INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
Dwumiesięcznik ISSN 0208-6247, e-ISSN 2449-9889 - rok powstania: 1980
Czasopismo Federacji Stowarzyszeń Naukowo-Technicznych NOT (FSNT NOT)
Synteza drobnoziarnistych warstw tlenku glinu metodą MOCVD
Agata Sawka Andrzej Kwatera
Rekomenduj znajomym
INNE PUBLIKACJE W TYM ZESZYCIE
Ablacyjne oczyszczanie laserowe elementów nadwozi pojazdów samochodowych
Czysta powierzchnia elementów konstrukcyjnych nadwozia pojazdu
samochodowego jest niezbędna w procesie technologicznym
nakładania systemu powłok lakierowych, spełniających w samochodzie
funkcję ochronno-dekoracyjną. Aby otrzymać wymaganą
przyczepność powłok lakierowych, jest niezbędne odpowiednie
przygotowanie powierzchni przez, np. usunięcie produktów korozji,
tlenków i wszelkich zanieczyszczeń, a także wytworzenie na
powierzchni odpowiedniego profilu chropowatości. Proces oczyszczania
jest przeprowadzany przeważnie technikami mechanicznymi
przez szlifowanie lub metodami chemicznymi [1, 2]. Metody te
są bardzo trudne w kontrolowaniu oraz powodują uboczne skutki
ekologiczne (np. zanieczyszczenia lub skażenie środowiska). Aby
uzyskać wysoką kontrolę procesu usuwania nawarstwień można
wykorzystać technologie laserowe, a przede wszystkim zjawisko
ablacji laserowej, czyli proces usuwania (przez odparowanie) materiału
z powierzchni ciała stałego z pominięciem stanu ciekłego [3].
W tym celu są stosowane najczęściej lasery wytwarzające krótkie
impulsy, np. pikosekundowe, a także lasery o pracy ciągłej, jednak
w tym przypadku laser musi wytwarzać odpowiednio dużą gęstość
mocy promieniowania [3÷6].
Ablacja laserowa może być wykorzystana także w procesie renowacji
powłok lakierowych, czyli gdy oryginalna powłoka lub
system powłokowy uległ uszkodzeniu podczas eksploatacji pojazdu.
W procesie tym bardzo ważne jest usunięcie starej powłoki
lakierowej w celu przygotowania podłoża pod nową powłokę. Usunięcie
powłoki lakierowej po eksploatacji może być konieczne, gdy
jej zewnętrzna warstwa wykazuje ślady zarysowania, zmatowienia,
skórki pomarańczy itd. Produkcyjna powłoka lakierowa ma grubość
90÷135 μm, co powoduje ograniczone możliwości w kontrolowaniu
procesu oczyszczania mechanicznego. W takim przypadku
celowe jest zastosowanie ablacyjnego oczyszczania laserowego ze
względu na możliwość bardzo precyzyjnego i selektywnego usuwania
po więcej »
ALFABETYCZNY SPIS AUTORÓW
A
ADAMCZYK JUSTYNA.............................................................................s. 294
ADAMCZYK LIDIA....................................................................s. 289, 297, 655
ADAMEK GRZEGORZ..............................................................................s. 439
ANYSZKA RAFAŁ......................................................................................s. 301
ARKUSZ KATARZYNA.............................................................................s. 485
ASTACHOV EWGENI................................................................................s. 719
B
BABUL TOMASZ........................................................................s. 306, 309, 376
BAŁAGA ZBIGNIEW.................................................................................s. 417
BANASZEK KATARZYNA........................................................................s. 312
BANASZEK MONIKA................................................................................s. 768
BARANOWSKA JOLANTA...............................................................s. 316, 333
BARTELA GRZEGORZ..............................................................................s. 442
BAUER IWONA..................................................................................s. 320, 324
BEDNARSKI PIOTR...........................................................................s. 676, 797
BERAXA PAVOL.........................................................................................s. 327
BETIUK MAREK........................................................................................s. 541
BIEDUNKIEWICZ ANNA..................................................................s. 330, 699
BIELAWSKI JAROSŁAW...................................................................s. 316, 333
BIELIŃSKI DARIUSZ M....................................................................s. 301, 652
BIELNIK JERZY.................................. więcej »
Analiza mikrostrukturalna warstw napawanych nadstopem Inconel 713C
W wyniku prowadzonych prób napawania oraz spawania nadstopu
niklu 713C w obszarze strefy przetopienia i w strefie wpływu ciepła
obserwowano bardzo rozległe zmiany mikrostruktury. W pierwszej
kolejności były zauważalne zmiany w obszarze fazy międzymetalicznej
γʹ-Ni3Al oraz węglików. Stwierdzono, że występuje silna interakcja
pomiędzy fazą γʹ i węglikami, ponieważ charakterystyczna
przebudowa mikrostruktury jest obserwowana właśnie w okolicach
węglików. Oczywiście zmiana mikrostruktury jest uzależniona od
oddziaływania ciepła spawania, jednak wokół węglików zmiana
morfologii fazy γʹ nie wynika jedynie z wpływu temperatury, lecz
należy uwzględnić również czynniki składu chemicznego i wzmożonej
dyfuzji składników. Oddziaływanie pomiędzy fazą γʹ i węglikami
było obserwowane już od 850°C do 1100°C. Bardzo duży
wpływ na taką interakcję ma prędkość cyklu cieplnego. Zjawisko
nierównowagowego rozpadu oraz ponownej krystalizacji faz podczas
spawania jest nazywane non-equilibrium melting lub constitutional
liquation [1÷3] i jest związane z lokalnym, nierównowagowym
uzyskaniem składu chemicznego zbliżonego do mieszaniny
eutektycznej.
Wzajemne oddziaływanie faz γʹ i węglików jest prawdopodobnie
uzależnione od dyfuzji objętościowej tytanu, niobu i molibdenu,
które mogą zastępować aluminium w fazie γʹ-Ni3Al [4, 5].
Produktem reakcji γ-γʹ i węglików niekoniecznie muszą być
również fazy topologicznie gęsto upakowane μ, σ, fazy Lavesa, lecz
według badań autora nadal istnieje faza γʹ, która jeszcze nie przebudowuje
się w fazę δ (Ni3Nb), η (Ni3Ti) lub rozbudowaną mieszaninę
eutektyczną węglików i faz na bazie Ni3(Al, Ti, Nb)C i Ni3(Al, Ti-
-Nb) [4, 6].
Potwierdzeniem tego stwierdzenia jest np. brak występowania
tych faz na granicach ziaren pierwotnych, brak charakterystycznej
iglastej lub płytkowej morfologii. Także analiza dyfrakcji rentgenows więcej »
Analiza numeryczna wpływu kształtu części zgniatającej i kalibrującej ciągadła na temperaturę i stan naprężeń w ciągnionych drutach ze stali wysokowęglowej
Czynnikiem mającym decydujący wpływ na parametry procesu
ciągnienia, takie jak: temperatura, odkształcenie, siła ciągnienia
jest kształt ciągadła roboczego. Istotnym elementem konstrukcji
ciągadła jest stożek roboczy zwany zgniatającym. Kształt stożka
zgniatającego tej części wywiera decydujący wpływ na przebieg
odkształcenia, rozkład nacisków, siły ciągnienia oraz stan wyrobów
ciągnionych. Część kalibrująca stożka nadaje kształt i końcowy
wymiar ciągnionemu materiałowi. Kształt tej części ciągadła wyznacza
obrys ciągnionego materiału oraz jej długość. Charakteryzowana
jest ona przez średnicę, kąt pochylenia części kalibrującej
φ i jej długość Lk [1, 2].
Modelowanie procesu ciągnienia za pomocą programów komputerowych
umożliwia takie dobranie parametrów procesu ciągnienia,
aby usprawnić proces i jak najbardziej zminimalizować zużywanie
się ciągadeł. Programem wykorzystywanym w ciągarstwie, który
pozwala na przeprowadzenie symulacji procesu ciągnienia drutu
okrągłego w ciągadłach o dowolnym kształcie części zgniatającej
(α), kalibrującej (φ) i długości części kalibrującej (Lk) jest program
Drawing 2D autorstwa prof. Andrieya Milenina [3].
MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ
Zakres badań obejmował przeprowadzenie analizy numerycznej
wpływu kształtu części zgniatającej i kalibrującej ciągadła na temperaturę,
intensywność i stan naprężeń w ciągnionych drutach ze
stali wysokowęglowej.
Materiałem wyjściowym użytym do symulacji numerycznych
w programie Drawing 2D był przeznaczony do wyrobu lin drut ze
stali C56D o średnicy 5,5 mm o składzie chemicznym przedstawionym
w tabeli 1.
W pracy wytypowano 6 wariantów ciągadeł (tab. 2) różnią więcej »
Analiza powierzchni metalu w laminatach metalowo-włóknistych
Laminaty metalowo-włókniste typu FML (Fibre Metal Laminates)
stanowią nową generację materiałów hybrydowych, składającą się
z kolejno ułożonych (na przemian) warstw metalu i kompozytu polimerowego.
Laminaty FML łączą w sobie właściwości zarówno
metalu, jak i kompozytu wzmacnianego włóknami. FML charakteryzują
się wysoką tolerancją uszkodzeń, dużą wytrzymałością zmęczeniową,
odpornością na uderzenia, małą gęstością, odpornością
na korozję oraz ognioodpornością [1÷5].
Obecnie najbardziej rozpowszechnionymi rodzajami kompozytów
FML są laminaty Glare (cienkie warstwy stopu aluminium oraz
kompozytu polimerowego wzmacnianego włókami szklanymi).
Pierwsze komercyjne zastosowanie Glare stanowią panele kadłuba
oraz krawędzie natarcia pionowego i poziomego usterzenia ogonowego
samolotu Airbus A380 [2, 4] .
Właściwości laminatów FML, obok doboru poszczególnych
komponentów, uwarunkowane są w szczególności charakterystyką
połączenia adhezyjnego metal-kompozyt, a także metodą i parametrami
fizycznymi towarzyszącymi procesowi wytwarzania (utwardzania)
[2, 6]. Uzyskanie bardzo dobrej wytrzymałości połączenia
- adhezji materiału kompozytowego do metalowego podłoża determinowane
jest przez odpowiednie przygotowanie powierzchni
metalu bazowego. Brak dostatecznej adhezji wpływa na możliwość
występowania nieciągłości strukturalnych w postaci porowatości,
delaminacji, czy niedoklejeń, oddziałując bezpośrednio na jakość
materiałów kompozytowych [2].
W procesie wytwarzania laminatów FML jest stosowana technologia
klejenia. Materiały metalowe podlegają głównie procesom
obróbki powierzchniowej - elektrochemicznej (anodowanie) z późniejszym
nałożeniem warstw przejściowych uaktywniających powierzchnię
tzw. primer’ów [2, 7÷10] .
Obecnie są prowadzone prace naukowo-badawcze związane
z wykorzystaniem różnorodnych połączeń materiałowych, m.in. zastosowaniem
kompozytów wzmacnianych włóknami węglowymi,
tytanu jako materiału metalowego, czy zastosowanie więcej »
Analiza procesu syntezy Mo2C w układzie (NH4)6Mo7O24·4H2O-węgiel aktywny
Węgliki metali przejściowych mają coraz większe znaczenie w nowoczesnych
technologiach. Są one odporne na wysoką temperaturę
i wykazują dużą twardość. Są stosowane jako materiały do budowy
aparatów pracujących w wysokiej temperaturze, na narzędzia tnące
i jako materiały ścierne [1].
Węglik molibdenu (Mo2C) jest atrakcyjnym technologicznie
materiałem. Stosuje się go bezpośrednio oraz jako półprodukt, np.
podczas syntezy kompozytów MoSi2-SiC [2]. W sposób tradycyjny
(metoda metalurgiczną) otrzymuje się Mo2C o mikrometrycznych
wymiarach cząstek. Metodami roztworowymi uzyskuje się Mo2C
o nanometrycznych wymiarach cząstek (rzędu 3 nm), o znacznie
lepszych właściwościach mechanicznych [2]. Sposób ten jest prostszy
i znacznie tańszy w porównaniu z metodami tradycyjnymi [3]
oraz umożliwia wymieszanie składników na poziomie molekularnym
[4, 5].
część eksperymentalna
Stosowano (NH4)6Mo7O24·4H2O (firmy Sigma Aldrich) oraz węgiel
aktywny (Carbo Activ firmy Aflofarm Fabryka Leków Sp. z o.o.).
Próbki do badań otrzymywano w dwóch etapach. W pierwszym (niskotemperaturowym)
metodą zol-żel otrzymywano MoO3. W kolejnym
etapie - wysokotemperaturowym próbki poddawano karbotermicznej
redukcji węglem aktywnym.
Próbki do syntezy otrzymano, mieszając 5 g (NH4)6Mo7O24·4H2O
z 30 cm3 alkoholu etylowego. Potem dodano węgiel aktywny w ilości
odpowiadającej proporcji C/MoO3 = 3 mol/mol. Produkty mieszano
przez 24 h. Składniki ciekłe odparowywano na łaźni wodnej.
Suchy proszek rozdrabniano w moździerzu agatowym. W ten sposób
otrzymano próbkę bazową. Próbki o większej zawartości węgla
uzyskano, dodając do próbki bazowej węgiel aktywny i rozdrabniając
w moździerzu agatowym.
Tak przygotowane próbki stosowano podczas syntezy. Syntezę
prowadzono w piecu w temperaturze 1000°C i 1250°C Prowadząc
karbotermiczną redukcję w piecu określono wpływ zawartości węgla
(wyrażonego proporcją C/MoO3) i czasu na przebieg syntezy.
Skład fazowy próbek określono meto więcej »
Analiza stabilności cieplnej i wybranych właściwości powłok typu FeAl otrzymanych metodą HVOF
Stopy intermetaliczne typu FeAl (B2) o zawartości 35÷50% at. Al
są perspektywicznym materiałem konstrukcyjnym do pracy w podwyższonej
temperaturze [1, 2]. Charakteryzują się bardzo dobrą
odpornością na wysokotemperaturowe utlenianie i nasiarczanie
(do 1200°C), w warunkach równoczesnego oddziaływania złożonego
stanu naprężeń mechanicznych i dużych obciążeń cieplnych,
w kontakcie z wysokotemperaturowymi gazami i innymi agresywnymi
substancjami oraz materiałami ściernymi, wywołującymi zużycie
i korozję wysokotemperaturową [3, 4]. Wraz ze zbliżaniem
się do składu stechiometrycznego, po długotrwałym wygrzewaniu
w zakresie temperatury 700÷1000°C i dostatecznie powolnym
chłodzeniu, następuje porządkowanie dalekiego zasięgu atomów
w roztworze stałym i nadstruktura FeAl (B2) utrzymuje się nawet
do 1310°C. Uporządkowanie dalekiego zasięgu prowadzi do
wzmocnienia oddziaływań międzyatomowych i stabilizacji struktury
wynikającej z utrudnionego ruchu śrubowych segmentów dyslokacji
generowanych w efekcie poślizgu poprzecznego [5]. W takim
stanie struktury maleje także skuteczność transportu masy i zwłaszcza
w stopach około stechiometrycznych FeAl (B2) polepsza się ich
odporność na rekrystalizację, pełzanie (tym samym rośnie żarowytrzymałość)
i korozję wysokotemperaturową.
