HUTNICTWO, GÓRNICTWO ›
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA ›
2011-5 |
| |
|
Publikacja: Mechanizmy odkształcenia materiałów nanostrukturalnych
Autor: Alicja K. Krella 
Za początki ery nanomateriałów uznaje się wystąpienie w grudniu
1959 roku Richarda Feynmana na dorocznym spotkaniu Amerykańskiego
Towarzystwa Fizycznego, w którym przedstawił możliwość
manipulowania atomami w celu budowania dowolnych struktur
składanych z pojedynczych atomów. Wizję tę opisał w swojej pracy
pt. "There’s Plenty of Room at the Bottom" [1]. Słowo "nanotechnologia"
zostało pierwszy raz użyte przez Norio Taniguchi z Uniwersytetu
w Tokyo w 1974 roku, kiedy nawiązał do możliwości
zastosowania materiałów inżynierskich do precyzyjnych konstrukcji
na poziomie nanometrycznym na potrzeby przemysłu elektronicznego
[2].
W 1981 roku skonstruowany przez G. Binniga i H. Rohrera
skaningowy mikroskop tunelowy (STM - Scanning Tunneling Microscope)
umożliwił obserwowanie klastrów atomów, a także uzyskanie
obrazu powierzchni ze zdolnością rozdzielczą rzędu pojedynczego
atomu. W tym samym 1981 roku G. Binning, C. F Quate
i Ch. Gerber skonstruowali mikroskop sił atomowych (AFM - Atomic
Force Microscope). Oba mikroskopy stały się podstawowymi
narzędziami rozwijającej się nowej dziedziny nauki: nanomateriałów
i nanotechnologii. Poza obrazowaniem struktury atomowej
i profilu powierzchni skanowanej próbki mikroskopy pozwoliły
oderwać i przemieścić pojedynczy atom z powierzchni próbki. Wykazano,
że w ten sposób jest możliwa obróbka materiału na poziomie
atomowym. K. E. Drexler w 1986 roku w książce "Engines
of Creation" [3] dostrzegł możliwość zastosowania inżynierskiego
nanotechnologii do budowy elementów maszyn, urządzeń i detali,
poczynając od pojedynczych atomów.
Znaczący rozwój badań nad nanomateriałami odnotowano
w 2000 roku, kiedy dziedzina "nano" stała się priorytetem w USA
[4]. W Wielkiej Brytanii prace nad "nano" wspierało Royal Academy
of Engineering i Royal Society [5]. Obecnie do czołówki
państw w badaniach nad nanomateriałami należą również Japonia,
Chiny, Niemcy, Korea, Francja. W Polsce także prowadzi się badania
n[...]
|
Prenumerata
|
|
Domain structure of sintered Alnico 8 magnets
|
|
|
Artur Stanek Elżbieta Jezierska Bartosz Michalski Marcin Leonowicz
|
Until 70-ties of the past century, Alnico magnets were, besides ferrites,
the most important magnetically hard materials. Today they
share the market with new families of materials such as Sm-Co and
Nd-Fe-B.
The name Alnico defines the whole family of alloys, known
under different trade names and containing the three main ferromagnetic
metals, i.e. Fe, Co and Ni, as well as minor additions of
Al, Cu and other elements. The main advantages offered by Alnico
include the Curie point of 850°C and high value of the remanence.
All Alnico alloys are very hard and mechanically fragile, and therefore
they are fabricated mainly by casting or sintering of powder
compacts [1÷4].
Alnico magnets have been undergoing rapid evolution as regards
their composition and fabrication techniques. Due to the improved
technologies it has finally become possible to obtain for alloys of
the same chemical composition even eightfold increase in maximum
magnetic energy. Modern Alnico magnets can be divided into
three main groups:
-- isotropic magnets - Alnico 2,
-- magnetically anisotropic magnets, thermally treated in a magnetic
field, characterized by isotropic microstructure of grains
- Alnico 5-8,
-- magnetically anisotropic magnets, characterized by the structure
of columnar grains - Alnico 9.
Unfortunately, the magnetic properties in as-cast and as-sintered
state are not satisfactory. They are improved only after a threestep
heat treatment, which is carried out to induce the formation of
a beneficial two-phase microstructure.
The heat treatment includes the following main operations.
