej warstwy ITO bez dodatkowego wygrzewania w trakcie b.d. po procesie osadzania [11€14]. Nasuwa si. pytanie, czy mo.na w temperaturze pokojowej wytworzy. ITO bez wspomagania procesu plazm. RF. Interesuj.cym rozwi.zaniem jest zmiana sposobu zasilania magnetronu, a konkretnie zast.pienie sta.opr.dowego (ang. direct curre więcej »

Wpływ parametrów procesu nawęglania próżniowego na strukturę i zawartość węgla w warstwie dyfuzyjnej stali EN 20CrMnTi

Emilia Wołowiec Leszek Klimek Konrad Dybowski

Technologia nawęglania próżniowego, w porównaniu z tradycyjną metodą, wyróżnia się dużą równomiernością warstwy nawęglonej, powtarzalnością procesów oraz niską emisją substancji odpadowych i szkodliwych. Dlatego cieszy się coraz większym zainteresowaniem światowego przemysłu, w szczególności samochodowego i lotniczego [1÷5]. Proces nawęglania próżniowego składa się z segmentów nasycania i dyfuzji [6, 7]. Dobranie optymalnych parametrów tego procesu, a w szczególności długości poszczególnych segmentów wymaga doświadczenia i dobrej znajomości cech indywidualnych pieca, na którym przeprowadzany jest proces. Niewłaściwe prowadzenie procesu jest przyczyną powstawania wydzieleń węglików stopowych na powierzchni oraz na granicach ziaren obrabianych elementów, powodując obniżenie ich własności eksploatacyjnych [8÷12]. Taka część maszyny staje się podatna na korozję i pękanie podczas pracy. Jedną z metod pozwalających określić optymalne parametry dla procesu są badania metalograficzne. Na ich podstawie można wykreślić profil węgla warstwy nawęglonej oraz ustalić występowanie bądź nie węglików w strukturze materiału. cel pr acy Celem pracy jest zbadanie wpływu temperatury oraz czasu nasycania i dyfuzji w procesie nawęglania próżniowego na zawartość węgla oraz ilość węglików w warstwie dyfuzyjnej stali 20CrMnTi. materiał i metodyka badań Materiał do badań stanowiły próbki w kształcie walców o średnicy 30 mm i wysokości 10 mm wykonane ze stali 20CrMnTi. Skład stali określony metodą spektrometrii rentgenowskiej (SRS 303, Siemens) podano w tabeli 1. Próbki były obustronnie szlifowane na szlifierce do płaszczyzn równoległych w celu uzyskania płaskorównoległych płaszczyzn podstaw walca. Następnie poddano je procesom nawęglania próżniowego według parametrów zebranych w tabeli 2. Parametry procesów zaprojektowano tak, aby otrzymać szeroki przekrój czasów nawęglania i dyfuzji. Nawęglanie prowadzono w piecu 15.0 VPT-4022/24N, w mieszaninie na więcej »

Wpływ parametrów wyładowania jarzeniowego na skuteczność grzania podłoży metalowych w procesach plazmowych

Marian Cłapa

W procesach obróbki powierzchniowej coraz częściej wykorzystywana jest plazma wyładowania jarzeniowego. Do generowania plazmy wykorzystuje się całą gamę zasilaczy, poczynając od najstarszych pracujących na częstotliwości sieciowej, przez specjalne konstrukcje zasilaczy impulsowych [1], a na generatorach wysokiej częstotliwości kończąc. Niezależnie od typu zasilacza plazma wpływa na temperaturę obrabianych podłoży, która odgrywa zasadniczą rolę w przebiegu procesu. Dzieje się tak zarówno w procesach modyfikujących warstwę wierzchnią, takich jak azotowanie, czy nawęglanie, w których temperatura decyduje o przebiegu dyfuzji, ale także w procesach osadzania warstw, gdzie od temperatury podłoża zależy adhezja, struktura i skład chemiczny powłoki. W technologii materiałów elektronicznych obróbce poddaje się cienkie płytki leżące na płaskiej elektrodzie, można wówczas wpływać na ich temperaturę przez grzanie bądź chłodzenie elektrody. Przy obróbce detali o bardziej skomplikowanych kształtach istnieje konieczność kontroli temperatury podłoża przez parametry plazmy. W literaturze przedmiotu autorzy publikacji często odnoszą uzyskane efekty obróbki powierzchniowej, czy właściwości naniesionego pokrycia, do temperatury podłoża w trakcie procesu [2]. Mało jest badań pokazujących, jak ta temperatura zależy od parametrów plazmy [3]. Autor pracy podjął ten problem, badając skuteczność grzania podłoży metalowych w plazmie generowanej z użyciem różnych gazów i różnych sposobów zasilania reaktora. Eksperyment Badania skuteczności grzania były prowadzone w kilku etapach z zastosowaniem dwóch reaktorów plazmowych i kilku zasilaczy różniących się kształtem napięcia wyjściowego. Większość pomiarów wykonano za pomocą specjalnej sondy wprowadzonej do metalowej komory reaktora (φ = 300 mm, h = 200 mm) przez jedno z okienek wziernikowych. Sonda pomiarowa została zaprojektowana i wykonana tak, aby przykręcona do niej próbka (metalowe podłoże) był więcej »