Niemniej - wysoki stopień uporządkowania struktury oraz ograniczenie
ruchliwości dyslokacji i skuteczności poślizgu poprzecznego
jest jedną z ważnych przyczyn ograniczonej plastyczności
tych stopów w temperaturze otoczenia i nieznacznie podwyższonej
[6]. Zagadnienie jest istotne ponieważ problem odkształcenia plastycznego
towarzyszy nieodłącznie transformacji cząstek proszku
materiału powłokowego w strukturę powłoki ochronnej. Dla stopów
polikrystalicznych na osnowie fazy FeAl (o zawartości 35, 40
i 50% at. Al) stwierdzono odkształcenie przez poślizg superdyslokacji
w płaszczyznach {110}, w kierunkach <111> [7], co oznacza
potencjalne spełnienie kryterium plastyczności von więcej »
Analiza topografii powierzchni stali 316L po procesie niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego
Azotowanie zwykle stanowi ostatni etap produkcyjny danego detalu.
Bardzo rzadko elementy po azotowaniu poddaje się jedynie
wykańczającemu polerowaniu [1], przy czym podczas tego etapu
produkcyjnego należy zachować ostrożność z powodu możliwości
zniszczenia otrzymanych warstw o niewielkich grubościach. W takim
stanie rzeczy istotnymi aspektami są stan powierzchni oraz jej
topografia, które wpływają na końcowe walory użytkowe, takie jak
współczynnik tarcia czy nośność materiału [2]. Azotowane jarzeniowo
stale austenityczne mogą być również wykorzystywane jako
perspektywiczny biomateriał, a w tym konkretnym zastosowaniu
stan rozwinięcia powierzchni ma duże znaczenie, ponieważ decyduje
o prawidłowym połączeniu wszczepionego implantu z żywą
tkanką [3, 4]. Dodatkowo w przypadku stali austenitycznych na
końcowe walory użytkowe azotowanego detalu wpływają nie tylko
jego właściwości eksploatacyjne, ale również estetyczne, ponieważ
jest ona często stosowana jako materiał ozdobny [5].
Stan oraz topografia powierzchni materiału po procesie azotowania
jarzeniowego ma nie tylko aspekt utylitarny, ale również poznawczy,
ponieważ umożliwia określenie wpływu energii bombardujących
jonów na jakość otrzymanych powierzchni.
materiał i metodyka badań
Procesowi azotowania jarzeniowego poddano jedną z najczęściej
stosowanych stali austenitycznych z grupy stali Cr-Ni-Mo, a mianowicie
stal 316L (X2CrNiMo17-12-2 według PN-EN 10088-1:1998)
o składzie chemicznym przedstawionym w tabeli 1.
Proces niskotemperaturowego (325 i 400°C) i krótkookresowego
(2 i 4 h) azotowania przeprowadzono w urządzeniu do obróbek
jarzeniowych z chłodzoną anodą typu JON-600, stosując dwa warianty
rozmieszczenia próbek w komorze jarzeniowej:
-- bezpośrednio na katodzie (katoda),
-- probki umieszczone na katodzie przykryto ekranem wspomagającym
wykonanym z perforowanej blachy ze stali austenitycznej
(katoda + ekran).
Po wstępnej aktywacji powierzchni w plazmie wodorowo-argonow więcej »
Analiza zdefektowania warstw tlenkowych na stali X10CrMoVNb9-1 długotrwale eksploatowanej w temperaturze 535°C
Właściwości ochronne warstw tlenków powstających w czasie długotrwałej
eksploatacji w podwyższonej temperaturze 450÷620°C
odgrywają równie istotny wpływ na właściwości użytkowe jak
i właściwości mechaniczne, w tym wytrzymałość na pełzanie i granicę
pełzania. Dobra kohezja warstwy z powierzchnią elementów
kotłów i turbin oraz bardzo wolne narastanie są decydującymi
czynnikami zapewniającymi ich jakość. Zbyt szybki wzrost warstw
prowadzi do nadmiernej grubości, zmniejsza prześwit rurociągów
i przegrzewaczy, a przez niekorzystne właściwości izolacyjne prowadzi
do wzrostu temperatury elementów [1]. Coraz wyższa temperatura
i ciśnienie panujące w elementach kotłów i turbin sprzyjają
zarówno nadmiernemu wzrostowi warstw, jak i powstawaniu
w nich dużej liczby mikroporów i szczelin wywołujących łuszczenia
i wykruszenia. Złuszczone tlenki mogą prowadzić do zaczopowania
rurociągów oraz w efekcie do lokalnego przegrzania, aż do
pełzaniowego rozerwania. Podobnie bardzo szkodliwy wpływ wywierają
osady tlenków dostające się do elementów turbiny.
Według Ashby’ego i Jonesa [2] niszczenie warstwy tlenków następuje
według dwóch mechanizmów (rys. 1). W pierwszym przypadku
(rys. 1a) pękanie warstwy następuje, gdy objętość tlenku jest
znacznie mniejsza niż materiału, na którym utworzył się tlenek.
Tlenek ten będzie pę więcej »
Analiza zmian właściwości termicznych i struktury kompozytu poliamidu 6 z kulkami szklanymi po procesie wygrzewania
W celu otrzymania materiału polimerowego o określonych właściwościach
termicznych i strukturze są stosowane procesy mieszania
polimerów z napełniaczami. Obecnie zwiększa się liczba kompozytów
wytworzonych na osnowie poliamidów. Jest to uzasadnione
zaletami metod ich wytwarzania, szerokimi możliwościami ich
wykorzystania, możliwością mieszania podczas przetwórstwa i warunkami
eksploatacji [1÷6]. Właściwości wytworów z materiałów
polimerowych zależą od rodzaju napełniacza i czynników strukturalnych
polimeru (ciężar cząsteczkowy, budowa fizyczna łańcucha,
krystaliczność, budowa chemiczna makrocząsteczek, orientacja
molekularna). Warunkami użytkowymi są: temperatura, czas obciążenia,
ciśnienie, odkształcenie itp. Techniczna i ekonomiczna przydatność
kompozytów polimerowych zależy od tego, czy będą one
spełniały wymagania sztywności i wytrzymałości, tak aby ich trwałość
w warunkach użytkowania była dostateczna. Na właściwości
kompozytu również mają wpływ: wytrzymałość i właściwości termiczne
napełniacza, sztywność osnowy oraz wytrzymałość połączenia
między napełniaczem a osnową [7÷10]. Innym sposobem
polepszenia właściwości wyprasek z materiałów polimerowych
częściowo krystalicznych jest ich obróbka cieplna umożliwiająca
zwiększenie stopnia krystaliczności, co wpływa na zmianę właściwości
mechanicznych, termicznych i użytkowych uzyskanych
wyrobów. Jak wykazano w pracach autorów [11÷18], w których
przedstawiono wyniki badań wpływu wygrzewania na stopień krystaliczności,
obróbka cieplna powoduje zwiększenie udziału fazy
krystalicznej w porównaniu z próbkami nie wygrzewanymi. Ponadto
wygrzewanie wpływa na zmianę właściwości mechanicznych
i termicznych kompozytów polimerowych.
Celem badań była analiza zmian właściwości termicznych, struktury,
stopnia krystaliczności, barwy i połysku kompozytu poliamidu
6 z 30% zawartością kulek szklanych po procesie wygrzewania.
MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ
Jako materiał do badań użyto kompozyt poliamid więcej »
Azotowanie rur grubościennych o małych średnicach otworów
Wymagania dotyczące zanieczyszczania środowiska naturalnego
w państwach Unii Europejskiej stale rosną i kraje członkowskie zobowiązały
się do ich wprowadzania. Dyrektywy Unii Europejskiej
w sposób jasny wytyczają kierunki rozwoju przemysłu, które muszą
uwzględniać ochronę środowiska. Prezentowane metody obróbki
cieplno-chemicznej stanowią propozycję wyjścia naprzeciw tym
coraz większym wymaganiom Unii Europejskiej, eliminującym
uciążliwe dla środowiska technologie produkcyjne
W ramach własnych prac badawczych oraz realizacji projektów
badawczo-rozwojowych, finansowanych ze środków na naukę, badano
możliwości wykorzystania technologii multiplex (połączenie
ulepszania cieplnego + głębokiego wymrażania + obróbki cieplno-
-chemicznej lub PVD), opracowanych w IMP, takich jak: regulowanego
azotowania gazowego, węgloazotowania i azotowania fluidalnego,
azotowania jarzeniowego oraz technologii magnetronowej do
wytwarzania warstw na wewnętrznych powierzchniach rur grubościennych
o małych średnicach. Technologie te są alternatywą dla
uciążliwych środowiskowo technologii galwanicznych: chromowania
lub cyjanowania. Jako operację uzupełniającą w wybranych
wariantach obróbki cieplno-chemicznej przeprowadzono długookresowe
wymrażanie (-180°C). Proces prowadzono w specjalnej
wymrażarce, jako osobną operacje technologiczną, po klasycznym
ulepszaniu cieplnym. W prowadzonych badaniach stosowano wariant
obróbki cieplnej z wymrażaniem poprzedzającym proces
azotowania i węgloazotowania, w wyniku czego zaobserwowano
zwiększenie głębokości strefy dyfuzyjnej wytwarzanych warstw.
W przemyśle obronnym są stosowane technologie galwaniczne
i cieplno-chemiczne (kąpielowe węgloazotowanie - Tenifer) w produkcji
broni strzeleckiej. Specyfiką tych zastosowań jest wytworzenie
systemów areologicznych wewnątrz grubościennych przewodów
rurowych o średnicach 5÷13 mm.
W artykule przedstawiono ekologiczne metody ulepszania
cieplno-chemicznego i cieplno-fizykochemic więcej »
Badania odporności korozyjnej i mikrostruktury warstwy wierzchniej stopu Zn22Al2Cu
Stopy Zn-Al-Cu charakteryzują się szeregiem korzystnych właściwośc,
do których można zaliczyć: dobrą lejność, dobre właściwości
tribologiczne, małą wartość energii potrzebną do ukształtowania wyrobu.
W porównaniu z brązami stopy Zn-Al-Cu charakteryzują się
mniejszą gęstością. Stopy te stosowane są jako tworzywo alternatywne
do brązów, żeliw i stopów aluminium w łożyskach oraz jako materiał
konstrukcyjny. Korzystne rezultaty przynosi ich zastosowanie na
łożyska narażone na duże obciążenia. Nowym, interesującym zastosowaniem
tych stopów może być również użycie ich jako materiału
na powłoki ochronne, alternatywne w odniesieniu do stosowanych
obecnie zwykłych powłok oraz powłok Zn-5% Al typu "Galfan" [1,
2]. Istotną wadą ograniczającą zastosowanie stopów Zn-AlCu jest
ich stosunkowo mała odporność korozyjna [3].
Właściwości tribologiczne stopów typu Zn-Al-Cu i ich struktura
w stanie lanym zostały w literaturze dobrze opisane. Jednym
z czynników decydujących o możliwościach zastosowania stopów
Zn-Al-Cu jest ich odporność na korozję elektrochemiczną. Odporność
na korozję stopów Zn-Al-Cu wynika przede wszystkim z obecności
na ich powierzchni ochronnej warstwy Al2O3. Cynk zarówno
w środowiskach kwaśnych, jak i alkalicznych może ulegać korozji
z wytworzeniem rozpuszczalnych produktów korozji. Pomimo istnienia
tylko w wąskim zakresie wartości pH skłonności do pasywacji
(pH = 9÷11) w większości środowisk cynk koroduje powoli. Tworząca
się na powierzchni cynku warstwa pasywna jest nieciągła, co
prowadzi do powstawania wżerów. Odporność korozyjna aluminium
jest ściśle związana z obecnością na powierzchni warstwy pasywnej.
Warstwa ta wytwarza się samorzutnie. Dużą odporność mogą
zmniejszyć czynniki niszczące warstwy pasywne, np. jony chlorkowe.
Miedź charakteryzuje się dużym obszarem trwałości termodynamicznej
na wykresie pH-E. W odtlenionym środowisku wodnym
miedź nie ulega rozpuszczaniu i zaliczana jest do metali półszlachetnych
[4].
Str więcej »
Badania warstw nanoszonych metodami natrysku termicznego
Natrysk termiczny należy do jednej z coraz powszechniej stosowanych
metod nanoszenia powłok ochronnych na narzędziach,
elementach maszyn i elementach konstrukcyjnych [1, 2]. Istnieją
różne odmiany metody natrysku termicznego, w tym: natryskiwanie
płomieniowe z dużymi prędkościami (HVOF - high velocity
oxygen fuel) [3] oraz natrysk plazmowy [4]. Każdy z wymienionych
sposobów cechuje się pewnymi odmiennymi parametrami
technologicznymi i szczegółami stosowanych urządzeń. Jednak
zasada metody jest w każdym z wymienionych przypadków taka
sama. Krople roztopionego metalu są unoszone z dużą prędkością
w strumieniu gazu lub plazmy i uderzają o powierzchnię podłoża.
Czas krzepnięcia kropel wynosi kilka mikrosekund [4]. Kolejne
krople docierające do podłoża są już natryskiwane na materiał zakrzepnięty,
tworząc następne warstwy. Powłoki wytworzone metodą
natryskiwania płomieniowego wykazują dużą szczelność przy
małej w porównaniu z innymi metodami natrysku termicznego porowatości
i dobrej przyczepności do podłoża. Zwykle obserwuje się
w nich silnie rozdrobnione ziarna. Natrysk plazmowy wytwarza powłoki
o podobnej strukturze. Jednakże w niektórych przypadkach,
zależnych dodatkowo od natryskiwanego materiału i parametrów
natrysku, obserwuje się charakterystyczną strukturę z ziarnami
wydłużonymi wzdłuż materiału podłoża [5, 6]. Obecnie kładzie
się duży nacisk na badania i opracowanie sposobów nakładania
powłok o cechach nanometrycznych. Zarówno metoda HVOF [7],
jak i natrysk plazmowy [8] umożliwiają ich wytwarzanie. Powłoki
HVOF o cechach nanometrycznych mają większą i lepszą odporność
na korozję w porównaniu z powłokami konwencjonalnymi -
mikrometrycznymi. Ich właściwości są porównywalne z powłokami
nanoszonymi metodami PVD [9, 10].
Jednym z potencjalnych zastosowań powłok natryskiwanych
termicznie jest ochrona powierzchni roboczych łopatek wentylatorów
przemysłowych.
Uzyskanie odpowiednich właściwości, w szczególności dobrej
odporności więcej »
Badanie procesu tarciowej modyfikacji warstwy wierzchniej odlewniczego stopu aluminium AlSi9Mg
Proces tarciowej modyfikacji warstw wierzchnich z mieszaniem
materiału (ang. Friction Modified Proccesing - FMP) jest nową
technologią pozwalającą w kontrolowany sposób kształtować powierzchnię
modyfikowaną tak pod względem budowy mikrostrukturalnej,
jak i własności użytkowych.
