|
|
|
» Metody kontroli grubości warstw wierzchnich usuwanych podczas ablacji laserowej
|
|
JAN MARCZAK 
Współczesna konserwacja dzieł sztuki podczas usuwania warstw
wierzchnich - nawarstwień wykorzystuje nowe narzędzie, laser
impulsowy [1÷7]. Czyszczenie laserowe oferuje szereg zalet w porównaniu
z konwencjonalnymi metodami chemicznymi i mechanicznymi
[1, 8÷10]. Jednak lasery wymagają dużych inwestycji początkowych,
co jest prawdopodobnie istotną wadą tej technologii.
Ze względu na łatwość sterowania parametrami laserów, mogą być
one stosowane w sposób selektywny, a w efekcie można realizować
bardziej skuteczne i bezpieczniejsze oczyszczanie obiektów. Lasery
charakteryzują się wysokim stopniem kontroli ablacji (łac. ablatio
- odjęcie) warstwy wierzchniej z bardzo precyzyjnym pozycjonowaniem
i dużą selektywnością usuwanych warstw, są również bezpieczniejsze
dla użytkownika i środowiska.
Dla wielu materiałów, a zwłaszcza tych, z których wykonane są
dzieła sztuki i zalegające na nich nawarstwienie, istnieje granica
związana ze stopniem oczyszczenia obiektu, jak również minimalne
ryzyko uszkodzenia powierzchni podłoży - substancji zabytkowej.
W tym celu opracowuje się i wprowadza szereg metod diagnostycznych
informujących konserwatora o osiąganym poziomie oczyszczenia
powierzchni lub umożliwiających kontrolę nad usunięciem
odpowiedniej grubości warstwy wierzchniej. Pomimo iż czyszczenie
laserem jest często określane jako "proces samoograniczający
się" [11÷13], jest to pojęcie słuszne dla dzieł sztuki wykonanych
głównie z kamienia (np. wapienia czy piaskowca). Samoograniczenie
oznacza, że odparowywanie (ablacja) materiału z powierzchni
obiektu zatrzymuje się, gdy zostanie usunięta warstwa zanieczyszczeń,
bez jakiejkolwiek interwencji ze strony konserwatora, tzn.
oczyszczona już powierzchnia nie ulega uszkodzeniu w wyniku
dalszej ekspozycji na kolejne impulsy lasera. Dla innych obiektów,
np. z papieru, pergaminu czy werniksu, aby uzyskać informację
o zakończonym procesie lub zapobiec ewentualnemu uszkodzeniu,
wykorzystuje się różnego[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2011/3
|
|
|
|
|
|
» Pomiar ciśnienia fal uderzeniowych w eksperymentach laserowego umacniania udarowego
|
|
|
Antoni SARZYŃSKI JAN MARCZAK MAREK STRZELEC
Rozwój techniki laserowej spowodował wzrost zastosowań promieniowania
laserowego do obróbki materiałów. Promieniowanie
laserowe wykorzystywane jest do wielu celów m.in.: szkliwienia,
przetapiania, stopowania (domieszkowania powierzchniowego),
platerowania, czyszczenia itp. [1]. W inżynierii materiałowej promieniowanie
laserowe jest wykorzystywane najczęściej do powierzchniowej
obróbki cieplnej. Istnieje także metoda wykorzystująca
laserowo wzbudzane fale uderzeniowe do powierzchniowej
obróbki plastycznej na zimno. Nosi ona nazwę "laserowe umacnianie
udarowe" (ang. Laser Shock Peening albo Laser Shot Peening
- w skrócie LSP [2÷7]). Metoda umożliwia nawet dziesięciokrotne
zwiększenie odporności zmęczeniowej części metalowych, np. tytanowych
łopatek turbin silników lotniczych. Jest droga i ma niską
wydajność, ale mimo to jest już wykorzystywana na skalę przemysłową.
W wielu ośrodkach naukowych prowadzone są intensywne
prace badawcze zmierzające do zwiększenia jej efektywności i wydajności
[2÷7].
Optymalizacja metody wymaga m.in. pomiaru ciśnienia fali
uderzeniowej. Do detekcji tych fal stosuje się m.in. czujniki piezoelektryczne
wykonane z polimeru PVDF [8÷13].