Wpływ pasywacji chemicznej na odporność korozyjną stopu WIROBOND

DOROTA RYLSKA JOLANTA SOKOŁOWSKA JERZY SOKOŁOWSKI

Postęp w protetyce stomatologicznej wymusza stosowanie materiałów spełniających wielorakie wymagania w zakresie funkcjonalności przy zachowaniu pełnej biotolerancji w organizmie człowieka. Wszystkie aktualnie stosowane materiały cechują: - dobre właściwości wytrzymałościowe, - odpowiedni skład chemiczny i struktura gwarantująca odporność na korozję, - właściwości technologiczne umożliwiające zastosowanie zaawansowanych procesów kształtowania i wykończenia powierzchni. Doskonalenie właściwości takich materiałów, począwszy od stosowanych najwcześniej stali nierdzewnych typu AISI 316, zmierzało w ostatnich dziesięcioleciach głównie do obniżenia ich podatności na korozję w środowisku organizmu człowieka. Obok stopów metali szlachetnych wszystkie pozostałe tworzywa metaliczne powinny się charakteryzować jak najwyższą pasywnością w środowisku organizmu ludzkiego. Stan pasywny jest stanem, w którym podatność na korozję ulega znacznemu obniżeniu. Wynika to z wytworzenia się na powierzchni stopu ochronnej warstwy. Stopy w stanie pasywnym mają wyższy potencjał elektrochemiczny niż w stanie niespasywowanym. Obok samopasywacji, właściwej niektórym metalom i stopom, stan pasywny można osiągnąć również na drodze elektrochemicznej przez polaryzację anody lub na drodze chemicznego oddziaływania odpowiednim pasywatorem. Warstewki pasywne powinny charakteryzować się małym przewodnictwem jonowym, ograniczonym przewodnictwem elektronów, bardzo niską rozpuszczalnością, wysoką wytrzymałością na ścieranie i wysoką adhezją. Najczęściej występującą i jednocześnie powodującą największe zniszczenia w stopach dentystycznych jest korozja wżerowa. Dowiedziono, iż jakość warstewki pasywnej jest ściśle powiązana z miejscami zarodkowania wżeru, a tym samym z odpornością na korozję wżerową. Stopy CoCrMo traktowane są jak więcej »

Wpływ składu mieszaniny gazów na właściwości tribologiczne hybrydowej warstwy węglowej

Dorota Nowak Piotr Niedzielski

Popularne w ostatnich latach metody chemicznego osadzania z fazy gazowej CVD (Chemical Vapour Deposition), jak i fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD (Physical Vapour Deposition) pozwalają na ulepszanie materiałów przez modyfikację ich powierzchni powłokami węglowymi. Powłoki wpływają na poprawę takich parametrów, jak: twardość, odporność na zużycie ścierne, adhezja, odporność korozyjna. Ponadto elementy ulepszane powłokami węglowymi cechują się doskonałą biotolerancją w środowisku płynów ustrojowych [1÷4]. Inne właściwości użytkowe ma element ulepszony przez wytworzenie warstwy dyfuzyjnej. Warstwa ta pozwala bowiem na nasycenie wierzchniej części materiału wybranym pierwiastkiem. Przykładem tego typu procesu jest nawęglanie wraz z dalszą obróbką cieplną, zapewniające modyfikowanym materiałom poprawę twardości i odporności na zużycie ścierne. Jednakże wysoka temperatura procesu ogranicza możliwość stosowania nawęglania do wąskiej grupy materiałów [5, 6]. Szczególny problem stanowi nawęglanie podłoży wykonanych ze stali austenitycznej, która jest materiałem mało odpornym na oddziaływanie wysokiej temperatury. Trudność nawęglania tego rodzaju materiałów oparta jest na zagrożeniu spowodowanym utworzeniem się w trakcie procesu węglików chromu (M23C6), które znacznie obniżają właściwości fizykochemiczne stali austenitycznej. Z doniesień literaturowych wynika, że ten rodzaj materiału próbowano nasycić dyfuzyjnie za pomocą wyładowania jarzeniowego prądu stałego DC (Direct Current), jak i za pomocą metody niskotemperaturowego nierównowagowego nawęglania (low-temperature paraequilibrium carburization) [7÷13]. Badano również właściwości elementów nawęglonych w procesie niskotemperaturowego nierównowagowego nawęglania, a następnie pokrytych powłoką węglową [14]. Badania prowadzone w Instytucie Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej dowodzą, że możliwe jest wytworzenie warstwy przejściowej w wyniku procesu RF PACVD [2]. Zastosow więcej »