Metoda modyfikacji FMP (rys. 1) wywodzi się z technologii
zgrzewania tarciowego z mieszaniem materiału zgrzeiny (ang. Friction
Stir Welding - FSW), która została opatentowana w roku 1991
przez angielski Instytut Spawalnictwa [1]. Mechanizm powstawania
zgrzeiny i obszaru zmodyfikowanego w obu przypadkach jest
podobny. Proces polega na nagrzaniu i uplastycznieniu materiału
w wyniku tarcia narzędzia z trzpieniem lub bez, wprowadzonego
w ruch obrotowy i przesuwającego się wzdłuż modyfikowanej powierzchni
elementu. Do nagrzania i uplastycznienia tarciowego
materiału wykorzystuje się obracające narzędzie mieszające, penetrujące
materiał wzdłuż linii modyfikacji. Po wprawieniu w ruch
obrotowy narzędzia oraz nagrzaniu ciepłem tarcia i uplastycznieniu
materiału w bezpośrednim sąsiedztwie narzędzia, następuje przesuwanie
się całego układu wzdłuż linii. Nagrzany i uplastyczniony
materiał przeciska się pod powierzchnią wieńca opory ku tyłowi,
gdzie przed ostygnięciem zostaje wzajemnie wymieszany i zagęszczony
zgniotowo. Ruch narzędzia ustawionego pod odpowiednim
kątem powoduje nagrzanie, silne mieszanie i zagęszczenie deformowanego
materiału.
Technologia tarciowej modyfikacji jest procesem mogącym
znaleźć szerokie zastosowanie w modyfikowaniu mikrostruktury
i własności obrabianego materiału. Metodę można stosować m.in.
do: osiągnięcia stanu nadplastyczności, zwiększenia podatności
do odkształceń plastycznych, modyfikacji stopów odlewniczych,
produkcji stopów o specjalnych własnościach, modyfikacji składu
chemicznego warstw wierzchnich, zwiększenia wytrzymałości
zmęczeniowej złączy spawanych. Dokładny opis samej metody
wraz z stosowanymi urządzeniami i narzędziami więcej »
Badanie technologicznych właściwości blach z powłokami typu duplex wytworzonych metodą ciągłą
Wyroby stalowe muszą zapewniać wysoką funkcjonalność, odporność,
niezawodność oraz bezpieczeństwo, przy jednoczesnym
ograniczeniu kosztów eksploatacji. Dla spełnienia tych wymagań
potrzebne są skuteczne, zapewniające długie okresy działania, systemy
ochrony przed korozją. Jedną z podstawowych metod zabezpieczania
powierzchni stali przed korozją jest nanoszenie metalowych
powłok ochronnych [1, 2]. Do najbardziej znanych i rozpowszechnionych
metod wytwarzania powłok metalowych należy pokrywanie
wyrobów powłokami cynkowymi na drodze metalizacji
zanurzeniowej. Powłoki cynkowe wytwarzane w tradycyjnie stosowanych
kąpielach wykazują w niektórych warunkach zbyt małą
odporność korozyjną, głównie przez ciągły wzrost zanieczyszczenia
środowiska. Poszukiwania coraz to lepszych sposobów ochrony
przed korozją doprowadziły do opracowania "podwójnych"
powłok ochronnych polegających na wytworzeniu na elementach
ocynkowanych dodatkowej powłoki organicznej, która nie wpływa
na etap przetwórstwa, natomiast może znacznie poprawić żywotność
elementu - tzw. system duplex. System ten spełnia wysokie
wymagania dotyczące długotrwałej odporności korozyjnej, a zarazem
łączy ze sobą wysokie walory estetyczne [2÷4].
Termin "powłoki duplex" został wprowadzony w ubiegłym stuleciu
przez J. van Eijnsbergena. Połączył on z powodzeniem technologię
nanoszenia powłok cynkowych oraz malarskich. Uzyskał
dzięki temu polepszenie własności ochronnych tak wytworzonego
systemu w porównaniu z osobno stosowanymi powłokami, przy
jednoczesnym obniżeniu kosztów eksploatacji systemu ochronnego.
W przypadku systemów duplex powłoka lakierowa dodatkowo
zabezpiecza przed korozją powłokę cynkową. Zmniejsza się tym
samym szybkość degradacji cynku, a okres eksploatacji pokrycia
przy odpowiednich grubościach powłok jest wydłużony [2, 5].
Elementy takie jak taśmy, arkusze blach cynkowane są na liniach
przemysłowych metodą ciągłą. W kolejnym etapie poddawane są
w oddzielnym procesie więcej »
Badanie właściwości powłok stosowanych w taśmach nadprzewodzących
Materiały nadprzewodzące w postaci cienkich taśm ze względu na
warunki w jakich pracują powinny charakteryzować się nie tylko
dobrymi właściwościami prądowymi IC oraz magnetycznymi HC,
ale również bardzo dobrą wytrzymałością mechaniczną i odpornością
na korozję [1÷3].
Materiały tego typu mają budowę warstwową. Składają się z odpowiednio
przygotowanego podłoża, warstw buforowych, materiału
nadprzewodzącego oraz warstwy ochronnej.
W zależności od stosowanego materiału nadprzewodzącego
wykorzystuje się różnego rodzaju podłoża będące jednocześnie
warstwami nośnymi. Często są to stopy na bazie Ni [4]. Głównym
zadaniem takiego materiału bazowego jest przede wszystkim przenoszenie
obciążeń całego materiału oraz wytworzenie odpowiednich
warunków do nakładania kolejnych warstw.
Najczęściej stosowanymi na skalę przemysłową technologiami
wytwarzania materiałów nadprzewodzących są między innymi
technologie PIT (Powder In Tube), RABiTS (Rolling-Assisted
Biaxially Textured Substrate), IBAD (Ion Bean Assisted Deposited)
i ISD (Inclined Substrate Deposition) [5÷8].
Aby uzyskać wymaganą przyczepność warstwy nadprzewodzącej
oraz spójność całego materiału stosuje się warstwy buforowe
(przejściowe) o budowie zbliżonej do budowy materiału nadprzewodzącego.
Jako warstwy ochronne stosuje się najczęściej srebro. Mają one
za zadanie ochronę przed wpływem otoczenia i uszkodzeniem warstwy
nadprzewodzącej. Taśma nadprzewodząca powinna charakteryzować
się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi, więcej »
Biokompatybilność utlenianego anodowo stopu Ti6Al4V ELI
Tytan i jego stopy są obecnie najczęściej stosowanymi biomateriałami
do wytwarzania długoterminowych implantów metalowych.
O ich przydatności decyduje mniejszy ciężar właściwy w porównaniu
ze stopami na osnowie żelaza i kobaltu oraz dobra biokompatybilność
w środowisku tkanek i płynów ustrojowych [1÷6].
W głównej mierze jest ona związana z dobrą odpornością korozyjną,
a głównie z własnościami fizykochemicznymi powierzchni
implantu, które determinowane są przez strukturę i grubość wytworzonej
warstwy powierzchniowej [3, 6, 7]. Dobra biokompatybilność
tytanu i jego stopów związana jest także ze zdolnością ich
powierzchni do samopasywacji oraz repasywacji [6, 7].
W początkowym okresie stosowania tytanu i jego stopów uważano,
że są one obojętne biologicznie. Ostatnie badania wskazują,
że mogą powodować alergię lub reakcję okołowszczepową w międzywarstwie
implant-tkanka kostna [3, 7].
Struktura i skład warstwy powierzchniowej implantów z tytanu
i jego stopów mogą być modyfikowane za pomocą różnych metod,
wśród których dominują metody mechaniczne, chemiczne, elektrochemiczne
i termiczne. W ich wyniku na powierzchni oprócz tlenków
tytanu występują inne tlenki skorelowane ze składem chemicznym
podłoża [8÷10].
Podstawowym celem modyfikacji powierzchni tytanu i jego stopów
jest wytworzenie warstwy pasywnej składającej się głównie
z TiO2. Charakteryzuje się ona zwartością i jednorodnością, małym
przewodnictwem elektronowym, stabilnością termodynamiczną
oraz zdolnością do repasywacji po uszkodzeniu w obecności tlenu
lub wody. Taka warstwa pasywna ogranicza przenikanie jonów
pierwiastków stopowych do organizmu [11÷14].
Zdaniem autorów odporność korozyjna stopu Ti6Al4V ELI anodyzowanego
przy takich samych parametrach procesu jest uzależniona
od sposobu wstępnego przygotowania powierzchni materiału.
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu różnych metod
wstępnego przygotowania powierzchni na odporność korozyjną
anodyzowanego stopu Ti6Al4 więcej »
Budowa i właściwości warstw duplex typu CrC+(Ni-W) wytwarzanych w procesie chromowania próżniowego
Warstwy chromowane o strukturze węglikowej, wytwarzane na powierzchni
stali w procesach chromowania dyfuzyjnego, charakteryzują
się dobrymi właściwościami tribologicznymi [1÷5]. Wadą
warstw węglikowych jest niedostateczna ich odporność na korozję
w roztworach wodnych zawierających niektóre kwasy (np. kwas
octowy lub siarkowy) [5, 6]. Zwiększenie odporności korozyjnej
warstw, według danych literaturowych [7÷9], można uzyskać m.in.
przez elektrolityczne nakładanie niklu przed procesem dyfuzyjnym.
Wyniki badań własnych [9÷11] dotyczących warstw chromowanych
o strukturze węglikowej wykazały, że dzięki połączeniu
procesu chromowania próżniowego ze wstępnym osadzaniem na
powierzchni stali powłok elektrolitycznych z niklu lub jego stopów,
np. z wolframem, można otrzymać warstwy duplex typu CrC+Ni
lub CrC+(Ni-W), których odporność na korozję jest kilka razy
większa od odporności korozyjnej warstw węglikowych typu CrC,
wytwarzanych bezpośrednio na powierzchni stali, bez powłoki
elektrolitycznej. Badania właściwości tribologicznych tych warstw
wykazały, że warstwy duplex typu CrC+(Ni-W) wytwarzane przez
osadzanie przed chromowaniem próżniowym powłok ze stopów
niklu, zawierających pierwiastek węglikotwórczy, charakteryzują
się dobrą odpornością na zużycie przez tarcie, podczas gdy warstwy
duplex typu CrC+Ni otrzymywane przez nakładanie powłok
z czystego niklu na powierzchnię stali przed chromowaniem nie są
odporne na zużycie przez tarcie [9, 10].
Celem pracy było zbadanie budowy warstw duplex typu
CrC+(Ni-W) w połączeniu z badaniami ich odporności na zużycie
przez tarcie oraz wyjaśnienie, dlaczego obecność pierwiastka
węglikotwórczego - wolframu - w stopach niklu, osadzanych na
powierzchni stali przed dyfuzyjnymi procesami chromowania próżniowego,
umożliwia wytwarzanie warstw wykazujących dobre właściwości
tribologiczne, podczas gdy warstwy duplex typu CrC+Ni
otrzymywane przez osadzanie czystego niklu na powierzchni stali
nie wykazują więcej »
Characterisation of TiB2 nanocrystalline coating on the Cr-Ni-Mo austenitic steel
Metal borides are very promising components of hard coatings
applied on engineering materials [1]. Titanium diboride (TiB2) of
a hexagonal structure has many interesting properties, such as high
melting point, high hardness, high wear and corrosion resistance,
excellent chemical stability at elevated temperature as well as good
thermal and electrical conductivity [2, 3]. Therefore, this material is
suitable as a protective coating for many applications, e.g. cutting
surfaces in machining industry.
The TiB2 protective coatings can be deposited on a various substrates
using several conventional PVD techniques. However, the
most commonly used method is magnetron sputtering [2]. Although
the coatings of this type were investigated since longer time, only
few successful commercial applications exist until now. The main
problem concerns a low adhesion of the TiB2 coatings on various
tool materials, e.g. high-speed steel or cemented carbides, resulting
from high residual stresses in such coatings [4]. However, the
residual stresses can be decreased when specific deposition parameters
are applied. Berger et al. [5] developed a method to grow the
TiB2 coatings with low compressive residual stresses by applying
positive substrate bias. This process improved also the cohesive
strength while retaining high coating hardness.
In the present work, nanocrystalline TiB2 coating was deposited
by magnetron sputtering on a model Cr-Ni-Mo austenitic steel. The
main objective was the characterization of the coating micro/nanostructure
and functional properties (residual stresses, wear resistance,
hardness and Young’s modulus, coating topography) as well
as adhesion of the coating to the steel substrate.
EXPERIMENTAL
The TiB2 coating was deposited on a model Cr-Ni-Mo austenitic
steel using an unbalanced dirrect current magnetron sputtering from
a stoichiometric TiB2 target (99.5%, 100 mm in diameter) in Ar
glow discharge. The substrate was ul więcej »
Charakterystyka i żaroodporność powłok Al-Si na stopie tytanu
Stopy tytanu stosowane są zarówno w lotnictwie, energetyce, jak
i w medycynie. Charakteryzują się żarowytrzymałością, odpornością
korozyjną w większości agresywnych środowisk, dużą wytrzymałością
właściwą i obojętnością biologiczną. Konwencjonalne
stopy tytanu z racji małej odporności na utlenianie i na pełzanie
nie powinny być stosowane powyżej 600°C. Stosowane są stopy
jednofazowe α lub β oraz dwufazowe α + β w zależności od zastosowania.
Spośród stopów tytanu te o strukturze jednofazowej α
wykazują lepszą odporność na pełzanie. Mają wystarczającą ciągliwość,
wytrzymałość i spawalność, lecz gorszą odkształcalność.
Stopy dwufazowe mają dobrą podatność na odkształcenia plastyczne,
podobnie jak stopy jednofazowe β.
Stop TiAl6V4 jest typowym przykładem stopów dwufazowych
α + β. Używany jest na elementy konstrukcyjne, silnie obciążone
elementy maszyn oraz elementy w przemyśle lotniczym i kosmicznym.
Techniczne zastosowania stopów tytanu są ograniczone,
pomimo tego że ich właściwości mechaniczne na to pozwalają, ze
względu na zakres temperatury w jakiej pracują. Powyżej temperatury
500÷520°C w powietrzu tytan i jego stopy silnie reagują z tlenem
tworząc rutyl. Tlenek tytanu nie ma właściwości ochronnych
i w wyższej temperaturze ze względu na swoją zdefektowaną strukturę
umożliwia dyfuzję tlenu do wewnątrz materiału [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 dyfuzyjnych. 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], ceramicznych powłok cieplnych wytwarzanych za pomocą
technik plazmowych, np. EB PVD [6, 7].
W celu podniesienia odporności na utlenia więcej »
Charakterystyka odporności na zarysowanie warstwy tlenkowej powstałej na stali P91
Stale do pracy w podwyższonej temperaturze stanowią przedmiot
zainteresowania wielu ośrodków naukowych w kraju i na świecie
[1÷9], głównie ze względu na ich stosowanie w energetyce.
Ochronne warstwy tlenków powstałe na stalach długotrwale
eksploatowanych pełnią równie istotną rolę jak granica pełzania,
czy wytrzymałość na pełzanie. Bardzo ważne jest, aby dobrze przylegały
do podłoża oraz miały małą skłonność do łuszczenia i wykruszania,
gdyż wykruszone fragmenty warstwy mogą powodować
zmniejszanie prześwitu rur, a tym samym prowadzić do miejscowego
przegrzania rurociągów, które z kolei prowadzi do rozerwania
rur.
Jednym z gatunków stali stosowanych do pracy w podwyższonej
temperaturze jest stal P91 (X10CrMoVNb9-1 według PN-EN
10028-2:2003 [10]).