1. Homogenisation at a temperature of about 1250°C. During homogenisation,
the γ phase dissolves and a single phase α solution
is formed. Cooling after homogenisation should be sufficiently
rapid to prevent the recurrence of γ phase, which is stable within
the temperature range of about 1200÷900°C, while its incubation
time prolongs with decreasing tem[...]
|
|
|
|
Lokalny efekt pamięci kształtu w stopie NiTi przed i po implantacji jonowej
|
|
|
Neonila Levintant -Zayonts Stanisław Kucharski
|
Badania naukowe ostatniej dekady świadczą o nieustającym zainteresowaniu
stopami z pamięcią kształtu (SMA - Shape Memory
Alloy), jak również o tym, że nie zostały jeszcze w pełni poznane
i wyjaśnione zjawiska i procesy w nich zachodzące [1÷3]. Ze
wzgldu na unikatowe własności stopy z osnową NiTi są zaliczane
do nowej generacji materiałów. Pomimo braku zadowalających
teoretycznych modeli ich zachowania, należą do grupy najlepszych
materiałów z pamięcią kształtu i mają dzisiaj znaczenie
komercyjne jako implanty, stenty, łuki ortodontyczne, czynniki
robocze w silnikach Iwanagi’ego, Tobushi’ego, siłowniki, filtry
blokujące skrzepy krwi, klamry ortopedyczne, elementy mikronarzędzi
w chirurgii małoinwazyjnej i aparatury medycznej, a także
stosowane w protetyce i robotyce medycznej aktywatory [4÷6].
Wykorzystanie SMA ma jednak pewne ograniczenia. Szczególnie
w przypadkach, gdy elementy konstrukcyjne i akcesoria medyczne
są stosowane w warunkach obciążeń termocyklicznych czy tarcia.
Wymagania stawiane materiałom SMA ze względu na ich wykorzystanie
to między innymi wzrost biozgodności, odporności na
korozję (w tym biologiczną, co oznacza wyeliminowanie szkodliwych
dla organizmu zjawisk przechodzenia składników stopu do
tkanek), zwiększenie odporności na zużycie i zmęczenie. Duża zawartość
niklu (stop NiTi jest stopem równoatomowym), będącego
metalem alergio- i kancerogennym, wzbudza obawy lekarzy przed
stosowaniem implantów z tych stopów [3, 6]. Sprawia to, że problem
wytwarzania na ich powierzchni specjalistycznej warstwy,
która może poprawić własności eksploatacyjne stopu NiTi, staje
się szczególnie ważny. Takie możliwości dają metody inżynierii
powierzchni modyfikujące obszary przypowierzchniowe, na przykład
zwiększenie twardości, modułu sprężystości, odporności na
zużycie i korozję itp. [7, 8]. Stosowana metoda powinna zapewnić
poprawę własności w strefie przypowierzchniowej materiału SMA
przy jednoczesnym zachowaniu e[...]
|
|
|
|
Metodyka badań w inżynierii procesowej laserowej dekoracji porcelany: Część I – badania profilometryczne
|
|
|
Danuta Chmielewska Roman Gebel Jan Marczak Andrzej Olszyna Antoni Sarzyński Marek Strzelec Barbara Synowiec
|
Laserowa dekoracja porcelany wprowadza znaczny postęp technologiczny
w procesie produkcji szerokiej gamy wyrobów przemysłowych
i użytkowych, a także artystycznych. Zastąpienie tzw.
"trzeciego wypału" piecowego przez stapianie środków barwnych
wiązką laserową daje możliwości znacznego ograniczenia zużycia
energii, czasu procesu oraz ilości odpadów środowiskowych [1, 2].
Łatwość programowania komputerowego ruchu wiązki laserowej
w połączeniu z rosnącą dostępnością stosunkowo tanich i coraz bardziej
niezawodnych, przemysłowych laserów średniej i dużej mocy
umożliwia zastosowanie tej metody w przypadku jednostkowych
wyrobów lub krótkich serii różnorodnych dekoracji dostosowanych
do potrzeb indywidualnego klienta. Prace w tym kierunku prowadzone
są od 2008 r. we współpracy Instytutu Ceramiki i Materiałów
Budowlanych oraz Instytutu Optoelektroniki WAT w Warszawie.