Obszar aktywny tych czujników może mieć niewielkie wymiary,
1×1 mm2, dzięki czemu nadają się one do detekcji fal wzbudzanych
przez impulsy laserowe o małej energii. Pomiar ciśnienia fali
uderzeniowej został szerzej opisany we wcześniejszych pracach
[14, 15].
Badana próbka powinna być dostatecznie cienka, by nie nastąpiło
zbyt silne stłumienie fali. Czujnik musi się stykać bezpośrednio
z ośrodkiem, w którym propaguje się fala. Prędkość dźwięku oraz
gęstość materiału próbki i czujnika na ogół są różne, a to powoduje
zakłócenie propagacji badanej fali. Czujnik wskazuje ciśnienie fali
występującej w jego wnętrzu, które ma na ogół inną wartość niż
ciśnienie fali w badanej próbce. W pracy podjęto próbę wyjaśnienia
związku między wynikiem pomiaru a wartością ciśnienia fali uder[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2011/3
|
|
|
» Laserowe czyszczenie metalowych oplotów nici stosowanych w tkaninach zabytkowych
|
|
|
JAN MARCZAK KAROL JACH ROBERT ŚWIERCZYŃSKI
Dziedzictwo kultury jest bogate w dzieła sztuki i wyroby z metali
i ich stopów, jak również w obiekty pokrywane warstwami metalicznymi
(np. złocenia). Z powodu wielu agresywnych składników
otaczającego środowiska, dzieła wykonane nawet z metali szlachetnych
ulegają procesowi korozji i utleniania zarówno w ziemi,
wodzie, jak i w powietrzu. Dotyczy to nie tylko metali w obiektach
archeologicznych odkrywanych w miejscach wykopalisk lub
znalezionych w morzu, ale również dzieł sztuki eksponowanych
w zanieczyszczonej atmosferze ziemskiej. Można więc podzielić
obiekty metalowe na: archeologiczne, obiekty eksponowane na
wolnym powietrzu - narażone na bezpośrednie zanieczyszczenia
atmosferyczne i obiekty muzealne - przechowywane w mniej groźnej
i kontrolowanej atmosferze wnętrz muzealnych.
Najbardziej typowa utrata estetycznych wartości metalowych
dzieł sztuki jest spowodowana zmianami chemicznymi (korozją)
oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Większość metali, z wyjątkiem
np. złota, nie jest stabilna. Związki chemiczne z wielu różnych
źródeł z otoczenia reagują z metalami w celu utworzenia bardziej
stabilnych związków, które obserwuje się jako patynę lub korozję.
Jednym z ważnych procesów w konserwacji obiektów archeologicznych
i dzieł wykonanych z metalu jest czyszczenie, które
jest krytycznym etapem restauracji. Istnieje szereg metod i technik
czyszczenia, niemniej ich wybór w konserwacji danego obiektu
często komplikują pytania w rodzaju "co będzie usuwane?" lub "co
będzie zachowane?". Wynika to z faktu, że rozróżnienie optymalnego
czyszczenia od nadmiernego czyszczeniem jest często bardzo
subtelne. W konserwacji dzieł sztuki naczelną i bezwarunkowo stosowaną
zasadą jest pozostawienie badanego obiektu w stanie nienaruszonym.
W praktyce jest to rzadko możliwe do osiągnięcia.
Czyszczenie metali jest prowadzone najczęściej za pomocą metod
mechanicznych i chemicznych, wybranych tak, aby uwzględniały
rodzaj materiału, stan obiektu i cel k[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2011/3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» Laserowe nanoszenie znaków barwnych na podłoża ceramiczne
|
|
DANUTA CHMIELEWSKA JAN MARCZAK ANTONI SARZYŃSKI MAREK STRZELEC
Różne rodzaje obróbki laserowej zyskują coraz większą popularność
w wielu dziedzinach, takich jak: badania naukowe, przemysł
[1÷3], technika wojskowa (dalmierze, laserowe wskaźniki celu),
edukacja i urządzenia użytku domowego (dyski optyczne, odtwarzacze
CD), restauracja dzieł sztuki [4] i wielu, wielu innych.