W pracy [11] przedstawiono wyniki strukturalnych badań rentgenowskich
(XRD), które pozwoliły określić rodzaj poszczególnych
warstw tlenkowych powstałych na stali P91 po eksploatacji. W wyniku
eksploatacji stali P91 w temperaturze 535°C przez 70 000
godzin powstaje trójstrefowa warstwa tlenków. Na powierzchni
wewnętrznej rury występuje hematyt. Następnie pod hematytem
pojawia się magnetyt. Dalej w głąb warstwy występuje spinel, tj.
mieszanina magnetytu i chromitu.
W pracy przedstawiono wyniki badań przyczepności warstw
tlenkowych za pomocą testu odporności warstwy na zarysowanie
(Scratch Test).
MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ
Badaniom poddano próbki ze stali P91 (X10 więcej »
Cienkie warstwy Al-Mg i Al-Mg-Ni otrzymywane techniką PLD
Obecnie jednym z najważniejszych wyzwań inżynierii powierzchni
jest opracowanie i wykorzystanie nowoczesnych materiałów oraz
aplikowanie ich w urządzeniach używanych w takich dziedzinach
techniki, jak: biofizyka, optoelektronika, aeronautyka, przemysł
samochodowy i innych prężnie rozwijających się dziedzinach nauki
i życia [1÷3]. Natomiast w celu zmniejszenia masy urządzeń
i kosztów związanych z produkcją elementów z materiałów litych,
celowe jest zastosowanie powłok ochronnych na różnego rodzaju
detale. W związku z tym uzyskuje się materiały o innych i lepszych
niż podłoże właściwościach. Duże znaczenie w technologii wytwarzania
i nakładania różnych powłok mają techniki laserowe, a głównie
ablacja laserowa.
Ze względu na dużą dostępność, niską cenę, a przede wszystkim
ze względu na małą gęstość, obecnie coraz częściej stosuje się
stopy magnezu, np.: w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym [4,
5]. Największym jednak problemem stopów magnezu jest ich mała
odporność korozyjna, szczególnie na korozję galwaniczną, mała
odporność na utlenianie oraz pełzanie i zmęczenie [4, 5]. Dla polepszenia
ich właściwości stosuje się obróbkę cieplną stopów magnezu
[6], wprowadzanie dodatków stopowych [5] oraz nakłada się na nie
różne warstwy, np.: Al-Mg, multiwarstwy Al-Mg-Ni [7, 8].
W pracy przedstawiono cienkie warstwy Al-Mg i mutliwarstwy
Al-Mg-Ni otrzymywane za pomocą ablacji laserowej (technika
PLD). Artykuł obejmuję badania strukturalne, składu chemicznego
i fazowego za pomocą skaningowej (SEM) i transmisyjnej mikroskopii
elektronowej (TEM) oraz spektroskopii promieniowania
rentgenowskiego z dyspersją energii (EDS).
Metodyka badań
Cienkie warstwy wytworzono, stosując laser o pracy impulsowej
QS-Nd:YAG. Dla wytworzenia warstw Al-Mg oraz multiwarstw
Al-Mg-Ni stosowano długość fali lasera λ równą 266 nm, częstotliwość
impulsu ω 12÷15 Hz i czas trwania pojedynczego impulsu τ
10÷12 ns. Warstwy wytwarzano w komorze próżniowej pod więcej »
Cohesion and fracture toughness of gradient boride layers formed by borocarburizing
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, corrosion resistance and
heat resistance [1÷3]. The main disadvantage of boriding is the brittleness
of borides, especially of FeB phase. 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. The frequent symptoms
of this defect are: microcracks of these layers, chipping and
spalling. The literature data [4, 5] show, that the following factors
influence the brittleness of borides: case depth of the layer, hardness,
phase composition, internal stresses and chemical composition
of borided steel.
Many methods can lessen the brittleness of the boride layers.
Three main are: obtaining a single-phase Fe2B layer [1÷3], the production
of multicomponent and complex borided layers [6÷9] and
laser heat treatment (LHT) after boriding [10÷12].
The one of these methods is boriding of previously carburized
steel [7÷9]. This process called borocarburizing aims at forming
a transition layer between the borided layer and the substrate. The
transition area has a relatively higher carbon concentration and
higher hardness, what reduces the hardness gradient of the iron
borides to the substrate. Hence the brittleness of borided layer is
lessened. The borocarburized layers are characterized by improved
abrasive wear resistance and increased low-cycle fatigue strength in
comparison with typical borided layers formed on medium-carbon
steel [7, 9]. Although the fracture toughness of typical borided layers
is well known, there is not information referring this property in
case of borocarburized layers. więcej »
Dyfuzja reaktywna boru w warstwie powierzchniowej spieków kobaltu
Proces dyfuzyjnego borowania znajduje coraz szersze zastosowanie
jako metoda obróbki cieplno-chemicznej zapewniającej bardzo
znaczne zwiększenie trwałości elementów maszyn. Warstwy borowane
cechują się bardzo dużą odpornością na ścieranie i są zwykle
stosowane, gdy smarowanie jest skąpe lub gdy nie może być stosowane
w ogóle.
Duża twardość warstw borkowych, zwiększona odporność korozyjna
w wodnych roztworach kwasów nieorganicznych (HCl,
H2SO4, H3PO4, HF) i organicznych (wzrost odporności do 15 razy),
także w roztworach soli i zasad, stanowią zalety, dzięki którym znalazły
one zastosowanie techniczne [1, 2].
Z wykresu równowagi Co-B (rys. 1) można odczytać temperaturę
topnienia kobaltu wynoszącą 1495°C, poniżej której kobalt
krystalizuje w sieci regularnej ściennie centrowanej. Przemiana
alotropowa ε → α występuje w temperaturze ok. 417°C [3÷5], sieć
heksagonalna odmiany alotropowej ε przemienia się wtedy w sieć
ściennie centrowaną kobaltu α. Przedstawiony na diagramie borek
CoB jest związkiem zawierającym 15,5% mas. boru, natomiast borek
Co2B odpowiada zawartości boru 8,4% mas.
METODYKA BADAŃ
Do badań zastosowano spieki otrzymane z proszków Co gatunku
Extrafine. Warstwy otrzymano za pomocą proszkowej metody borowania
opartej na wykorzystaniu mieszaniny o składzie: B4C jako
składnik podstawowy stanowiący źródło boru, (NH4Cl + NaF) jako
aktywator i Al2O3 jako wypełniacz. Zachowane były następujące
parametry procesu: temperatura 950°C, czas 6 h i 12 h. Badania
obejmowały określenie struktury i grubości uzyskanych warstw.
Obserwacji naniesionych warstw dokonano za pomocą mikroskopu
świetlnego Leica DM-4000.
Próbki przecięto za pomocą tarczy diamentowej na przecinarce
wolnoobrotowej, po czym zainkludowano je i wykonano zgłady
metalograficzne. Następnie przeprowadzono obserwacje mikrostruktury
przy powiększeniu 1000 razy.
Warstwy borków utworzone na spiekach Co poddano również
analizie fazowej metodą dy więcej »
Dyfuzyjne manganowanie żelaza
Klasyczne austenityczne stale nierdzewne, zawierające austenitotwórczy
nikiel należą do drogich stali ze względu na wysoką cenę
tego pierwiastka. Produkcja niklu jest coraz mniejsza z uwagi na
zmniejszającą się dostępność rud. Wysoka cena i mała dostępność
nie są jednak jedynymi ograniczeniami zastosowania niklu w metalurgii
żelaza i stopów metali [1]. Tym ograniczeniem jest stwierdzona
kancerogenność niklu. Jony niklu uznawane są za bardzo istotny
czynnik prowadzący do powstania alergii i raka. Według dermatologów
uczulonych na nikiel jest około 4% mężczyzn oraz aż 20%
kobiet [2, 3].
Wchłanianie substancji toksycznych może zachodzić w drogach
oddechowych, przez skórę oraz przez układ pokarmowy, jednak
najbardziej istotnym sposobem wchłania, jeśli chodzi o warunki
przemysłowe, jest przede wszystkim układ oddechowy. Nieprawidłowe
funkcjonowanie układu oddechowego zaobserwowano
u spawaczy, galwanizerów i pracowników, którzy mają styczność
z tlenkiem niklu, czyli z głównym składnikiem dymów towarzyszących
spawaniu stali wysokostopowych [4]. Według klasyfikacji
opracowanej przez IARC (Międzynarodowa Agencja Badań nad
Rakiem) w Lyonie chrom oraz związki niklu zalicza się do grupy
czynników rakotwórczych u ludzi [5].
Do pierwiastków austenitotwórczych obok niklu należą mangan,
kobalt i azot. Zasoby manganu w postaci konkrecji znajdujących
się na dnie oceanów wydają się być nieograniczone. Podobnie jest
również na kontynentach. Złoża manganu są znaczne. Z tego właśnie
powodu coraz częściej zastępuje się stale chromowo-niklowe
chromowo-manganowymi. Trwają również prace dotyczące wprowadzania
azotu do stali w celu wytworzenia struktury martenzyty więcej »
Efekt Portevina-Le Chateliera rejestrowany w stopie kobaltu podczas próby jednoosiowego rozciągania
Stopy na osnowie kobaltu Co-Cr-W-Ni wyróżniają się dobrą odpornością
korozyjną, dużą wytrzymałością przy statycznych i cyklicznych
obciążeniach, odpornością na plastyczne odkształcenia
przy krótkotrwałych przeciążeniach i odpornością na zużycie przez
tarcie [1, 2]. Cechy te powodują, że są one stosowane na specjalne
urządzenia do pracy w temperaturze od wartości kriogenicznych do
400°C, a z powłoką ZrO2 również do pracy w temperaturze bliskiej
1000°C [3]. W stanie wysokowytrzymałym (Rm ≈ 2500 MPa)
są z nich wytwarzane elementy sprężyste pracujące w przestrzeni
kosmicznej, m.in. w urządzeniach do otwierania anten satelitarnych
[1, 3]. Są paramagnetyczne, mają większą niż stal 316LMV odporność
na korozję wżerową i szczelinową, lepszą tolerancję w środowisku
tkanek i płynów ustrojowych. Dobra biozgodność powoduje,
że są używane na implanty [2, 4]. Duża zawartość niklu i wolframu
budzi jednak wątpliwości w zastosowaniach do produkcji implantów
długookresowych.
W stanie wyżarzonym stopy Co-Cr-W-Ni mogą mieć znaczną
liczbę faz wtórnych, tj. węglików specjalnych i faz typu: γʹ, Co3W
i Co2W. Dużą plastyczność uzyskują po wysokotemperaturowym
przesycaniu, po którym poddaje się je nawet 90% odkształceniu
i starzeniu. Zgnioty poniżej 20% powodują nierównomiernie rozmieszczenie
płaskich skupisk dyslokacji, natomiast przy średnich
wartościach odkształceń powstają mikrobliźniaki umocniające podobnie
do umocnienia rozdrobnieniem ziaren [2].
Na właściwości stopów kobaltu wywiera silny wpływ bardzo
mała wartość energii błędu ułożenia (EBU) 0,02÷0,08 MJm-2 i typowa
w takich przypadkach substruktura z dyslokacjami cząstkowymi
połączonymi błędami ułożenia (BU) rozsuniętymi na dużą
wzajemną odległość osiągającą 10÷20b, (b - wektor Burgersa) [6].
Dyslokacje cząstkowe połączone (BU) mają bardzo utrudniony
ruch, tym silniej gdy są w większej wzajemnej odległości i są łatwo
blokowane przez przeszkody. Potrzebne są znaczne naprężenia, więcej »
Efekt ujawnienia mikrostruktury w elektrolitycznej obróbce stali chromowo-niklowych
Tradycyjne obróbki metali, takie jak polerowanie mechaniczne, nie
zawsze umożliwiają uzyskanie odpowiedniej czystości powierzchni
materiałów. Usunięcie zanieczyszczeń, takich jak plamy rdzy,
czy obce wtrącenia na powierzchni detali zalegające w rysach obrabianych
powierzchni umożliwia skutecznie metoda elektropolerowania.
Obecnie polerowanie i trawienie elektrolityczne jest coraz
częściej stosowane w wytwórstwie narzędzi medycznych, w produkcji
biomateriałów, w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym,
czy w przemyśle atomowym [1, 2]. Elektropolerowanie jest uważane
za najlepszą technikę do poprawiania odporności na korozję
metali nierdzewnych przez usuwanie zanieczyszczeń i niwelowanie
uszkodzeń powierzchniowych pogarszających odporność na korozję
metalu [3, 4]. Polerowanie i trawienie elektrolityczne jest również
techniką przydatną do zmniejszania chropowatości powierzchni
metali zapobiegającą osadzaniu się zanieczyszczeń [4].
Obecnie prowadzi się coraz więcej badań z wykorzystaniem
technik polerowania i trawienia elektrolitycznego. Ta technika jest
szczególnie użyteczna w metalografii dla ujawniania struktury materiałów,
a szczególnie w preparatyce materiałów trudnoobrabialnych,
do jakich należą np. węgliki wolframu [5]. Przygotowane
metodą elektrotrawienia podłoża pozwalają na uzyskanie lepszej
adhezji osadzonych na nich powłok [6]. Odpowiedni dobór parametrów
trawienia i polerowania elektrolitycznego ma duży wpływ
na końcowy wynik całego zabiegu. Do parametrów tych zalicza się:
rodzaj elektrolitu, czas polerowania, napięcie, gęstość prądu i temperaturę
elektrolitu. Ustalono, że najlepszy wynik elektropolerowania
stali 316L w elektrolicie składającego się z 50% kwasu fosforowego,
20% kwasu siarkowego i 30% wody destylowanej uzyskuje
się w temperaturze 68°C [2, 7].
Istotne jest, aby procesy polerowania i trawienia były powtarzalne.
W tym celu nowoczesne elektropolerki mają możliwość
sterowania komputerowego, które umożliwia ar więcej »
Elementarne mechanizmy formowania powłoki intermetalicznej Fe-Al podczas natryskiwania gazodetonacyjnego
Technologia natryskiwania detonacyjnego (DGS - Detonation Gun
Spraying) oparta jest na złożonych procesach fizykochemicznych,
uzależnionych od szeregu elementarnych czynników, których usystematyzowanie
pozwala wpływać na kontrolowany przebieg procesu
natryskiwania i tym samym na strukturę i jakość metalurgiczną
formowanej powłoki. Pomimo wielu prac [1÷8] dość szczegółowo
opisujących złożone zjawiska procesu propagacji fali uderzeniowej
inicjującej detonację (reakcję "wybuchu chemicznego"), ciągle są
analizowane szczegółowe uwarunkowania sekwencyjnie następujących
po sobie zdarzeń w procesie DGS. Formowanie powłoki
natryskiwanej detonacyjnie przebiega w cyklicznie powtarzających
się zdarzeniach, przy każdym oddanym "strzale" działa detonacyjnego
pracującego zwykle z częstotliwością 2÷6 Hz [1]. Podstawowym
warunkiem świadomej kontroli procesu DGS jako sekwencji
powtarzalnych zjawisk występujących w każdym cyklu roboczym
jest znajomość tak istotnych parametrów, jak: współczynnik wypełnienia
komory spalania i właściwości energetyczne zastosowanej
gazowej mieszaniny detonacyjnej, położenie punktu inicjacji zapłonu,
masa pojedynczej porcji proszkowego wsadu oraz jego gęstość,
skład fazowy, temperatura topnienia, morfologia cząstek, położenie
i koncentracja strumienia cząstek proszku w lufie w momencie
detonacji oraz odległość wylotu lufy działa od podłoża. Po inicjacji
zapłonu produkty spalania rozprzestrzeniają się we wszystkich
kierunkach i po przekroczeniu określonej odległości krytycznej od
punktu zapłonu układ osiąga parametry produktów detonacji właściwe
dla ustalonej fali detonacyjnej. Główne z tych parametrów, tj.
temperatura, prędkość, ciśnienie i skład chemiczny, uwarunkowane
są przede wszystkim rodzajem użytej mieszaniny gazowej i to
one determinują położenie czoła fali detonacyjnej i strefy reakcji
chemicznej. Stąd też istotna jest znajomość charakterystyki energetycznej
gazu roboczego, jak również mieszaniny cząstek nat więcej »
Hardness and texture of Cu/Ni multilayers differing in Ni sublayer thickness
Multilayers of nanometric period thicknesses are characterized by
unique properties (magnetic, optical, mechanical etc.) resulting
from the presence of a large number of interfaces in such materials.