Wpływ składu warstw Ti(C,N) na korozję stopu protetycznego NiCr

Barbara Burnat Katarzyna Banaszek Tadeusz Błaszczyk Leszek Klimek

Środowisko jamy ustnej jest bardzo agresywne w stosunku do elementów uzupełnień protetycznych, a szczególnie metali i ich stopów. Ślina jest nieodzowną częścią prawidłowo funkcjonującej jamy ustnej. W jej skład oprócz wody (99%) wchodzą składniki nieorganiczne, w tym jony chlorkowe, fluorkowe, fosforanowe, wodorowęglanowe, sodowe, potasowe, magnezowe, wapniowe oraz składniki organiczne, takie jak białka, enzymy, mocznik, kwas moczowy, węglowodany [1]. W niej również rozpuszczone są gazy m.in. azot, tlen, dwutlenek węgla. Odporność na korozję stopów metali, z których wykonane są elementy uzupełnień protetycznych zależy od szeregu czynników, między innymi od składu stopu, jego struktury krystalicznej, struktury jego powierzchni, składu i pH roztworu korozyjnego [2]. Ze względów ekonomicznych stosuje się w protetyce stopy z metali nieszlachetnych. Stopy te wykazują zdecydowanie niższą odporność korozyjną i wywołują silniejszą odpowiedź biologiczną ze strony organizmu [3÷5]. W zależności od składu stopu w wyniku procesu korozji zostają uwolnione do środowiska jamy ustnej produkty korozji, w tym jony metali, które wywołują miejscowe oraz ogólne reakcje toksyczne i alergizujące. Stopień szkodliwego działania stopów metali jest zależny od ich odporności korozyjnej [3÷6]. Nowa propozycja klasyfikacji stopów stosowanych w protetyce stomatologicznej uwzględniająca ich elektrochemiczne i chemiczne właściwości przedstawiona jest przez Manaranche i in. w pracy [7]. W protetyce stomatologicznej stosowany jest bardzo często stop Ni(60)Cr(30). Stopy typu NiCr charakteryzują się stosunkowo niską odpornością korozyjną [4, 8]. Poprawę właściwości korozyjnych tych stopów można uzyskać przez nanoszenie na ich powierzchnie m.in. warstw węglików TiC, azotków TiN lub węglo- azotków Ti(C, N) [8, 9]. Warstwy te zwiększają odporność na zużycie, polepszają wygląd oraz poprawiają biokompatybilność stopu. Warstwy te obniżają też uwalnianie się jonów nik więcej »

Wpływ sposobu przygotowania powierzchni ceramik krzemionkowych na wytrzymałość połączenia z materiałem kompozytowym

Barbara Łapińska Małgorzata I. SZYNKOWSKA Krzysztof Sokołowski Dorota Rylska Jerzy Sokołowski

Współczesna stomatologia estetyczna coraz częściej stosuje pełnoceramiczne uzupełnienia protetyczne w celu odbudowy utraconych tkanek twardych zęba. Osiągnięcie trwałego połączenia ceramiki dentystycznej z materiałami kompozytowymi zależy od możliwości jej chemicznego wiązania z żywicą za pośrednictwem silanu oraz uzyskania mikroretencyjnej struktury powierzchni ceramiki [1÷5]. W piśmiennictwie podawane są różne metody adhezyjnego przygotowania powierzchni ceramiki, które mają na celu rozwinięcie jej powierzchni i wytworzenie mikroporowatości, zwiększając tym samym możliwość mechanicznej retencji żywicy kompozytowej na powierzchni ceramiki (6). Wśród tych metod wymienia się szlifowanie wiertłem diamentowym, obróbkę strumieniowo-ścierną, piaskowanie, trawienie kwasem lub kombinacje wymienionych metod [7÷9]. Jednakże ciągle brak jest zgodności, co do najlepszej metody rozwinięcia powierzchni ceramiki gwarantującej jednocześnie trwałe połączenie z materiałem kompozytowym. cel pracy Celem pracy była ocena wpływu sposobu przygotowania powierzchni pełnoceramicznych uzupełnień protetycznych na strukturę powierzchni ceramiki i wytrzymałość ich połączenia z materiałami kompozytowymi. Materiał i metody W badaniach wykorzystano ceramiki krzemionkowe EX3 Super Porcelain/Noritake oraz ColorLogic/Dentsply. Wykonano próbki ceramik w kształcie krążków o średnicy 5 mm i wysokości 3 mm. Powierzchnię próbek szlifowano na mokro papierami ściernymi, a następnie próbki podzielono na grupy w zależności od sposobu przygotowania powierzchni: grupa 1: obróbka strumieniowo-ścierna korundem szlachetnym więcej »

Wpływ sposobu przygotowania powierzchni kompozytu na wytrzymałość jego połączenia z materiałem kompozytowym

KRZYSZTOF SOKOŁOWSKI Małgorzata I. SZYNKOWSKA MONIKA ŁUKOMSKA-Szymańska AGNIESZKA PACYK DOROTA RYLSKA Monika Domarecka JERZY SOKOŁOWSKI

Wprowadzenie do praktyki klinicznej systemów wiążących (SW) i technik adhezyjnych [1, 2] umożliwiło bezpośrednią odbudowę uszkodzonych zębów, zapewniając materiałom kompozytowym trwałe połączenie ze szkliwem i zębiną, o wytrzymałości sięgającej 30 MPa [3]. Problemem, przed którym stają klinicyści jest jednak uzyskanie dobrego jakościowo połączenia materiału kompozytowego z powierzchnią wypełnień kompozytowych podczas ich naprawy. Wyniki wcześniej prowadzonych badań dowodzą, że wytrzymałość połączenia uzyskiwana przy naprawie wypełnienia kompozytowego może osiągać 25÷80% wewnętrznej wytrzymałości kompozytu. Stopień konwersji stomatologicznych materiałów kompozytowych sięga 55÷75% [4], zatem nawet 40÷50% grup metakrylanowych pozostaje nie związanych i może potencjalnie w korzystnych warunkach wytworzyć nowe połączenia. Jednak liczba aktywnych grup metakrylanowych ulega zmniejszeniu wraz ze starzeniem się polimeru, spada więc prawdopodobieństwo uzyskania silnego połączenia. Istnieje cała gama metod przygotowania powierzchni wypełnień kompozytowych dla poprawy zdolności łączenia się z nowym kompozytem. Należą do nich między innymi: schropowacenie wiertłami, piaskowanie, silanizacja, wytrawianie kwasem ortofosforowym bądź fluorowodorowym oraz aplikacja SW. Do tej pory nie ustalono jednak protokołu postępowania, który jasno precyzowałby zasady przygotowania powierzchni naprawianego wypełnienia wraz z doborem systemu wiążącego i kompozytu. CEL PRACY Celem pracy była ocena wpływu sposobu przygotowania powierzchni wypełnień kompozytowych na strukturę ich powierzchni i wytrzymałość połączenia z materiałami kompozytowymi. MATE RIAŁ I METODY Do badań użyto: materiał kompozytowy Ecusit-Composite, system wiążący Solist i primer kompozytowy Ecusit Composite Repair/ DMG, wytrawiacz zawierający 9,5% kwas fluorowodorowy (HF) Porcelain Etch/Ultradent oraz primer zawierający silan Calibra Silane Coupling Agent/Dentsply. Próbki kompozytu Ecusi więcej »