Od kilku lat obserwuje się także zainteresowanie przemysłu
ceramicznego zastosowaniem techniki laserowej do znakowania
i zdobienia wyrobów ceramicznych. Podjęto odpowiednie prace
badawcze w tej dziedzinie, co zaowocowało pojawieniem się wielu
doniesień i patentów [np. 5÷11]. Również w Polsce z inicjatywy
Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych i we współpracy
z Instytutem Optoelektroniki WAT podjęto prace badawcze w dziedzinie
laserowego znakowania i zdobienia ceramiki [12÷15].
Proces, w którym nanoszony barwnik zostaje na stałe spojony
z podłożem ceramicznym na skutek oddziaływania termicznego
wiązki lasera dużej mocy nie jest szeroko opisywany w literaturze
[np. 8], choć oferowane są już na rynku zagraniczne barwniki ceramiczne
przeznaczone do tego celu [16].
W artykule przedstawiono opis niektórych technik wykorzystywanych
do optymalizacji procesu laserowej obróbki i zdobienia
ceramiki. Omówiono m.in. wpływ konfiguracji układu eksperymentalnego
na szerokość ścieżek wypalanych wiązką laserową
na ceramice.
DOBÓR PARAMETRÓW OBRÓBKI LASEROWEJ
Wszelkie obiekty dekoracji wypalanej laserem mogą się składać
z punktów (kropek) lub linii. Punktowe wypalanie laserowe stosuje
się przy odtwarzaniu obrazów (np. fotografii) na ceramice.
Napisy, etykiety, różne rysunki można także wykonywać metodą
wektorową. Podstawowym elementem obiektu wektorowego jest
linia, dlatego zbadano dokładniej wpływ parametrów obróbki laserowej
(moc wiązki laserowej, szybkość skanowania oraz odległość
obrabianej powierzchni od płaszczyzny ogniskowej soczewki skanera)
na szerokość, barwę i jednorodność wypalonej linii. Szerokość
wypalanej linii zależ[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2011/4
|
|
|
» Wytwarzanie warstw intermetalicznych za pomocą impulsowego promieniowania laserowego
|
|
|
Łukasz Major Antoni Rycyk Jan Kusiński Jan Marczak
Obecne zainteresowanie wykorzystaniem laserów do badań naukowych,
jak i do zastosowań przemysłowych, jest bezpośrednio związane
z unikatowymi właściwościami promieniowania laserowego.
Wysoka spójność przestrzenna promieniowania osiągana w laserach
pozwala na ekstremalne jego ukierunkowanie i koncentrację,
osiągając gęstość mocy ponad 1021 W/cm2. Monochromatyczność
światła laserowego, łącznie z możliwością przestrajania długości
fali, otwiera możliwość wysoce selektywnemu, wąskopasmowemu
wzbudzaniu różnych ośrodków. Kontrolowane impulsowe i selektywne
wzbudzanie ośrodka oferuje dużą rozdzielczość czasową
i często staje się możliwe pokonanie konkurencyjnych i towarzyszących
zjawisk występujących podczas oddziaływania światła
z materią. Kombinacja tych wszystkich właściwości oferuje szerokie
i wszechstronne użycie laserów do całkowicie różnych zastosowań
[1÷3].
Jednym z głównych zastosowań promieniowania laserowego
w inżynierii powierzchni jest modyfikacja powierzchni, całościowa
lub lokalna. Powierzchnie metalowe mogą być w różny sposób
modyfikowane, tak aby spełniały fizyczne, chemiczne i mechaniczne
wymagania i obejmują takie technologie, jak np. przetapianie,
szkliwienie, strukturowanie, czy utwardzanie uderzeniowe (laser
shock peening).
W artykule autorzy prezentują numeryczne i eksperymentalne
wyniki oddziaływania impulsowego promieniowania laserowego
z czterowarstwową próbką. Próbkę stanowi układ trzech cienkich
warstw metalicznych (Cr, Cu i Al) naniesionych metodą PVD na
podłoże wykonane z kwarcu o grubości 3 mm. Celem pracy było
wytworzenie nowatorskiej warstwy wierzchniej składającej się
z nieprzetopionej wierzchniej strefy Cr i przeprowadzenie mikroprzetapiania
dwóch spodnich warstw metalicznych (Cu i Al) -
w celu wytworzenia strefy interme[...]
więcej»
w zeszycie
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 2011/4
|
|
|
|
|
|
|
Strona 1
Następna strona »
|
Twój Profil
Twój koszyk