The properties of such multilayers can be completely different from
those of the multilayers in which the period thickness is in the order
of a micrometer, even if they are built of the identical components
[1, 2].
A great development of nanomaterial examination techniques
has taken place in recent years. X-ray techniques, transmission and
atomic force microscopy are most commonly used for examination.
A measurement method which is most often used for determining
the mechanical properties of nanomaterials is the microhardness
test. Recent studies have shown that multilayers attain the
maximum hardness when the thickness of their period is within the
range from several to some dozens nanometers. This extraordinary
property enables a number of potential application uses of multilayers
in the “engineering of future" [3÷6]. Notwithstanding the
fact that hardness represents an important material characteristic,
an increasingly greater weight is being attached to the most subtle
feature of the structure, that is the texture [7÷10].
The purpose of the study is to determine the effect of the Cu/Ni
multilayer texturing degree on mechanical properties, such as nanohardness
and Young’s modulus.
methodology and the material
The material used for tests were Cu/Ni multilayers fabricated on
a monocrystalline Si(100) silicon substrate by the magnetron deposition
method. The multilayers were differentiated by Ni sublayer
thickness Ni (1.2; 1.4; 1.5; 1.6; 2.5; 3.0 nm), while maintaining
a fixed Cu sublayer thickness of 2 nm. Each multilayer was built of
100 periods (Fig. 1). A period is the sum of the thicknesses of two
sublayers. The thickness of each in więcej »
Influence of manganese on the structure and morphology of hydroxyapatite coatings deposited using pulsed laser deposition technique
Waldemar Mróz Mirosław Bućko Sylwia Burdyńska JOANNA CZWARTOS Artur Prokopiuk Anna Ślósarczyk Tadeusz Wierzchoń
Materials on the basis of hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)(OH)2) can
be classify to materials with high biocompatibility to human bones
and teeth. The HA is a basic inorganic component of biological
tissues such as bones or teeth. This material is considered as the
most bioactive which can bond with living bone material. Therefore,
the HA was applied to orthopedic implants in order to promote
the growth of surrounding bone tissue [1]. The metallic prostheses
coated with HA combine good mechanical properties of the metal
and biocompatibility of the HA layer.
Calcium as well as other trace elements such as magnesium or
manganese are important for natural growth and metabolism of the
bone tissues [2, 3]. Manganese is an important element for osteogenesis
and its deficiency causes decreasing of thickness and length
of the bones [4]. Moreover, it was showed that divalent manganese
ions can promote better functionalization of HA surface [5, 6].
The HA layers can be deposited using different methods such as
sol-gel technique, plasma spraying or pulsed laser deposition (PLD)
[7]. Among these techniques the PLD is the most multipurpose
technique because it allows for precise control of crystalline structure,
stoichiometry, thickness or adhesion of deposited layer [8, 9].
The aim of this paper was to show the influence of manganese
additions in ablated target on chemical composition and structural
properties of deposited layer.
Materials and Methods
Three hydroxyapatite basic materials were used for deposition
of the coatings: the first one consisted of pure HA and the second
and third one consisted of HA doped with manganese. The
Mn-modified hydroxyapatite (MnHA) were prepared by coprecipitation
of manganese and calcium with PO4
3- ions (the content of Mn
was 0.1 wt % and 0.5 wt % respectively). All the layers were deposited
on Ti6Al4V titanium alloy which was previously subjected
to glow discharge nitriding process. This process enable więcej »
KrakówZastosowanie mieszania tarciowego materiału do obróbki warstwy wierzchniej wyrobu
Obróbka powierzchniowa polegająca na mieszaniu tarciowym
materiału FSP (Friction Stir Processing) została opracowana na
podstawie znanej od kilkunastu lat techniki FSW (Friction Stir Welding)
łączenia materiałów w stanie stałym bez udziału fazy ciekłej.
Technika FSW, tj. zgrzewanie tarciowe z mieszaniem materiału
zgrzeiny, została opracowana i opatentowana w Instytucie Spawalnictwa
(The Welding Institute TWI) w Cambridge w Wielkiej Brytanii
w 1991 r. i jest uważana za jedno z największych osiągnięć
w technice spajania materiałów w ostatnim dwudziestoleciu [1].
Zasada procesu FSW jest bardzo prosta. Rotujące narzędzie składające
się z kołnierza oporowego i trzpienia o znacznie mniejszej
średnicy wciśniętego między dociśnięte do siebie łączone elementy
jest przesuwane wzdłuż ich linii styku w momencie, gdy kołnierz
zaczyna naciskać na łączone elementy (rys. 1). Na skutek tarcia
między narzędziem i materiałem oraz mieszania i intensywnego
odkształcania plastycznego materiału wytwarzane jest ciepło prowadzące
do lokalnego wzrostu temperatury i zmięknięcia materiału
wokół trzpienia i pod kołnierzem.
Połączenie obrotu i przemieszczania się narzędzia powoduje
natomiast przemieszczanie się materiału z frontu do tyłu trzpienia
oraz wymieszanie materiału z sąsiednich obszarów wokół trzpienia.
Łączenie tą metodą zachodzi w stanie stałym, tj. w temperaturze
niższej niż temperatura topnienia łączonych elementów, a ilość
ciepła wydzielająca się podczas procesu jest znacznie mniejsza
niż podczas spawania tradycyjnego, co zmniejsza naprężenia wewnętrzne
oraz pozwala uniknąć tworzenia struktury dendrytycznej
oraz niekorzystnych faz, np. eutektyk. Mikrostruktura złącza utworzona
w wyniku dużego odkształcenia plastycznego i mieszania
materiału z jednoczesną rekrystalizacją dynamiczną jest drobnoziarnista
i zasadniczo pozbawiona wad wprowadzanych przez tradycyjne
spawanie.
Metoda FSW była i jest przedmiotem intensywnych badań od
20 lat. W Polsc więcej »
Kształtowanie struktury kompozytowych powłok Al-AlN na stali martenzytycznej metodą Arc-PVD
Rozwój współczesnej nauki i techniki stawia stale rosnące wymagania
wykorzystywanym materiałom. Coraz wyższa temperatura,
złożone obciążenia, eksploatacja pojedynczych elementów jak
i całych konstrukcji w warunkach agresywnych środowisk, stwarzają
konieczność ulepszania istniejących i opracowania nowych
materiałów konstrukcyjnych. Materiały takie muszą odznaczać się
dobrymi właściwościami fizykochemicznymi, eksploatacyjnymi
oraz łatwością wytwarzania [1]. Przy doborze odpowiednich materiałów,
już na etapie projektowania, bardzo ważną rolę odgrywają
również odpowiednio dobrane, zaawansowane powłoki ochronne,
które znacznie poszerzają możliwości nawet najnowocześniejszych
stali i stopów. Zwłaszcza nowoczesne metody PVD pozwalają na
otrzymywanie wielu typów powłok ochronnych o odpowiednio
dobranych, wzajemnie uzupełniających się właściwościach, takich
jak: właściwości mechaniczne, odporność korozyjna, odporność na
zużycie, co znacznie rozszerza zakres ich zastosowania [2÷4]. Uzasadnia
to podejmowanie badań nad wytwarzaniem powłok o charakterze
anodowym, np: AlZn, AlTi, Al, powłok gradientowych
oraz kompozytowych, składających się z faz Al i AlN, dla elementów
wykonywanych ze stali [5].
Powłoki na bazie aluminium są potencjalnymi powłokami do
ochrony protektorowej stali. Są one również planowane jako zamienniki
powłok kadmowych wytwarzanych w procesach galwanicznych.
Procesy te są eliminowane z przemysłu głównie ze
względu na dużą szkodliwość kadmu i procesu technologicznego
kadmowania na zdrowie ludzi i dla środowiska naturalnego. Dlatego
poszukuje się zarówno nowych powłok, jak i procesów o wysokiej
czystości ekologicznej, które mogłyby zastąpić proces kadmowania.
Od kilku lat podejmowane są próby otrzymywania powłok na
bazie azotku aluminium i to zarówno za pomocą technologii CVD,
jak i PVD [6, 7]. Prowadzi się również badania nad otrzymywaniem
aluminiowych materiałów kompozytowych umacnianych cząstkami
ceramicznymi, również więcej »
Kształtowanie technologicznej warstwy wierzchniej pierścieni tłokowych silnika spalinowego za pomocą ablacyjnej mikroobróbki laserowej
W przypadku ograniczonego smarowania pary tribologicznej pojawia
się wysokie tarcie pomiędzy współpracującymi powierzchniami
z powodu miejscowego przerwania filmu smarowego. Funkcjonowanie
systemu tribologicznego można poprawić przez dobór
odpowiednich materiałów na elementy skojarzeń, optymalizację topografii
powierzchni, a także zmniejszenie tarcia przez odpowiednie
wytworzenie tekstury powierzchni współpracujących ze sobą
elementów skojarzenia tribologicznego. Do procesów teksturowania
warstwy powierzchniowej (WP) elementów maszyn mogą być
zastosowane m.in. metody: mechaniczne (polerowanie, docieranie,
szlifowanie, obróbka ultradźwiękowa), wiązkowe (laserowa, elektronowa
itp.) [1÷5].
Siły tarcia i zużycie pary tribologicznej można zmniejszyć,
wprowadzając selektywnie mikrostrefy na powierzchniach współpracującej
pary tribologicznej. Z jednej strony wytworzone mikrostruktury
powinny działać jak pułapki na cząstki ścierne, z drugiej
strony powinny one zapewnić dostawę czynnika smarnego, działając
jako zbiorniki płynu smarującego. Przykładem tego jest czołowa
i boczna powierzchnia pierścienia tłokowego uszczelniającego
poddana modyfikacji laserowej.
Badania efektów teksturowania laserowego prowadzone w wielu
ośrodkach na świecie wykazały zwiększoną grubość filmu olejowego
pomiędzy pierścieniem tłoka i cylindrem, a tym samym
znaczne zmniejszenie intensywności zużycia współpracujących
elementów. Ponadto zamknięte mikrozasobniki oleju mogą spełniać
funkcję mikrołożyska. W procesie współpracy dwóch powierzchni
w mikrozasobnikach następuje ściskanie czynnika smarowego
i wytwarzanie ciśnienia, skutkiem czego jest powstanie smarowania
hydrostatycznego. Wytworzona laserowo mikrostruktura może
pozytywnie wpływać na powstawanie hydrodynamicznego filmu
olejowego. Rodzaj tekstury powierzchni (np. półczasze, rowki), ich
geometria i rozmieszczenie odgrywają bardzo istotną rolę w procesach
tribologicznych [2÷5].
W większości przypadków od więcej »
Kształtowanie właściwości stali WCL metodą azotowania jarzeniowego
Ważnym aspektem inżynierii materiałowej jest projektowanie
i wytwarzanie materiałów o coraz lepszych właściwościach. Jest
to konieczne ze względu na powstawanie nowoczesnych technologii,
przez co materiał jest narażony na coraz bardziej ekstremalne
warunki pracy. Przykładem takiego materiału jest stal narzędziowa
do pracy na gorąco, która musi spełnić bardzo wysokie wymagania
w czasie eksploatacji. Jednym z najczęściej używanych gatunków
tych stali jest stal X37CrMoV5-1 (WCL), która była przedmiotem
tej pracy. Jest to stal chromowo-molibdenowa mająca dobrą odporność
na zmęczenie cieplne i na odpuszczanie oraz na ścieranie
w podwyższonej temperaturze, a także dobrą ciągliwość i przewodność
cieplną [1]. Znajduje zastosowanie jako: elementy form do
odlewania pod ciśnieniem stopów metali nieżelaznych, części pras
do wyciskania stopów miedzi i metali lekkich, noże do cięcia na gorąco,
walce do walcowania miedzi na gorąco, wkładki matrycowe,
tłoczniki, stemple, trzpienie i przebijaki [1]. Szczególnie matryce
do kucia na gorąco wytwarzane ze stali WCL są narażone na intensywne
obciążenia mechaniczne i cieplne. Głównym wymogiem
stawianym dla takich matryc jest duża odporność na ścieranie oraz
pękanie [2]. Badania matryc po obróbce azotowania w 560°C wykazały
wyraźnie zwiększoną odporność na ścieranie, a tym samym
ich trwałość eksploatacyjną [2]. W literaturze światowej obserwuje
się zainteresowanie azotowaniem gazowym [3], jak i jarzeniowym
[2, 4÷6] stali przeznaczonych na matryce do kucia na gorąco.
Wszyscy autorzy są zgodni, że procesy azotowania zdecydowanie
zwiększają twardość oraz odporność na ścieranie. Prowadzone
w ostatnich latach badania wskazują na możliwość wytwarzania
warstwy azotowanej na stali WCL, jako podłoża dla powłok fosforanów
cynku, osadzanych w procesie fosforanowania chemicznego.
W pracy [7] wykazano, że wytworzona w procesie azotowania
jarzeniowego na powierzchni stali WCL warstwa typu azotki żelaza
Fe4N i Fe3 więcej »
Laserowe nanoszenie znaków barwnych na podłoża ceramiczne
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 »
Laserowe teksturowanie płaszcza tłoka silnika spalinowego
W silniku spalinowym tłok spełnia wiele odpowiedzialnych zadań.
Jego denko stanowi ruchomą część komory spalania, jest więc narażone
na duże ciśnienie i wysoką temperaturę. Ciśnienie osiąga
7÷15 MPa, natomiast temperatura 250±500°C. Ukształtowanie
tłoka musi zapewniać odprowadzenie ciepła z denka, pozwolić
na uchwycenie i prowadzenie uszczelniających pierścieni tłokowych,
zamyka także komorę spalania. Poza tymi zadaniami, tłok
musi jeszcze spełniać dodatkowe warunki. Powinien być możliwie
lekki, ponieważ to ułatwia wyrównoważenie układu korbowego
oraz zmniejsza obciążenie silnika wywołane siłami bezwładności.