Ze względu na znaczne różnice w przebiegu obu procesów skład
materiałów barwnych i metody ich nakładania, opracowane i zoptymalizowane
dla powolnych procesów wypalania piecowego, nie
sprawdzają się w dynamicznej, laserowej obróbce cieplnej. Przy
naświetlaniu intensywnym promieniowaniem laserowym podgrzewany
obszar ma niewielką powierzchnię, rozkład temperatury jest
niejednorodny, a wartość temperatury i czas jej utrzymania trudno
kontrolować. Wysoka temperatura jest utrzymywana przez czas
rzędu setnych lub najwyżej dziesiątych części sekundy. Zmianom
temperatury towarzyszą dynamicznie przebiegające zjawiska fizykochemiczne
podobne do szerzej zbadanych i opisanych procesów
laserowej obróbki metali [3÷5], które w istotny sposób mogą zaburzać
profile powierzchni ceramiki po wypaleniu laserowym [6].
Zgodnie z analizami opisanymi w literaturze można przyjąć, że możliwymi
siłami działającymi na płynny materiał barwny są gradienty
napięcia powierzchniowego w przetopie (efekt Marangoniego) oraz
ciśnienie odrzutu strumienia plazmy w wyniku odparowania [7÷9].
Siły napięcia powierzc[...]
|
|
|
|
Polimerowe kompozyty elektrofosforescencyjne emitujące światło białe
|
|
|
Remigiusz Grykien Ireneusz Głowacki
|
Organiczne diody elektroluminescencyjne (OLEDs, Organic Light
Emitting Diodes) to diody, w których warstwa aktywna wykonana
z materiałów organicznych jest zdolna emitować światło pod wpływem
przepływającego przez nią prądu elektrycznego. Znalazły
już zastosowanie jako wyświetlacze w urządzeniach przenośnych,
a niebawem mogą być powszechnie stosowane w monitorach komputerowych,
telewizorach, a w dłuższej perspektywie jako źródła
światła białego stosowane do oświetlania pomieszczeń.
Powszechne zainteresowanie OLEDami wynika z możliwości
wytwarzania wielkopowierzchniowych wyświetlaczy. Stąd też
specjalna uwaga jest skierowana na polimerowe diody elektroluminescencyjne
(PLED, Polymer Light Emitting Diodes), ponieważ
z polimerowych materiałów można wytwarzać urządzenia z wykorzystaniem
tzw. technologii "mokrych", jak np. wylewanie roztworu
na wirujące podłoże (spin-coating), sitodruk oraz techniki druku
atramentowego (inkjet-printing). Metody te są względnie tanie,
ponieważ nie wymagają stosowania wysokiej próżni i wysokiej
temperatury oraz umożliwiają wytworzenie elastycznych, wielkopowierzchniowych
i energooszczędnych źródeł światła i wyświetlaczy
[1, 2].
Pierwszą cienkowarstwową organiczną diodę elektroluminescencyjną
wytworzyli Tang i współpracownicy z laboratorium
firmy Kodak w drugiej połowie lat 70. dwudziestego wieku [3].
Ich badania doprowadziły do opracowania diod o strukturze wielowarstwowej,
w której każda z warstw pełniła inną funkcję, co
pozwoliło znacznie zwiększyć wydajność urządzeń [4]. Od tego
czasu w zakresie OLEDów nastąpił wielki postęp prowadzący do
pierwszych produktów dostępnych komercyjnie. W 1990 roku grupa
prof. Frienda wytworzyła pierwszą polimerową diodę elektroluminescencyjną
(PLED), w której emisja zachodziła z warstwy
poliparafenylowinylenu [5]. Od tego czasu stosuje się podział OLEDów
na: małocząsteczkowe OLEDy (SMOLED, Small Molecule
OLEDs), w których warstwy materiałów są nanoszone termicznie
w[...]