Wpływ struktury powłok na bazie tytanu i węgla na właściwości biofizyczne biomateriałów do kontaktu z krwią

ROMAN MAJOR JUERGEN M. LACKNER PIOTR WILCZEK KATARZYNA MAKSYMOW BOGUSŁAW MAJOR

Adhezja i aktywacja komórek do powierzchni materiałów o przeznaczeniu na implanty medyczne jest bardzo istotnym zagadnieniem [1, 2]. Parametry strukturalne wytworzonej powłoki kontaktowej istotnie wpływają na interakcję biomateriału z tkanką łączną [3]. Celem prowadzonych prac przez zespół autorów jest wytworzenie nowego, gradientowego materiału o odpowiednich właściwościach strukturalnych i dobrej biozgodności [4]. Przedmiotem realizowanych badań były cienkie warstwy gradientowe na bazie tytanu metalicznego oraz stechiometrycznego TiN i Ti(C, N) nanoszone różnymi metodami, a mianowicie: ablacji laserowej (PLD) [5], magnetronową oraz hybrydową łączącą PLD z magnetronową, głównie na klinicznie stosowany poliuretan [6÷9]. Tematykę poszerzono o powłoki na bazie węgla. W związku szerokim zainteresowaniem podłożami polimerowymi, pokrywanie podłoży metalicznych zostało zminimalizowane. Proces osadzania realizowano w Centrum Laserowym w Austrii, kompleksową diagnostykę strukturalną na podstawie badań XRD, SEM, TEM, HRTEM wykonano w IMIM PAN w Krakowie i w Laboratorium Biofizycznym na Politechnice w Grenoble oraz Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu, gdzie prowadzono testy wyznaczenia kinetyki przylegania komórek do materiałów o potencjalnym zastosowaniu biomedycznym. Skonstruowano unikatową aparaturę do badań adhezji komórek w warunkach przepływu medium, na której zrealizowano badania. Dane doświadczalne uzyskuje się na drodze analizy obrazów fluorescencyjnych po przeprowadzonym teście w warunkach kinetycznych i służą one do wyznaczania krzywych kinetycznych. Kompleksowa diagnostyka strukturalna realizowana była metodą rentgenografii strukturalnej oraz skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz laserowej mikroskopii konfokalnej i akustycznej mikroskopii skaningowej i miała na celu opis morfologii powierzchni, analizę właściwości fizycznych oraz mechanicznych. Uzyskane wyniki z przeprowadzonych badań mikrostrukt więcej »

Wpływ szkliwienia laserowego warstwy przypowierzchniowej pokryć typu YSZ na mikrostrukturę i dyfuzyjność cieplną

Grzegorz MoskaL ANDRZEJ Grabowski

Warstwy ceramiczne YSZ stanowią zewnętrzną część tzw. powłokowych barier cieplnych. Powłokowe bariery cieplne typu TBC (thermal barier coating), natryskiwane plazmowo za pomocą przemysłowego proszku ceramicznego o składzie ZrO2+8 wt. % Y2O3, stosuje się między innymi do ochrony powierzchni elementów gorącej sekcji silników spalinowych w warunkach działania wysokiej temperatury i agresywnego środowiska. Podstawowym wymaganiem, jakie stawia się tego typu powłokom, to m.in. możliwie najniższe przewodnictwo cieplne, co pozwala na zwiększenie trwałości metalicznego podłoża. Na skalę przemysłową warstwy takie nanosi się na chronione przez nie podłoża metodami natrysku plazmowego lub metodami fizycznymi osadzania z plazmy. Warstwy otrzymane metodą natrysku charakteryzują się stosunkowo dużą chropowatością powierzchni, która może wywoływać turbulencje strug gazu w przypadku zastosowań ich na pokrycia łopatek turbin gazowych. Warstwy TBC po procesie natrysku plazmowego charakteryzują się również porowatością (rzędu 2÷10%), której wielkość istotnie zależy od parametrów procesu natryskiwania plazmowego (co jest związane z ich późniejszym zastosowaniem). W celu poprawy właściwości eksploatacyjnych elementów maszyn pokrytych warstwami TBC stosuje się różnorakie techniki obróbek cieplnych, w tym przetapianie za pomocą łuku elektrycznego, czy też przetapianie skoncentrowaną wiązka laserową [1, 2]. W pracy przedstawiono wyniki badań związanych z ustaleniem natężenia wiązki laserowej i czasem jej działania na powierzchnię warstwy ceramicznej typu ZrO2+8 wt. % Y2O3, przy których można uzyskać efekt jej przetopienia w cienkiej warstwie przypowierzchniowej, tzw. efekt szkliwienia. Przeprowadzono elementarne modelowanie fizyczne pola cieplnego w warstwie ZrO2 + 8 wt. % Y2O poddanej działaniu wiązki laserowej o zadanym natężeniu i czasie działania. Na przetopionych laserowo warstwach ceramicznych przeprowadzono badania mikrostrukturalne oraz dyfu więcej »