Płaszcz tłoka ma za zadanie prowadzenie tłoka w cylindrze oraz
odprowadzenie ciepła do gładzi. Ponadto materiał, z którego wykonany
jest tłok, musi mieć duży współczynnik przewodzenia ciepła,
dużą odporność na ścieranie, dostateczną wytrzymałość w podwyższonej
temperaturze, dobre właściwości ślizgowe i mały współczynnik
rozszerzalności. Trudne warunki pracy tłoka powodują,
że wymagania stawiane materiałom na tłoki są bardzo różnorodne.
Materiały stosowane w produkcji tłoków można podzielić na następujące
grupy: żeliwa niestopowe i stopowe, stopy aluminium,
staliwa specjalne i materiały kompozytowe.
Głównym sposobem wytwarzania tłoków jest ich odlewanie
w formach piaskowych lub metalowych. Odlewanie w formach
metalowych (kokilach), stosowane dla stopów lekkich, umożliwia
uzyskanie bardziej drobnoziarnistej struktury materiału oraz lepszych
właściwości wytrzymałościowych. Stosuje się również tłoki
kute.
Kucie wywołuje również korzystne zmiany w strukturze materiału,
w tym rozdrobnienie oraz zaokrąglenie ziaren [1].
Siły tarcia i zużycie pary tribologicznej można zmniejszyć,
wprowadzając selektywnie mikrostrefy na powierzchniach współpracującej
pary tribologicznej. Z jednej strony wytworzone elementy
warstwy powierzchniowej p więcej »
Mechanizm niekonwencjonalnego azotowania jarzeniowego stali austenitycznej X2CrNiMo17-12-2
Azotowanie jest wciąż atrakcyjną metodą inżynierii powierzchni
umożliwiającą poprawę właściwości mechanicznych i użytkowych
elementów konstrukcyjnych i części maszyn, przede wszystkim ich
twardości i wytrzymałości, odporności na zużycie w warunkach tarcia
oraz odporności korozyjnej [1].
Modyfikowanie warstwy powierzchniowej stali austenitycznych
w procesie azotowania gazowego w dużym stopniu utrudnia
ich skłonność do pasywacji. Tworzą się zwarte warstwy tlenkowe
Cr2O3 hamujące dyfuzję atomów innych pierwiastków w głąb warstwy.
Dlatego w procesie azotowania gazowego tych materiałów
jest stosowany zabieg usuwania tej warstwy tlenków w celu aktywacji
powierzchni.
Proces azotowania w warunkach wyładowania jarzeniowego
pozwala na wytwarzanie warstw o lepszej jakości niż po konwencjonalnym
azotowaniu gazowym [2]. Ponadto azotowanie jarzeniowe
umożliwia usunięcie warstw tlenkowych utrudniających
dyfuzję azotu już w początkowym etapie tego procesu, eliminując
jednocześnie konieczność wstępnej aktywacji powierzchni [3].
Aktywacja powierzchni przez rozpylanie katodowe jest połączona
z jej bombardowaniem niskoenergetycznymi jonami. Energia tych
jonów musi być większa od energii progowej rozpylania atomów
powierzchniowych [4].
Azotowanie jarzeniowe stali austenitycznej w temperaturze powyżej
500°C powoduje zmniejszenie stężenia chromu, zdecydowanie
pogarszając odporność korozyjną [5]. Dlatego proces azotowania
jarzeniowego stali austenitycznej prowadzi się w temperaturze
poniżej 500°C [6].
W Instytucie Inżynierii Materiałowej Politechniki Częstochowskiej
prowadzone są badania niskotemperaturowego azotowania
materiałów metalicznych, między innym stali austenitycznych w warunkach
wyładowania jarzeniowego prądu stałego. Analiza dotychczas
uzyskanych wyników badań umożliwiła zaproponowanie modelu
i mechanizmu azotowania jarzeniowego stali austenitycznej
X2CrNiMo17-12-2 w różnych obszarach wyładowania jarzeniowego
prądu stałego w odniesien więcej »
Metoda korekcji współczynnika przenoszenia węgla
Nawęglanie stali w atmosferach endotermicznych wzbogacanych
gazem ziemnym lub propanem w celu wytworzenia wysokiego potencjału
węglowego jest nadal najczęściej stosowanym procesem obróbki
cieplno-chemicznej [1, 2]. Własności elementów nawęglanych
zależą od rozmieszczenia węgla na przekroju warstwy nawęglonej,
które ma wpływ na profil twardości, naprężeń własnych i zawartość
austenitu szczątkowego. Dlatego możliwość prognozowania rozmieszczenia
węgla w warstwach ma duże znaczenie dla technologów.
Podstawowymi parametrami decydującymi o kinetyce nawęglania
jest temperatura, potencjał węglowy atmosfery i wartość współczynnika
przenoszenia węgla atmosfery. Wartość tego współczynnika
ma wpływ na szybkość transportu atomów węgla z atmosfery
do metalu i dlatego ma istotny wpływ na kinetykę tworzenia warstwy
nawęglonej. Ze zwiększeniem wartości współczynnika przenoszenia
stężenie węgla na powierzchni rośnie szybciej z czasem
nawęglania i w efekcie uzyskuje się grubsze warstwy nawęglone
[3]. Współczynnik przenoszenia wyznaczono metodą nawęglania
folii wykonanych z czystego żelaza lub stali o małej zawartości
węgla dla wielu typów atmosfer stosowanych do nawęglania. Opublikowane
wyniki pokazują ścisły związek między wartością tego
współczynnika i składem chemicznym atmosfery [4, 5].
Wyznaczone wartości współczynnika przenoszenia węgla zależą
od grubości folii zastosowanej do badań. W celu zbadania wpływu
grubości folii na wynik pomiaru Sobusiak przeprowadził proces nawęglania
folii o różnej grubości w temperaturze 900°C w atmosferze
wytworzonej z metanolu [6]. Na podstawie tych badań wykazał,
że wielkość zmierzonego współczynnika przenoszenia maleje wraz
z grubością folii stosowanej do badań. A zatem im cieńsza jest folia
zastosowana do pomiarów, tym dokładnej zmierzony współczynnik
opisuje szybkość reakcji na granicy atmosfera-stal.
Dlatego w pracy przeprowadzono symulację komputerową nawęglania
folii w celu ustalenia czynników wpływa więcej »
Metoda wytwarzania masywnych stopów amorficznych na bazie metali przejściowych grupy 3d o wysokiej mikrotwardości
Przez ostanie kilkanaście lat w liczących się jednostkach naukowych,
jak również w laboratoriach największych koncernów przemysłowych,
opracowano wiele metod umożliwiających otrzymywanie
masywnych materiałów amorficznych oraz materiałów
amorficznych w postaci cienkiej taśmy. Do najpopularniejszych
technik wytwarzania materiałów amorficznych należy zaliczyć metody:
jednokierunkowego zestalania ciekłego stopu na miedzianym
wirującym walcu [1, 2], metodę zasysania oraz wtłaczania ciekłego
stopu do miedzianej schładzanej formy [3÷5]. Pierwsza z metod
polega na ultraszybkim zestaleniu ciekłego stopu wytryskiwanego
z kwarcowej kapilary na miedziane, obracające się z dużą częstotliwością
koło W przypadku drugiej i trzeciej metody zakrzepnięcie
ciekłego stopu z pominięciem etapu krystalizacji odbywa się w sposób
radialny, odpowiednio przez jego zassanie lub wtłoczenie do
miedzianej schładzanej formy. Stosując metodę jednokierunkowego
chłodzenia ciekłego stopu na wirującym kole, w której szybkość
chłodzenia ciekłego stopu wynosi 104÷106 K/s, otrzymuje się jedynie
cienkie taśmy o grubości kilkudziesięciu mikrometrów, zwane
potocznie klasycznymi materiałami amorficznymi. Konieczność
stosowania tak dużych szybkości chłodzenia znacznie ograniczało
możliwości technologiczne produkowania masywnych materiałów
amorficznych za pomocą innych metod. Przełom w otrzymywaniu
BMG (Bulk Metallic Glasses) nastąpił w 1989 roku, kiedy A. Inoue
z Uniwersytetu w Tohito zaproponował trzy empiryczne kryteria,
których przestrzeganie umożliwiało regularne wytwarzanie BMG
[6]. Z założeń tych wynikało, że do otrzymania BMG niezbędna
jest wieloskładnikowa budowa stopu, w którym promienie atomowe
głównych składników powinny się różnić o więcej niż 12% i dodatkowo
charakteryzować się ujemnym ciepłem mieszania.
Pierwsze masywne stopy amorficzne, w których głównym składnikiem
było żelazo wytworzono w systemach Fe-(Nb, Mo)-(Al,
Ga)-(P, C, B, Si, Ge) [7] w 1995 roku. więcej »
Mikrostruktura i własności powłoki ze stopu Ni na rurach kotłowych ze stali P235GH
Obecnie trwałość elementów najbardziej narażonych na korozję
podczas spalania odpadów w kotle zwiększa się przez napawanie
powłok ze stopów niklu [1]. Napawanie jest procesem nanoszenia
warstwy materiału na powierzchnię wyrobów metodami spawalniczymi.
Powłoki nanoszone przez napawanie w porównaniu z powłokami
nanoszonymi innymi metodami charakteryzują się silnym
metalurgicznym połączeniem z metalowym podłożem ze względu
na przetopienie materiału nanoszonego i warstwy podłoża. Ponadto
względnie łatwo można wytworzyć warstwę niezawierającą porów
i innych wad. W warstwie napawanej, ze względu na przetopienie
podłoża, występuje ciągła zmiana składu chemicznego w kierunku
od powierzchni do wnętrza. Nie występuje wyraźna granica rozdziału
między warstwą wierzchnią a podłożem. Do nanoszenia
warstw przez napawanie stosuje się metody spawania: gazowego
(płomieniowego), łukowego, wiązką lasera lub elektronów [2].
Nową techniką napawania łukowego opracowaną w 2002 r.
przez austriacką firmę Fronius jest tzw. Cold Metal Transfer (CMT)
[3÷5]. Jest to metoda spawania z impulsowym podawaniem drutu,
w której znacznie obniżono temperaturę łuku w porównaniu z tradycyjnym
procesem spawania łukiem zwarciowym. W metodzie
CMT drut jest przesuwany w kierunku podłoża do pojawienia się
zwarcia. Następnie drut jest odciągany. Kiedy zwarcie zaniknie drut
porusza się ponownie w kierunku podłoża i proces rozpoczyna się
od początku.
Charakterystyczną cechą metody CMT jest to, że przenoszenie
metalu odbywa się przy małym prądzie, co spra więcej »
Mikrostruktura i właściwości dyfuzyjnych warstw wierzchnich NiAl
Uszkodzenia elementów konstrukcyjnych i elementów maszyn
w większości przypadków zarodkują na powierzchni lub w warstwie
wierzchniej. Struktura powierzchni jak i fizykochemiczne
i mechaniczne własności warstwy wierzchniej są newralgicznym
czynnikiem decydującym o trwałości gotowego wyrobu. Stąd bardzo
duży nacisk kładzie się na rozwój technologii obróbki i modyfikacji
własności warstwy wierzchniej.
Fazy międzymetaliczne metali przejściowych (Fe, Ti, Ni) z aluminium
są przedmiotem wszechstronnych badań i stanowią potencjalny
obszar poszukiwania nowych materiałów. Materiały te
mają m.in. dużą wytrzymałość, dobrą odporność na korozję w środowisku
agresywnym, ale przede wszystkim wysoką odporność
na ścieranie. Uporządkowany układ atomów w sieci krystalicznej
wpływa korzystnie na ich stabilność strukturalną i właściwości mechaniczne
w wysokiej temperaturze [1÷3]. Aluminki niklu (Ni3Al,
NiAl i Ni5Al3), aluminki żelaza (FeAl oraz Fe3Al) charakteryzuje
również stosunkowo mała gęstość 5,3÷6,3 Mg∙m-3, czyli o około
30% mniejsza niż gęstość stali i superstopów przeznaczonych do
pracy w podwyższonej temperaturze [1÷4]. Jednak największą zaletą
związków międzymetalicznych tego typu jest ich niski koszt
wytwarzania. Niestety wciąż nie osiągnięto ważnego celu jakim jest
ich uplastycznienie.
Pomimo pewnych wad, aluminki niklu i żelaza są często stosowane
na elementy konstrukcji do pracy w temperaturze do 800°C
ze względu na ich niską cenę, dobrą odporność korozyjną i łatwą
formowalność na gorąco. Diagram fazowy Ni-Al (rys. 1) p więcej »
Mikrostruktura i właściwości powłoki nc-WC/a-C na stali szybkotnącej HS-6-5-2
Grzegorz Cempura Tomasz moskalewicz Sławo mirzimowski bogdan wendler Aleksandra czyrska -filemonowicz
Jednym ze sposobów zwiększenia wydajności oraz trwałości części
maszyn jest obniżenie współczynnika tarcia współpracujących ze
sobą elementów (np. przekładni zębatych lub łożysk). Tendencja do
podnoszenia sprawności może powodować duże obciążenia tribologiczne
materiału. Odporność na zużycie przez tarcie można poprawić
przez wytworzenie odpowiedniej warstwy powierzchniowej
na silnie obciążonych elementach [1, 2]. W ostatnich latach w celu
zmniejszenia współczynnika tarcia wytwarza się powłoki nanokompozytowe
zbudowane z nanokrystalicznych węglików w amorficznej
osnowie węgla [3, 4]. Perspektywiczną metodą wytwarzania
takich powłok jest rozpylanie magnetronowe [4].
Celem badań przeprowadzonych w pracy była charakterystyka
mikrostruktury powłoki nc-WC/a-C wytworzonej na stali szybkotnącącej
HS-6-5-2 oraz ocena właściwości tribologicznych i mikromechanicznych,
jak również przyczepności powłoki do podłoża.
Materiał i Zakres Badań
Badania wykonano na stali HS6-5-2 (skład chemiczny stali według
normy podano w tabeli 1).
Stal HS6-5-2 obrobiono cieplnie w następujący sposób: nagrzewanie
do hartowania do temperatury 1150°C z dwoma przystankami
po 5 minut w temperaturze 550°C oraz 850°C, następnie wygrzewanie
w temperaturze 1150°C przez 15 minut oraz hartowanie
w oleju. Po zahartowaniu próbki zostały odpuszczone w temperaturze
550°C przez 1 godzinę, a następnie ochłodzone wraz z piecem.
Na tak obrobionej stali wytworzono powłokę nc-WC/a-C za pomocą
rozpylania magnetronowego.
Badania mikrostruktury powłoki przeprowadzono za pomocą
mikroskopii świetlnej (LM), skaningowej mikroskopii elektronowej
(SEM) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM).
Do badań LM użyto mikroskop AxioIMAGER M1m firmy Zeiss.