|
|
|
|
Powłoki szklano-krystaliczne na bazie surowców odpadowych na powierzchnie materiałów ceramicznych
|
|
|
ANNA ZAWADA IWONA PRZERADA
|
Powłoki ochronne stosowane na powierzchnie różnych materiałów,
w tym metalicznych, ceramicznych, kompozytowych, zabezpieczają
je przed destrukcyjnym działaniem warunków panujących
w środowiskach eksploatacyjnych, a także nadają gotowym wyrobom
odpowiednie walory estetyczne. Płytki okładzinowe reprezentują
grupę materiałów ceramicznych, którym powłoki nadają ostateczne
parametry użytkowe. Rozróżnia się różne rodzaje powłok
stosowanych bezpośrednio na pokrycie czerepu. Jednym z nich są
angoby, czyli ceramiczne powłoki podkładowe, najczęściej będące
podłożem do nakładania na nie szkliwa. Mają one zastosowanie
przy pokrywaniu płytek okładzinowych, wyrobów porcelanowych,
garncarskich i kafli. Angobowaniu poddaje się również wyroby budowlane,
np. dachówki. Dzięki zastosowanemu pokryciu nadany
zostaje odpowiedni kolor oraz uzyskuje się dodatkowe zabezpieczenie
powierzchni przed czynnikami atmosferycznymi. Angoby
odgrywają również istotną rolę użytkową, poprawiając parametry
fizykochemiczne wyrobów. Warstwa angoby, która znajduje się
pomiędzy szkliwem i czerepem, ułatwia ich dopasowanie się w zakresie
współczynników rozszerzalności cieplnej, a dzięki temu minimalizuje,
ewentualnie wyklucza powstawanie spękań włoskowatych
oraz odprysków na szkliwionych powierzchniach płytek okładzinowych
zarówno ściennych, jak i podłogowych. Nieszkliwione,
angobowane wyroby ceramiki budowlanej mają lepsze parametry
użytkowe, takie jak: przesiąkliwość, odporność na plamienie, zmywalność,
ścieralność. To, w jakim stopniu angoby te zabezpieczają
wyroby przed czynnikami zewnętrznymi zależy m.in. od stopnia
spieczenia.
Angoby spieczone mają lepszą wodoszczelność, dzięki zwiększonej
zawartości fazy szklistej w strukturze, będącej jednym
z głównych czynników zmniejszających porowatość. Dlatego
często znajdują zastosowanie jako pokrycia płytek elewacyjnych.
W swym składzie surowcowym, obok surowców głównych: kaolinów
i glin, angoby mają również surowce stoso[...]
|
|
|
|
Warstwa wierzchnia aluminium modyfikowana impulsem lasera
|
|
|
Magdalena Rozmus-Górnikowska
|
Warstwę wierzchnią wyrobu można umacniać i wytwarzać w niej
korzystne naprężenia ściskające przez odkształcenie plastyczne
głównie metodą mechanicznego kulowania (shot peening) lub rzadziej
dogniatania rolkami czy odkształcania wybuchowego. Pod
pojęciem mechanicznego kulowania rozumie się proces, w którym
powierzchnia materiału jest bombardowana strumieniem kulek
twardego materiału: żeliwnych, stalowych lub szklanych. Kulki
uderzają o powierzchnię obrabianego przedmiotu z energią wystarczającą
do spowodowania odkształcenia plastycznego warstwy
wierzchniej [1÷3]. Celem obróbki jest zwiększenie twardości warstwy
wierzchniej oraz wytworzenie w niej naprężeń ściskających.
Podobny efekt jak w przypadku mechanicznego kulowania można
uzyskać, obrabiając powierzchnię światłem lasera o dużej gęstości
mocy i krótkim czasie oddziaływania impulsu [4, 5].
Lasery są szeroko stosowane do spawania i cięcia metali oraz
do wielu obróbek powierzchniowych, natomiast dotychczas niewiele
badań poświęcono zastosowaniu wiązki lasera do utwardzania
odkształceniowego warstwy wierzchniej i wytwarzaniu w niej
korzystnych naprężeń ściskających. Analiza literatury dotyczącej
porównania mechanicznego kulowania i laserowego odkształcania
(LSP, Laser Shock Processing) wskazuje, iż proces laserowy może
być bardziej efektywny, ekologiczny i ekonomicznie uzasadniony.
Istotną zaletą stosowania lasera do obróbki powierzchniowej jest
dokładna regulacja mocy, duża gęstość energii dostarczanej dokładnie
do zamierzonego miejsca oraz możliwość precyzyjnego obrabiania
tylko wybranego, nawet niewielkiego i trudno dostępnego
fragmentu powierzchni [6].
Laserowe odkształcanie polega na modyfikacji powierzchni
[...]