Wpływ warunków obróbki ostrzenia frezów ślimakowych na stan warstwy wierzchniej ostrzy

Wojciech Stachurski Jacek Sawicki

Głównym celem ostrzenia stępionych narzędzi skrawających jest przywrócenie im właściwości skrawnych. Właściwości skrawne ostrza zależą przede wszystkim od: - prawidłowego kształtu geometrycznego, - fizycznych i mechanicznych właściwości warstwy wierzchniej ostrza uzyskanych w wyniku ostrzenia. Wiadomo, że polepszanie właściwości skrawnych ostrza zwiększa dokładność i jakość obrabianych części. Zatem proces ostrzenia narzędzi wywiera decydujący wpływ na dokładność, jakość i wydajność procesów obróbkowych. Jednym z takich procesów, dla którego stan ilościowy i jakościowy ostrza skrawającego decyduje o dokładności i jakości wykonanych części jest frezowanie obwiedniowe kół zębatych. W metodzie tej jako narzędzie używane są modułowe frezy ślimakowe. W Polsce w dalszym ciągu najbardziej rozpowszechnione są frezy wykonane ze stali szybkotnącej. Zarys zęba koła zębatego powstaje jako obwiednia kolejnych położeń krawędzi skrawających ostrzy frezu. W trakcie obróbki kolejne ostrza skrawające narażone są na skomplikowane, nierównomierne i zmienne w czasie obciążenia siłami skrawania. W strefie kontaktu wióra i przedmiotu obrabianego z ostrzami narzędzia występują znaczne obciążenia mechaniczne (naprężenia normalne i styczne) oraz cieplne (temperatura). Z tego powodu proces regeneracji (ostrzenia) narzędzia nie powinien znacząco pogarszać pierwotnych właściwości warstwy wierzchniej materiału narzędziowego. Należy pamiętać, że na skutek wysokich prędkości szlifowania podczas ostrzenia wydzielają się duże ilości ciepła. W tych warunkach w warstwie wierzchniej ostrzonych narzędzi powstają bardzo duże naprężenia cieplne. Naprężenia te prowadzą do powstania siatki pęknięć, która często jest niewidoczna przy obserwacji powierzchni narzędzia okiem nieuzbrojonym. Na skutek wysokiej temperatury w warstwach wierzchnich narzędzi mogą również wystąpić zmiany strukturalne obniżające znacznie właściwości skrawne ostrza. Badania opisywane w literatu więcej »

Wpływ warunków procesu niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego na właściwości stali austenitycznej 316L

AGNIESZKA BROJANOWSKA Emilia Skołek-Stefaniszyn Janusz Trojanowski Jacek Rudnicki TADEUSZ WIERZCHOŃ

Stale austenityczne s. szeroko stosowane w przemy.le motoryzacyjnym oraz w medycynie [1€3]. W celu poprawy w.a.ciwo.ci u.ytkowych materia.y te poddaje si. obrobkom powierzchniowym, m.in. procesowi azotowania jarzeniowego. Zalet. azotowania jarzeniowego jest pe.na kontrola struktury, sk.adu fazowego i chemicznego, a wi.c w.a.ciwo.ci wytwarzanych warstw [2]. W temperaturze procesu w zakresie 400€450‹C za wzrost w.a.ciwo.ci u.ytkowych obrabianej stali odpowiada faza S, tzw. austenit azotowy [4, 5]. Konwencjonalny proces azotowania jarzeniowego realizowany jest na potencjale katody (obrabiany element stanowi katod.) [6]. W tym przypadku istotne znaczenie podczas tworzenia si. dyfuzyjnej warstwy azotowanej ma proces rozpylania katodowego [7]. Problemy stwarza jednak wytwarzanie jednorodnych warstw na elementach o skomplikowanych kszta.tach, maj.cych ostre kraw.dzie czy otwory o .rednicy . 1 mm. W tych miejscach pojawia si. tzw. efekt kraw.dziowy . tworz.ca si. warstwa austenitu azotowego charakteryzuje si. innym sk.adem chemicznym i topografi. powierzchni w porownaniu z warstwami wytworzonymi na p.askich powierzchniach obrabianych detali. St.d te. w procesie azotowania jarzeniowego stosowane jest wy.adowanie impulsowe czy te. obrobka w obszarze plazmy [2, 6, 8], pozwalaj.ce wyeliminowa. efekt kraw.dziowy i umo.liwiaj.ce wytworzenie jednolitej warstwy na ca.ej powierzchni obrabianego detalu. W artykule przedstawiono porownawcze wyniki bada. mikrostruktury, sk.adu chemicznego i fazowego, odporno.. na zu.ycie przez tarcie oraz odporno.. korozyjn. warstw azotowanych wytworzonych na stali 316L w procesach niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego na potencjale katody i w obszarze plazmy. Materia.y i metod yka bada. Probki do bada. wykonano ze stali 316L (0,01% C; 0,03% P; 0,03% S; 0,38% Si; 1,43% Mn; 16,87% Cr; 10,66% Ni; 2,13% Mo; 0,01% Ti; 0,05% N; 0,41% Cu i 0,25% Co mas.; reszta . Fe). Obrabia więcej »