Badania SEM przeprowadzono za pomocą mikroskopu NEON
1540EsB firmy Zeiss wyposażonego w spektrometr promieniowania
rentgenowskiego Quantax 200 firmy Bruker. Badania TEM
wykonano za pomocą mikroskopu JEOL JEM-2010ARP. Cienkie
lamele więcej »
Mikrostruktura warstw aluminidkowych modyfikowanych proszkiem NiCrAlY uzyskiwanych metodą zawiesinową na stopie Re 80
W celu ochrony powierzchni łopatek turbin silników lotniczych oraz
energetycznych wykonanych z nadstopów niklu przed utleniającym
działaniem spalin są stosowane dyfuzyjne warstwy aluminidkowe
[1]. Najpowszechniej stosowaną dotychczas metodę stanowiło
aluminiowanie w proszkach (Pack Cementation). Polegało ono na
umieszczaniu elementów w metalowym kontenerze i zasypywaniu
proszkiem zawierającym aktywny proszek - źródło aluminium oraz
obojętny wypełniacz i halogenkowy aktywator. Proces prowadzono
w atmosferze ochronnej argonu w piecu komorowym [2]. Rozwój
konstrukcji silników lotniczych - opracowanie łopatek turbin z wewnętrznymi
kanałami chłodzącymi - spowodował rozwój nowych
metod aluminiowania. Obecnie w technice lotniczej są stosowane
metody gazowe (Out of Pack, Gas Phase Aluminizing). W tej metodzie
łopatki są umieszczane nad proszkiem lub granulami zawierającymi
aluminium. Jako aktywator jest stosowany najczęściej fluorek
aluminium. Aluminiowanie jest prowadzone w piecu retortowym
w temperaturze 900÷1050°C przez 2 godziny w ochronnej atmosferze
argonu lub wodoru [3]. Najnowocześniejszą metodą otrzymywania
warstw aluminidkowych jest metoda chemicznego osadzania
z fazy gazowej - CVD (Chemical Vapour Deposition). W odróżnieniu
od innych metod aluminiowania gazowego w procesie CVD
halogenkowy nośnik Al - chlorek aluminium jest wytwarzany w zewnętrznym
generatorze na skutek reakcji pomiędzy chlorowodorem
a granulami aluminium. Powstający gaz jest wprowadzany do retorty,
w której znajdują się pokrywane elementy [4]. Dalszy rozwój
metod dyfuzyjnego aluminiowania jest ukierunkowany na stosowanie
modyfikacji powłok aluminidkowych innymi pierwiastkami -
cyrkonem, hafnem, palladem, platyną i krzemem [5, 6].
Od kilkudziesięciu lat poza przedstawionymi metodami wytwarzania
warstw aluminidkowych jest stosowana metoda zawiesinowa.
Polega ona na nanoszeniu organicznej lub nieorganicznej zawiesiny
zawierającej proszek aluminium na powierzc więcej »
Mikrostruktura warstwy azotowanej jarzeniowo na stopie Inconel 600
W ostatnich latach obserwuje się bardzo szybki rozwój przemysłu
chemicznego, motoryzacyjnego, lotniczego oraz medycznego,
co sprawia, że stawia się coraz większe wymagania materiałom
konstrukcyjnym i funkcjonalnym stosowanym w tych gałęziach
przemysłu. Dzięki swoim unikatowym właściwościom, takim jak
odporność korozyjna w wysokiej temperaturze, plastyczność, paramagnetyzm,
coraz szerzej stosowanymi materiałami są stopy niklu
[1÷4]. Dobrą odporność korozyjną materiały te zawdzięczają
zwiększonej zawartości chromu umożliwiającej tworzenie warstwy
pasywnej, chroniącej przed działaniem agresywnych środowisk korozyjnych
[5]. Stopy niklu, np. Inconel 600, stosowane są do wyrobu
aparatury chemicznej pracującej w agresywnych ośrodkach
i wysokiej temperaturze (armatura, pompy, zbiorniki), w wytwornicach
pary w elektrowniach jądrowych, w silnikach lotniczych, na
kompensatory cieplne w motoryzacji, na elementy pieców przemysłowych
(wnętrza komór i retorty), urządzenia do chloryzacji oraz
urządzenia do alkalizacji w papierniach, a także na instrumentarium
medyczne [6÷8]. Warunki pracy elementów w przedstawionych zastosowaniach
wymuszają konieczność stosowania materiałów o odpowiedniej
twardości i odporności na zużycie przez tarcie. Obecnie
stosowane stopy niklu nie spełniają oczekiwanych wymagań w tym
zakresie [8, 9]. Właściwości te mogą zostać poprawione przez zastosowanie
technik inżynierii powierzchni, m.in. proces azotowania
jarzeniowego [10]. Ta technologia pozwala uzyskać kilkakrotnie
większą twardość powierzchni stopu niklu, która wiąże się ze
znacznie lepszą odpornością na zużycie przez tarcie. Warstwy azotowane
na stopach typu Inconel charakteryzują się również dobrą
odpornością korozyjną w agresywnych środowiskach chlorkowych
[11]. Należy zaznaczyć, że proces ten zastosowany w obróbce stopu
niklu Inconel 625 zawierającym ponad 20% mas. Cr umożliwił
zwiększenie trwałości tzw. dysków rozwłókniających szkło o 80%
(badania przeprow więcej »
Mikrotruktura powłok Zn7Al3Cu poddanych oddziaływaniu środowiska korozyjnego
Stopy typu Zn-Al są znane i stosowane od lat. Pierwszym stopem,
jaki znalazł zastosowanie, był stop o nazwie handlowej ZAMAK
[1]. Spośród stopów Zn-Al zastosowanie znalazły przede wszystkim
stopy ZA-8, ZA-12, ZA-22 i ZA-27 o zawartości aluminium
odpowiednio 8, 12, 22 i 27%. Stopy Zn-Al są stosowane przede
wszystkim ze względu na swoje właściwości tribologiczne, jako
tworzywo alternatywne dla brązów, żeliw i stopów aluminium w łożyskach
oraz jako materiał konstrukcyjny [2, 3]. Korzystne rezultaty
przynosi zastosowanie stopów Zn-Al na łożyska narażone na
duże obciążenia pracujące m.in. w górnictwie, frezarkach, wyciągach
linowych itp. Szczególnie interesujące, ze względu na swoje
właściwości, są stopu typu Zn-22Al-3Cu oraz Zn-7Al-3Cu.
Stopy typu Zn-Al-Cu charakteryzują się szeregiem korzystnych
właściwości, do których można zaliczyć: niską temperaturę topnienia,
dobrą lejność, właściwości nadplastyczne, dużą wytrzymałość
i twardość, dobrą wytrzymałość zmęczeniową, małą gęstość, mały
współczynnik tarcia, małą szybkość zużycia, niski koszt wytworzenia.
Do wad tych stopów można zaliczyć małą wytrzymałość na
pełzanie i trwałość wymiarową podczas obróbki cieplnej, niewystarczającą
odporność na korozję [4, 5]
Prowadzone przez autorów badania wskazują, że stopy Zn-Al-Cu
mogą być również bardzo dobrym materiałem do wytwarzania powłok
ochronnych, alternatywnych dla powłok cynkowych oraz powłok
Zn-5Al typu "Galfan". Badane powłoki Zn-Al-Cu wykazywały
większą odporność na korozję w środowisku 3,5% NaCl niż
badane porównawczo powłoki typu "Galfan" [6, 7].
Mikrostruktura powłoki jest czynnikiem determinującym jej
odporność na korozję elektrochemiczną. W strukturze stopów Zn-
-Al-Cu mogą występować: wysokotemperaturowa faza β bogata
w cynk, fazy α i η bogate w cynk i aluminium, stabilne w temperaturze
pokojowej, stabilna powyżej 268°C faza ε o strukturze
heksagonalnej oraz faza Tʹ - stop trójskładnikowy [8].
W tempe więcej »
Modelling of melt-spinning process of amorphous tapes using the artificial neural networks (ANN)
The first commercial scale production of amorphous materials was
started in 1979 by Allien Chemical Corporation. Obtained amorphous
tapes had a thickness range of 30÷50 μm and width at about
ten-odd mm. The another metallic glass tapes are produced in Germany
(Vacuumschmelze) and Japan (Hitachi Metals) [1].
The tapes with thickness range of 50÷100 μm and width from 2
to 5 mm are made in Institute of Physics, Czestochowa University
of Technology. The melt-spinning method is used for moulding.
In order to produce amorphous tapes it is crucial to accurately
prepare the alloy for moulding. The substrate elements must to have
a high chemical purity. The chemical constitution of molten alloy
includes transition metals, for example Fe, Ni, Co or their combinations,
and semi-metals, for example B, P, C, Si or their combinations.
It’s very important, that the chemical constitution of alloy
includes about 70÷80% of semi-metal, for example iron [2]. Selection
of proper chemical composition of alloy minimizes possibility
of material crystallization.
To obtain amorphous materials the following conditions must
be satisfied:
-- prepared alloy is composed of more than three elements,
-- variation in atomic radius of elements in the alloy exceed 12%,
correct packing of atoms is allowed,
-- the main components of the alloy are characterized by negative
heat of mixing, which influences viscosity of the obtained material
[3].
Fundamental problem of process is getting of high cooling velocity,
in order to glass transition of material. Satisfying all above
conditions causes a cooling velocity range of 10-1÷103 K/s. Moreover,
that cooling velocity for amorphous tapes produced by using
melt-spinning method (one-direction cooling alloy into rotating
copper drum) is contained in range from 104 to 106 K/s [3].
Production of amorphous tapes by melt-spinning method depends
on chemical constitution of the alloy, and is carried out in
ine więcej »
Modelowanie ewolucji stanów naprężeń w wielowarstwowej powłoce CrN/Cr za pomocą MES
Obecnie istnieje duże zainteresowanie ośrodków przemysłowych
i badawczych projektowaniem i optymalizacją procesów nakładania
powłok przeciwzużyciowych metodami PVD na narzędzia do obróbki
drewa i metalu [1÷5]. Istotnym komponentem w opracowaniu
inteligentnego systemu sterowania procesami PVD jest znajomość
dynamiki stanów naprężeń występujących w nakładanej powłoce.
Istnieje szereg publikacji dotyczących pomiarów i symulacji numerycznych
stanów naprężeń występujących w powłokach w trakcie
i po procesie nanoszenia metodami PVD [6÷9], jednakże ze względu
na bogactwo zjawisk fizycznych i chemicznych towarzyszących
tym procesom tematyka ta ciągle pozostaje otwarta. Szczególnym
zainteresowaniem cieszą się powłoki wielowarstwowe, które mogą
być wysoce efektywne z punktu widzenia zwiększenia adhezji,
twardości czy stabilności termicznej.
Modelowana powłoka wielowarstwowa składa się z 7 modułów
CrN/Cr. Grubości warstwy CrN i Cr w każdym module wynoszą
odpowiednio 340 nm i 170 nm. Szczegółowy opis modeli matematycznych
i fizycznych powstawania naprężeń wewnątrz rozważanych
powłok po procesie nanoszenia metodami PVD można
znaleźć na przykład w pracach [1, 5, 8]. Dodatkowo postuluje się
występowanie ciągłej zmiany parametrów fizycznych poszczególnych
warstw powłoki za pomocą sigmoidalnej funkcji przejścia
[1]. W zaproponowanym modelu powłoki występuje 7 modułów
CrN/Cr, co prowadzi do 13 funkcji przejściowych postaci:
f P P P e
f P P P
i x a
j
i
Cr CrN Cr CrN Cr
CrN Cr CrN Cr C
→
- ( - ) -
→
= + ( - )( + )
= + -
1
β 1
rrN ( )( + - ( - ) )-
1
1
e x aj β
(1)
gdzie: i = 1, 3, .., 13, j = 2, 4, ..., 14. PCr i PCrN oznaczają odpowiednio
parametry fizyczne warstwy chromu i azotku chromu, ai
i aj długości wektorów translacji. Dziedziny funkcji przejścia są dla
rozważanej geom więcej »
Modyfikacja tworzyw elastomerowych za pomocą wiązek jonów
Modyfikacja powierzchni materiałów pozwala na połączenie odmiennych
własności rdzenia i warstwy wierzchniej materiałów, co
umożliwia konstruowanie nowych tworzyw o unikatowych własnościach.
Koncepcja ta jest znana i stosowana od lat do obróbki
metali. Od pewnego czasu pomysł ten znalazł zastosowanie również
do modyfikacji takich tworzyw jak ceramiki czy polimery.
W tym ostatnim przypadku badania skoncentrowane były głównie
na zastosowaniach biomedycznych [1]. Modyfikację powierzchni
stosowano również do elastomerów, aczkolwiek dostępne metody
opierały się głównie na wykorzystaniu technik chemicznych, np.
sulfonowania czy jodowania. W przypadku zaawansowanych elastomerów
wieloskładnikowych modyfikacja chemiczna okazała się
mało skuteczna, głównie ze względu na niejednorodność modyfikacji
i trudności w uzyskaniu korzystnych zmian własności funkcjonalnych.
Atrakcyjną alternatywą dla metod chemicznych okazało
się natomiast zastosowanie wysokoenergetycznych wiązek jonów.
W pierwszej kolejności stwierdzono [2, 3], że możliwe jest uzyskanie
interesujących zmian własności funkcjonalnych, głównie redukcji
współczynnika tarcia. Efekt ten uzasadnił celowość podjęcia
bardziej szczegółowych prac nad zbadaniem wpływu implantacji
na własności strukturalne elastomerów i wyjaśnienia obserwowanych
zmian własności funkcjonalnych.
Celem pracy jest opis aktualnego stanu wiedzy o efektach wywoływanych
przez implantację jonów w elastomerach i określenie
obszaru potencjalnie atrakcyjnych zastosowań tej metody.
MODYFIKACJA WŁASNO ŚCI STRUKTURALNYCH
Uwalnianie wodoru
Dominującym efektem strukturalnym w elastomerach poddanych
procesowi bombardowania jonowego jest ucieczka wodoru z warstwy
wierzchniej materiału. Na rysunku 1 zaprezentowano wyniki
pomiarów zawartości wodoru w kauczuku nitrylowym NBR poddanym
bombardowaniu rosnącymi dawkami jonów helu o energii
160 keV.
Pomiary zawartości wodoru wykonano metodą rezonansowej re więcej »
Modyfikacja warstwy wierzchniej stopów magnezu za pomocą metody GTAW
Powierzchnia materiałów konstrukcyjnych poddawana jest bardzo
często zabiegom obróbki cieplnej czy cieplno-chemicznej, mającym
na celu poprawę ich własności użytkowych. Zagadnieniami
wytwarzania i modyfikowania warstw powierzchniowych zajmuje
się dziedzina nauki, jaką jest inżynieria powierzchni. Wśród
narzędzi umożliwiających modyfikowanie warstwy wierzchniej
ważną pozycję zajmują techniki laserowe, czego dowodem mogą
być liczne publikacje zarówno w czasopismach krajowych, jak
i zagranicznych [1÷10]. Niewątpliwą zaletą obróbki powierzchniowej
realizowanej za pomocą wysokoenergetycznych źródeł ciepła
jest zjawisko ultraszybkiego nagrzewania i równie szybkiego
krzepnięcia przetapianego materiału. Szybka krystalizacja stwarza
możliwość ograniczenia bądź wyeliminowania wad i niedoskonałości
znamiennych dla przetapianego materiału, a tym samym
może prowadzić do uzyskania własności trudnych do osiągnięcia
za pomocą innych rozwiązań i technik modyfikacji powierzchni.