|
|
|
|
Wpływ metody wytwarzania na właściwości laminatów poliestrowo/szklanych do budowy małych jednostek pływających
|
|
|
Michał Landowski Mic hał K. Budzik Krystyna Imielińska
|
Włókniste kompozyty polimerowe są obecnie stosowane we
wszystkich dziedzinach techniki, zastępując materiały tradycyjne
i dając nowe możliwości rozwiązań konstrukcyjnych, szczególnie
w odniesieniu do środków transportu. Najważniejszą grupą tych
materiałów są kompozyty warstwowe - laminaty. Laminaty polimerowe
są powszechnie stosowane w budowie małych jednostek
pływających, takich jak: jachty i łodzie rekreacyjne, łodzie patrolowe
dla policji i wojska, kutry rybackie [1÷3]. Długość tych
jednostek najczęściej wynosi od kilku do ok. 30 metrów. Większe
jednostki buduje się na potrzeby marynarki wojennej i tutaj ich
długość sukcesywnie wzrasta (rys. 1) [4], a wiodącą rolę odgrywa
marynarka wojenna Szwecji. Budowane przez nią amagnetyczne
korwety osiągają już nawet 90 m (i więcej) długości. Wymaga to
jednak stosowania nowoczesnych materiałów i technologii. Obok
wzmocnienia z tradycyjnych włókien szklanych stosuje się włókna
węglowe o dużym module Younga (sztywność) i wysokowytrzymałe
włókna aramidowe. Również tradycyjne w okrętownictwie osnowy
poliestrowe są zastępowane winyloestrowymi lub epoksydowymi
[5]. Efektywne wykorzystanie nowych materiałów w budowie
elementów z laminatów wymaga stosowania bardziej zaawansowanych
technik wytwarzania gwarantujących lepszą jakość strukturalną
materiału związaną z mniejszą liczbą defektów technologicznych
oraz możliwością zmniejszenia udziału żywicy w konstrukcji,
co prowadzi do podniesienia wskaźników wytrzymałościowych,
zwiększenia odporności na pękanie i trwałości eksploatacyjnej [6].
Obecnie Polska stała się europejskim potentatem na rynku producentów
jachtów i łodzi z laminatów polimerowych. Jednak większość
naszych stoczni stosuje metodę ręczną przesycania włókien
szklanych, w niektórych trwają prace nad wdrożeniem metody infuzji
lub RTM (Resin Transfer Moulding). Wymaga to jednak zatrudnienia
fachowej siły roboczej, która musi być dobrze opłacana,
a przemysł ten opiera swoją opłacalność[...]
|
|
|
|
Wpływ obciążeń stopniowanych na trwałość niskocyklową stosowanych w energetyce stali P91 i P92
|
|
|
Grzegorz Junak Marek Cieśla
|
Zjawisko niszczenia obiektów przemysłowych po wieloletniej eksploatacji
w warunkach oddziaływań zmiennych obciążeń zarówno
mechanicznych, jak i cieplnych jest problemem nurtującym zakłady
przemysłowe i ośrodki naukowe. Problem ten jest szczególnie istotny
w przemyśle energetycznym, gdzie wymiana elementu pociąga
za sobą znaczne koszty [1÷3]. Prognozowanie trwałości obiektów
przemysłowych próbowano już wielokrotnie opisywać. Pomimo
to zagadnienie trwałości zmęczeniowej ze względu na jego złożoność
w dalszym ciągu pozostaje nierozwiązane. Celowy wydaje się
więc taki opis zjawiska zmęczenia, który na podstawie konkretnych
wyliczeń pokazuje konieczność wymiany elementu [4÷7]. W tym
przypadku niezbędne jest opracowanie charakterystyk zmęczeniowych
materiałów przy parametrach symulujących warunki pracy
analizowanego obiektu [8÷10].
Funkcjonujące obecnie na świecie normy oraz procedury postępowania
odnośnie do oceny trwałości obiektów przemysłowych ujmują
to zjawisko na wiele różnych sposobów. Wymienić należy tu normy
niemieckie (TRD) oraz brytyjskie (BS 7910). Procedury te podejmują
problem zarodkowania pęknięć oraz etapy jego późniejszego rozwoju.
W pracy przedstawiono charakterystyki trwałości niskocyklowej
nowych stali dla energetyki P91 i P92 w warunkach prób realizowanych
dla stałych zakresów odkształcenia Δεc oraz przy obciążeniach
stopniowanych. Próby prowadzono w warunkach rozciągania-ściskania
przy współczynniku asymetrii cyklu R = -1. Uzyskane wyniki
mogą być wykorzystane w procedurach prognozowania trwałości
obiektów energetycznych wykonanych z tych materiałów.
Materiał do bada ń
Badania przeprowadzono na próbkach wykonanych ze stali P91
oraz P92 stosowanych na rurociągi i elementy urządzeń energetycznych
konwencjonalnych kotłów ze względu na wysokie własności
wytrzymałościowe tych stali w podwyższonej temperaturze. Mikrostrukturę
stali przedstawiono na rysunku 1, natomiast ich skład
chemiczny oraz podstawowe [...]
|
|
|
|
Twój Profil
Twój koszyk