Wpływ zawartości węgla w powłokach CrCN na zużycie cierne – próba optymalizacji

Bogdan Warcholiński Adam Gilewicz Roman Olik Dariusz Lipiński

Twarde powłoki otrzymywane metodą PVD, charakteryzujące się dużą odpornością na zużycie i korozję powierzchni, są szeroko stosowane na narzędzia i części maszyn. Wybór właściwej powłoki, zależny od rodzaju, parametrów i środowiska obróbki oraz obrabianego materiału może znacząco przedłużyć trwałość modyfikowanego powłoką detalu. Z badań podstawowych relacji między odpornością na zużycie a właściwościami materiału wynika, że zużycie, wytrzymałość zmęczeniowa i odporność na pękanie są związane z twardością i wiązkością materiału powłoki [1]. Istotnymi parametrami są także współczynnik tarcia i przyleganie powłoki do podłoża. Wykazujący wyjątkowo dużą odporność na ścieranie azotek chromu (CrN) znalazł zastosowanie jako powłoka przeciwzużyciowa na narzędzia do skrawania, frezowania i gwintowania elementów wykonanych z tytanu i jego stopów, mosiądzu, miedzi i innych metali kolorowych. CrN wykazuje dużą odporność chemiczną i małe powinowactwo w stosunku do obrabianych metali nieżelaznych. Jego właściwości można poprawić, domieszkując go węglem. Wprowadzenie małych ilości węgla do CrN może powodować zmniejszenie naprężeń wewnętrznych na granicy powłoka-podłoże (wzrost przylegania powłok) oraz wzrost twardości. Powłoki takie są bardziej odporne na ścieranie [2]. Powłoki CrCN łączą cechy azotku i węglika chromu, mają niższy współczynnik tarcia od CrN oraz wyższą wytrzymałość zmęczeniową i odporność na korozję. Zwiększanie zawartości węgla i wzrost twardości powoduje zmniejszenie przylegania, co znacznie ogranicza możliwość zastosowania takich powłok na elementy narażone na wysokie obciążenia mechaniczne. Określenie optymalnego zakresu zawartości węgla ze względu na pożądane właściwości przeciwzużyciowe może być przeprowadzone zarówno drogą eksperymentalną (czasochłonną i kosztowną), jak i na drodze analitycznej. Poszukiwanie optymalnego rozwiązania to aktualny problem wielu dziedzin współczesnej nauki i techniki. Większość problemów m więcej »

Wykorzystanie metody PIV i symulacji komputerowych do określenia stanu warstwy wierzchniej w procesie szlifowania płaszczyzn

Jacek Sawicki RYSZARD WÓJCIK GRZEGORZ GÓRECKI

Proces szlifowania ma bardzo istotne znaczenie, ponieważ często stosowany jako ostatnia operacja obróbki ubytkowej bezpośrednio wpływa na końcowy stan technologicznej warstwy wierzchniej [1÷4]. Bardzo istotnym elementem procesu szlifowania jest sposób chłodzenia. Obecnie konwencjonalne ciecze chłodzące w postaci emulsji zastępowane są alternatywnymi metodami, np z minimalnym wydatkiem cieczy obróbkowych (MQL) [5÷10]. Zastosowanie MQL wymaga jednak lepszego poznania procesów zachodzących w strefie szlifowowania. Umożliwia to metoda PIV, która po pewnych modyfikacjach i jej przystosowaniu rozszerzyła możliwości badawcze i obserwacji zachowania się cieczy obróbkowej w obszarze skrawania [11÷14]. Dodatkowo wyniki metody PIV wspomóc i potwierdzić można symulacyjnymi metodami numerycznymi m.in. z dziedziny CFD. Metoda PIV (ang. Particle Image Velocimetry) polega na oświetlaniu w bardzo krótkim czasie wąskim strumieniem światła (najczęściej laserowego) obszaru płynu, w którym rozproszone są drobne cząstki innej fazy (zwane posiewem) i fotografowaniu obrazu tych cząstek (rys. 1). Posiew w formie drobnych cząsteczek (kropli lub ciała stałego) jest oświetlony w płaszczyźnie przepływu dwoma, krótko po sobie następującymi impulsami laserowymi (czas pomiędzy impulsami dobiera się w zależności od prędkości średniej przepływu). Światło odbite od cząsteczek jest rejestrowane na matrycy CCD umieszczonej w kamerze PIV, a obraz jest przekazywany do komputera. Otrzymane w ten sposób zdjęcia cyfrowe poddawane są obróbce komputerowej, polegającej na dzieleniu ich na mniejsze pola określane jako pola podstawowe (interrogation areas) (rys. 2). W wyniku obróbki komputerowej zapisanych zdjęć określane jest prze więcej »

Wykorzystanie zgładu sferycznego i testu rysy do oceny struktury i jakości wybranych systemów areologicznych - metoda badawcza Recatest

Marek Betiuk Irena Pokorska Paweł Marchlewski

Właściwości materiałowe systemów areologicznych zbyt często utożsamiane są z właściwościami warstw powierzchniowych. Skuteczne rozwiązanie problemów trwałości eksploatacyjnej systemów areologicznych wytwarzanych technologiami obróbki cieplnej, cieplno-chemicznej, CVD i PVD wymaga stosowania technik badawczych jednoznacznie definiujących wytworzony system powłoka, warstwa powierzchniowa, podłoże [1]. Współczesne materiały powłokowe powstały przede wszystkim w wyniku dążenia do uzyskania coraz twardszych materiałów narzędziowych. Początkowo były to warstwy wierzchnie węglikowe, azotkowe wytwarzane wysokotemperaturowymi metodami CVD na powierzchniach twardych materiałów ceramiki narzędziowej [1, 2]. Zastosowanie plazmowego środowiska reakcji chemicznych w obniżonym ciśnieniu umożliwiło otrzymywanie powłok węglikowych, azotkowych, powłok węglowych a-C, a-C:H oraz diamentowych na powierzchniach ceramiki i metali w temperaturze niższej o ponad 500°C w odniesieniu do klasycznej technologii CVD. Współczesne powłoki narzędziowe mają złożoną strukturę, budowaną w skali mikro- i nanometryczej. Przykładem takich materiałów są powłoki o grubości 1 μm utworzone ze 100 warstw, np. CrN-TiAlN o parametrze modulacji λ = 10 nm. Szczegółowe opisy metod wytwarzania powłok technologiami PVD CVD, ich właściwości materiałowe i zachowanie w warunkach eksploatacyjnych zawarte są w licznych publikacjach naukowo-technicznych [2, 3] oraz na stronach internetowych [4, 5]. Celem tego artykułu jest przedstawienie możliwości oceny jakości struktury cienkich powłok na szlifie sferycznym, ze szczególnym uwzględnieniem połączenia metodyki badań próby rysy i zgładu sferycznego wykowywanego na stanowisku Kulotester konstrukcji IMP. Badania te są ważnym uzupełnieniem badań odporności na korozje układów powłoka-podłoże. ZGŁA D SFERYCZ NY Szlif o geometrii sferycznej jest odpowiednikiem metalograficznego zgładu skośnego niskokątowego (1÷5°). Szlif sferyc więcej »

Wytwarzanie cienkich warstw antyemisyjnych TiN na powierzchniach elementów mocy mikrofalowej i ich charakterystyka

JERZY LORKIEWICZ JACEK KULA MARCIN KLIMASZ STANISŁAW PSZONA JANUSZ SOBCZAK

Zakres pracy elementów układów mikrofalowych służących do generowania lub transmisji mocy wysokiej częstotliwości jest często ograniczony występowaniem takich zjawisk, jak polowa i wtórna emisja elektronowa ze ścian układu oraz efekt multipaktoringu elektronowego w polu elektromagnetycznym. Zjawisko multipaktoringu zachodzi przy pewnych poziomach amplitudy zmiennego pola elektrycznego, przy których elektrony wtórne emitowane w określonych miejscach ze ścian układu poruszają się po trajektoriach cyklicznych z okresem obiegu równym wielokrotności częstotliwości pola. Spełnienie tego warunku rezonansowego powoduje emitowanie kolejnych elektronów wtórnych przy następnych kolizjach ze ścianą elektronów przyspieszanych wzdłuż trajektorii. W przypadku gdy współczynnik wtórnej emisji elektronowej SEY ze ściany przekracza wartość 1 następuje powielanie liczby elektronów wtórnych w czasie oraz lawinowy wzrost ich prądu, ograniczony jedynie wielkością wprowadzonej mocy. Moc mikrofalowa absorbowana przez te prądy jest deponowana na małych obszarach powierzchni ścian, powodując lokalne grzanie i naprężenia cieplne, a w skrajnych sytuacjach - pęknięcia, szczególnie groźne w przypadku izolacyjnych komponentów ceramicznych (tzw "okien" w sprzęgaczach), charakteryzujących się jednocześnie wysoką wartością SEY oraz niskim współczynnikiem przewodności cieplnej. Efekty multipaktoringu i związane z nim zagrożenia uwzględnia się już na etapie projektowania generatorów wysokiej częstotliwości (np. klistronów i magnetronów) oraz mikrofalowych linii transmisyjnych, w tym falowodów i konstrukcyjnie złożonych sprzęgaczy, służących do wprowadzenia mocy mikrofalowej do odbiornika. Sprzęgacze służą też do separowania falowodów wypełnionych powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym lub gazem izolacyjnym (takim jak SF6) od obszaru wysokiej próżni panującej w takich odbiornikach, jak akceleratory cząstek naładowanych. Środki stosowane powszechnie dla zredukow więcej »

Wytwarzanie dyfuzyjnych warstw powierzchniowych na osnowie faz międzymetalicznych TixAly, NixAly oraz TixNiy na jednofazowym stopie tytanu alfa

Maciej Ossowski Tadeusz Wierzchoń

Dobre właściwości mechaniczne oraz stabilność termiczna podczas pracy w podwyższonej temperaturze stopów tytanu typu alfa powodują, że zyskują one większe znaczenie i coraz częściej zastępują dwufazowe stopy tytanu m.in. w lotnictwie i przemyśle motoryzacyjnym. Wykorzystanie tych materiałów w aplikacjach wysokotemperaturowych ograniczone jest jednak do temperatury poniżej 600°C, co związane jest głównie z ich niewystarczającą odpornością korozyjną związaną z zachodzącymi powyżej tej temperatury intensywnymi procesami utleniania [1, 2]. Proces wysokotemperaturowego intensywnego utleniania stopów tytanu spowodowany jest dużą rozpuszczalnością tlenu w tytanie, jak i wysokim powinowactwem tytanu do tlenu, co prowadzi do powstawania zgorzeliny rutylowej TiO2, nie zapewniającej w warunkach działania wysokiej temperatury wystarczającej ochrony podłoża przed dyfuzją tlenu. Produktami utleniania tytanu w tych warunkach są metastabilne tlenki TiO, Ti2O3, TinO2n-1, aż po stabilny TiO2, krystalizujący w trzech odmianach polimorficznych: anataz, brukit i rutyl. Znaczne różnice w parametrach sieci krystalicznej powstających produktów korozji, jak również znaczne różnice wartości współczynników rozszerzalności cieplnej tlenków i materiału rdzenia prowadzą do powstawania pęknięć na granicy rdzeńutleniona warstwa i w konsekwencji do łuszczenia się i odpadania zgorzeliny. Efektem tego jest znaczny wzrost szybkości degradacji materiału. [3]. Nowoczesnymi materiałami stosowanymi na elementy do pracy w podwyższonej temperaturze, charakteryzujące się wysoką żaroodpornością i żarowytrzymałością są stopy na osnowie faz międzymetalicznych [4÷6], spośród nich ważną rolę odgrywają fazy na osnowie aluminium, a w szczególności aluminidki tworzące się w układach równowagi Ti-Al oraz Ni-Al (rys. 1). Fazy międzymetaliczne na osnowie aluminium charakteryzują się wysoką stabilnością termiczną oraz odpornością na wysokotemperaturowe utlenianie. W procesie utl więcej »

Wyznaczenie wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie stali 17CrNi6-6 po procesie nawęglania niskociśnieniowego

Konrad Dybowski Piotr Kula Sebastian Lipa Robert Pietrasik

Technologia nawęglania próżniowego wypiera obecnie z przemysłu starsze metody nawęglania. Jest coraz szerzej stosowana, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym, a obecnie również wkracza do przemysłu lotniczego. Związane jest to z szeregiem zalet, które ma w porównaniu z dotychczas stosowanym masowo nawęglaniem gazowym - endotermicznym. Nawęglanie próżniowe realizowane jest pod ciśnieniem od kilku do kilkudziesięciu hPa, w atmosferze gazów węglonośnych głównie acetylenu i etylenu. Atmosfery te charakteryzują się bardzo wysokim potencjałem węglowym. Aby w pełni wykorzystać ten potencjał dzieli się proces na segmenty nasycania, gdzie dozuje się atmosferę, i dyfuzji (wytrzymania), bez dozowania atmosfery. Taki podział pozwala na wydzielenie dużej ilości węgla w etapie nasycania, a następnie jego transport od powierzchni w głąb materiału w etapie dyfuzji. Wielosegmentowe procesy nawęglania z optymalnie dobranym czasem poszczególnych segmentów gwarantują szybkie nasycenie warstwy węglem w jak najkrótszym czasie [1, 2]. Ze względu na ograniczenia konstrukcyjne pieców wykorzystywanych w nawęglaniu konwencjonalnym, temperatura procesu praktycznie nie przekracza 930°C, podczas gdy w przypadku nawęglania próżniowego stosuje się temperaturę 1050°C [3], a przewiduje się podniesienie maksymalnej temperatury nawet do 1100°C [2]. Podwyższenie temperatury procesu nawęglania z 920°C do 1000°C skraca czas nawęglania o około 70% [3], co pociąga za sobą wymierny efekt ekonomiczny. Związane jest to jednak z niebezpieczeństwem gwałtownego rozrostu ziarna. Aby te więcej »

Zużycie tribologiczne stali austenitycznej X2CrNiMo17-12-2

Michał Olejnik Tadeusz Frączek Jarosław Jasiński

Chromowo-niklowe stale austenityczne dzięki swej dobrej odporności korozyjnej, wytrzymałości, żaroodporności oraz łatwej formowalności znalazły zastosowanie w szeregu gałęziach przemysłu. Jednym z wielu zastosowań, gdzie są one wykorzystywane jest przemysł biomedyczny. Wykonuje się z nich m.in. instrumentaria medyczne oraz różnego rodzaju implanty ortopedyczne i dentystyczne [1, 2]. Najczęściej używa są do tych celów stale austenityczne typu: 18-8 oraz 17-12-2L. Mają one zbliżone właściwości, przy czym stal 17-12-2L ma większą odporność na korozję wżerową i szczelinową z powodu większej zawartości niklu oraz 2% dodatku molibdenu, który w połączeniu z chromem stabilizuje pasywną warstwę tlenków w obecności chlorków [3]. Oprócz dobrej odporności korozyjnej dla materiałów stosowanych na implanty wymaga się również dobrej odporności na zużycie tribologiczne. Niestety w wyniku niewielkiej twardości oraz niskiej odporności tribologicznej nierdzewnych stali austenitycznych obserwowano występowanie zużycia ściernego materiału pomiędzy główką implantu a panewką stawu biodrowego [4, 5]. Nowoczesne metody przeciwdziałania temu niekorzystnemu zjawisku opierają się na metodach stosowanych w inżynierii powierzchni [6, 7]. Jedną z częściej stosowanych metod jest azotowanie [8]. Azotowanie stali wysokochromowych napotyka jednak wiele trudności ze względu na istnienie na ich powierzchni szczelnej warstewki tlenków chromu, które utrudniają lub uniemożliwiają proces azotowania. W praktyce trudność ta jest eliminowana przez wstępną obróbkę powierzchniową, taką jak trawienie i fosforanowanie, bądź przez wprowadzenie do komory reakcyjnej dodatków, takich jak chlorek amonu lub HCl lub przez stosowanie obróbki jarzeniowej czy plazmowej, czy stosowanie kombinacji wstępnego rozpylania katodowego w warunkach wyładowania jarzeniowego z następnym azotowaniem gazowym [9]. Jedną z metod azotowania, która wyklucza potrzebę stosowania kosztownych wstępnych więcej »