Mając na uwadze dominującą pozycję technik laserowych w zakresie
powierzchniowej obróbki przetopieniowej materiałów metalicznych,
autorzy tej pracy podjęli próbę zaadaptowania metody
spawalniczej GTAW (Gas Tungsten Arc Welding). Powierzchniowej
obróbce przetopieniowej poddano stopy magnezu, które dzięki
korzystnemu stosunkowi wytrzymałości do gęstości stały się bardzo
atrakcyjnym tworzywem konstrukcyjnym zwłaszcza w branży
motoryzacyjnej, przemyśle lotniczym, elektronicznym czy informatycznym.
To co ogranicza atrakcyjność aplikacyjną stopów magnezu,
to przede wszystkim mała twardość, odporność na ścieranie
oraz korozję [11÷17]. Przetopienie warstwy wierzchniej stopów
magnezu za pomocą metody GTAW wymaga pokonania trudności
wynikających z silnego powinowactwa stopów magnezu do tlenu.
W toku prowadzonych badań adaptacyjnych stwierdzono konieczność
przeprojektowania i doposażenia standardowego stanowiska
spawalniczego. Prace metodyczne i aparaturowe podjęte w ramach
eksp więcej »
Modyfikacja właściwości polimerów metodą PACVD
Stanisława Jonas Katarzyna TKACZ-Śmiech ANNA MAŁEK JADWIGA KONEFAŁ STANISŁAWA KLUSKA SŁawomir zimowski Marcin kot tomasz borowski tadeusz wierzchoń
Polimery stanowią obecnie szeroką rodzinę materiałów, które w odróżnieniu
od metali i ceramiki są lżejsze, łatwiejsze do otrzymania
i formowania oraz są stosunkowo tanie. Obok opakowań i butelek
codziennego użytku stanowią ważny filar nowoczesnego przemysłu
m.in. w budownictwie jako materiał konstrukcyjny, motoryzacji,
opto- i elektronice, optyce, kosmetyce i medycynie. W wielu
przypadkach ich stosowanie jest jednak ograniczone ze względu
na niewystarczające właściwości powierzchniowe, głównie małą
odporność na ścieranie i zużycie. Wiadomo jednak, że zużycie materiału
zaczyna się na jego powierzchni, a więc uzasadnione jest jej
modyfikowanie przez osadzanie warstw o odpowiednio zaprojektowanym
składzie chemicznym i budowie. Zasadniczym problemem
technologicznym jest otrzymanie warstw dobrze przyczepnych do
podłoża bez konieczności stosowania wysokiej temperatury. Polimery
charakteryzują się bowiem małą jednostkową energią powierzchniową
(γsg) wynikającą z obojętności chemicznej.
Metoda chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem
plazmowym jest jedną z najbardziej użytecznych metod osadzania
warstw w przypadku tworzyw polimerowych. Przez trawienie
jonowe można wytworzyć w warunkach in situ powierzchnię
międzyfazową powodującą poprawę adhezji warstwy do podłoża
[1, 2]. Ponadto metoda ta umożliwia otrzymywanie warstw wysokotopliwych
związków nawet w temperaturze pokojowej.
Dla wielu specyficznych zastosowań niezwykle ważny jest odpowiedni
dobór składu chemicznego warstw. W odniesieniu do zastosowań
w medycynie do tej pory najwięcej uwagi poświęcono
otrzymywaniu i badaniom właściwości warstw węglowych o różnorodnej
strukturze, również dotowanych innymi pierwiastkami,
najczęściej azotem lub krzemem [2÷7]. Zwraca się uwagę na dobre
właściwości tribologiczne i dużą biozgodność warstw węglowych.
Jednak bardzo często okazuje się, że warstwy diamentopodobne
a-C:H są słabo przyczepne do podłoża oraz ulegają spękaniu
i odp więcej »
Możliwości azotowania stali narzędziowych w uniwersalnym piecu próżniowym
Uniwersalne piece próżniowe stanowią podstawowe wyposażenie
technologiczne najnowocześniejszych hartowni usługowych oraz
korporacyjnych oddziałów obróbki cieplnej w przemyśle lotniczym,
motoryzacyjnym, narzędziowym oraz budowy maszyn. W ostatnim
dziesięcioleciu możliwości technologiczne tych pieców zostały
istotnie poszerzone o procesy wysokotemperaturowej, niskociśnieniowej
obróbki cieplno-chemicznej elementów konstrukcyjnych
- głównie nawęglania próżniowego i jego zaawansowanych modyfikacji
realizowanych sekwencyjnie w jednym urządzeniu wraz
z wysokociśnieniowym hartowaniem w gazach pod wysokim ciśnieniem.
Istotną częścią asortymentu obrabianego cieplnie i cieplno-
chemicznie w hartowniach usługowych oraz korporacyjnych są
narzędzia skrawające, narzędzia do obróbki plastycznej na zimno
i na gorąco, kokile nisko- i wysokociśnieniowe, formy wtryskowe
itd. Synergiczny efekt dużej trwałości tych narzędzi osiąga się przez
połączenie objętościowej obróbki cieplnej z precyzyjnym azotowaniem
realizowanym obecnie w odrębnych urządzeniach (piecach
atmosferowych lub jonowych).
Azotowanie jest obróbką cieplno-chemiczną polegającą na nasyceniu
wierzchniej warstwy azotem. Od wielu lat jest ono stosowane
dla elementów maszyn oraz narzędzi, w których występują silnie
obciążone węzły tarciowe i obciążenia cykliczne. Zastosowanie
znajdują zarówno konwencjonalne, jak i nowoczesne metody azotowania
[1, 2].
Warstwy wytwarzane w procesie konwencjonalnego azotowania
utwardzającego mają budowę strefową, zgodną z układem równowagi
fazowej żelazo-azot-pierwiastki stopowe. W większości
rozważań, zwłaszcza aplikacyjnych, pomija się subtelne szczegóły
budowy strukturalnej, dzieląc warstwę azotową na trzy podstawowe
strefy:
-- strefę związków azotkowych, w której kolejno od powierzchni
występują azotki żelaza ε (Fe2-3N), ε + γʹ i γʹ(Fe4N).
-- obszar wydzieleń azotków typu γ więcej »
Możliwości regeneracji narzędzi skrawających powlekanych
Drogie narzędzia skrawające, takie jak narzędzia do obróbki kół
zębatych, a w szczególności frezy ślimakowe ze stali szybkotnącej
lub z węglików spiekanych są używane wielokrotnie, po poddaniu
ich odpowiedniej regeneracji. Większość stosowanych tego typu
narzędzi ma odpowiednie powłoki odporne na zużycie, których rodzaj
zależy od materiału obrabianego i parametrów obróbki. Podstawowym
procesem regeneracji tych narzędzi jest szlifowanie powierzchni
natarcia ostrzy, przy czym pozostałe powierzchnie ostrza
narzędzia niekoniecznie muszą być poddane procesowi usuwania
powłok [1].
Sposoby regeneracji frezów ślimakowych, polegające na powtórnym
powlekaniu frezów przeostrzonych, bez uprzedniego
usunięcia powłok z powierzchni przyłożenia są stosowane w przemyśle,
przy czym wraz ze wzrostem liczby kolejnych regeneracji
należy liczyć się z pogorszeniem jakości frezów [1]. Można znaleźć
przykłady, że może być przeprowadzonych 5÷6 procesów regeneracji
frezów bez usuwania powłok z powierzchni przyłożenia, przy
utrzymaniu odpowiedniej jakości frezu i w konsekwencji dobrej jakości
obróbki. Z reguły za dopuszczalną liczbę przeostrzeń z punktu
widzenia jakości obróbki skrawaniem uznaje się tylko dwa takie
zabiegi bez usuwania pierwotnych powłok [2].
Wysokiej jakości frezy ślimakowe powlekane, np. stosowane
w wydajnej obróbce w przemyśle motoryzacyjnym, podczas użytkowania
są wielokrotnie ostrzone i powlekane. W celu zapewnienia
ich wysokiej jakości, konieczne jest również stosowanie pełnej
regeneracji, tj. z usuwaniem powłok z powierzchni przyłożenia.
Szacuje się, że drogie frezy ślimakowe poddawane są pełnej regeneracji
do 15 razy [2].
Usuwanie powłok stanowi zagadnienie trudne zarówno ze
względu na dużą różnorodność materiałów podłoży, jak i rodzajów
powłok. Od momentu pojawienia się pierwszych narzędzi z powłoką
TiN naniesioną metodą PVD miał miejsce ogromny rozwój
powłok [2÷4]. Jak podaje Cselle [2] do roku 1988 na narzędzia,
oprócz powł więcej »
Nanokompozyty stal 1.4404/nc-TiC wytwarzane metodą SLS/M
Kompozyty w osnowie metalowej (MMCs) są przedmiotem badań
z powodu znacznego zainteresowania wielu gałęzi przemysłowych
na świecie, czyli wszędzie tam, gdzie wymagana jest większa wytrzymałość,
termiczna stabilność, odporność na zużycie, moduły
sprężystości i odporność na czynniki środowiskowe [1÷4]. Jednym
ze sposobów otrzymywania funkcjonalnych nanokompozytów jest
technologia bazująca na selektywnym laserowym spiekaniu lub
stapianiu proszków. Ta metoda należy do obiecujących procesów
szybkiego prototypowania (Rapid Prototyping) z powodu możliwości
wytwarzania elementów trójwymiarowych (3D) bezpośrednio
zgodnie z modelem CAD [5, 6]. Dodatkowo opracowano model
FEM dla projektowanego nanokompozytu.
W artykule zaprezentowano wyniki badań nanokompozytów
stal /nc-TiC otrzymanych metodą SLS/M.
CZęść ekspery mentalna
Proszki zawierające nc-TiC otrzymano niehydrolityczną metodą
zol-żel [7, 8]. Po oczyszczeniu z nadmiaru wolnego węgla z powierzchni
cząstek w mieszaninie z mikrokrystalicznym proszkiem
stali 1.4404 spiekano techniką SLS/M, stosując urządzenie MCP
HEK Realizer II. Warunki prowadzenia procesu dobrano eksperymentalnie.
Otrzymane trójwymiarowe próbki nanokompozytu
stal/nc-TiC w formie walca poddano badaniom w celu oszacowania
parametrów mechanicznych. Wybrane próbki o największej twardości
poddano obserwacjom, stosując mikroskop skaningowy. Dodatkowo
w tych samych warunkach procesu SLS/M przygotowano
próbki w formie kulek o średnicy 3 mm, które poddano analizie
procesu nieizotermicznego utleniania w suchym powietrzu. Dla
porównania badaniom poddano więcej »
Natryskiwane cieplnie powłoki odporne na zużycie erozyjne i korozyjnie dla kotłów energetycznych
Przyczyną zużycia wielu elementów instalacji pracujących w energetyce
są połączone procesy zużycia erozyjnego i korozyjnego zachodzącego
w wysokiej temperaturze. Najintensywniej procesy te
zachodzą w komorze spalania, na powierzchniach przegrzewaczy,
ekonomizerów oraz w układach podawania paliwa i powietrza do
kotła oraz układach odpopielania.
Pierwszym i podstawowym sposobem ograniczenia procesów
zużycia erozyjnego i erozyjno-korozyjnego jest optymalizacja konstrukcji
komory kotła i elementów instalacji, która optymalizuje
kształt i prędkość strumienia spalin i pyłów tak, aby powodował on
jak najmniejsze zużycie istotnych elementów kotła. Przykładem takich
rozwiązań są garby w kanałach spalin, blachy dławiące przy
podgrzewaczach, modyfikacje obmurza lub naroży komory spalania.
W miejscach, gdzie modyfikacje konstrukcyjne nie przynoszą
skutecznych efektów stosuje się odpowiednie gatunki materiałów
i zwiększa się ich grubość, a jeśli i to jest niewystarczające, stosuje
się specjalne nakładki lub powłoki ochronne wykonane z materiałów
o bardzo dobrej odporności na zużycie.
Miejsca najbardziej narażone na zużycie zabezpiecza się okładzinami
ceramicznymi, przykładem takich obszarów mogą być:
wymurówki przestrzeni przypalnikowej, garb i inne elementy
w układach odpopielania.
Szczególnym przykładem takiego zabezpieczenia, które występuje
w kotłach fluidalnych, jest zastosowanie w dolnej części komory
leja wymurówki ceramicznej, a bezpośrednio nad nią powłok
natryskiwanych cieplnie. Niestety zastosowanie relatywnie "grubych"
wymurówek ceramicznych ogranicza efektywność wymiany
ciepła, podnosi masę konstrukcji, a zmiana geometrii przestrzeni
wokół nich powoduje powstanie stref silnych zaburzeń przepływu
złoża, które doprowadzają do intensywnego niszczenia ścian.
Obszary takie, o ile nie zostają na czas wykryte i zabezpieczone,
najczęściej doprowadzają do awarii. Przykłady uszkodzeń rur spowodowanych
zużyciem erozyjnym i erozyjno-kor więcej »
Nowoczesna inżynieria powierzchni - stan wiedzy i kierunki rozwoju
Generatorem rozwoju każdej gospodarki są nowe technologie,
umożliwiające wprowadzenie na rynek innowacyjnego wyrobu,
którego komercjalizacja jest podstawą postępu cywilizacyjnego.
Jednak zapewnienie harmonijnego rozwoju społeczeństw wymaga,
oprócz ukierunkowania na rozwój dóbr konsumpcyjnych, zwrócenia
uwagi na inne aspekty, jak: ochrona środowiska, oszczędność
energii czy bezpieczeństwo. Opracowana w tym zakresie strategia
zrównoważonego rozwoju, jako integralny element współczesnej
gospodarki, wymaga zatem zarówno dalekosiężnego programowania
kierunków badawczych z nią związanych, jak i precyzyjnego
określenia stanu wiedzy na obecnym etapie rozwoju. Rozwiązanie
obu tych zagadnień zostało podjęte z wykorzystaniem metody foresight
w ramach projektu "Zaawansowane technologie przemysłowe
i ekologiczne dla zrównoważonego rozwoju kraju" zrealizowanego
w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka [1]. Obszary
badawcze projektu wygenerowano, biorąc pod uwagę priorytety badawcze
wskazywane w krajowych dokumentach strategicznych [2],
kierunki wyznaczane w krajowych programach strategicznych oraz
kierunki badawcze wyznaczone w Narodowym Programie Foresight
"Polska 2020" [3]. Wytypowane na tej podstawie obszary badawcze
obejmowały swoim zakresem następujące zagadnienia:
-- specjalizowana aparatura badawcza i testowa,
-- technologie mechatroniczne i systemy sterowania do wspomagania
procesów wytwarzania i eksploatacji,
-- zaawansowane technologie materiałowe i nanotechnologie oraz
systemy techniczne wspomagające ich projektowanie i aplikację,
-- technologie proekologiczne, racjonalizację zużycia surowców
i zasobów oraz odnawialne źródła energii,
-- technologie bezpieczeństwa technicznego i środowiskowego.
W celu typowania priorytetowych kierunków badań w każdym
z wybranych obszarów badawczych opracowano oryginalną metodykę
badawczą, pokazaną na rysunku 1, której wyniki zastosowania
zaprezentowano w artykule.
Przyjęto założenie, że p więcej »
Nowoczesne technologie wytwarzania powłokowych barier cieplnych w Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego
W ostatnich latach obserwuje się intensywny rozwój lotnictwa pasażerskiego
i transportowego na świecie. Mimo istniejącej sytuacji
ekonomicznej produkcja nowoczesnych samolotów komunikacyjnych
znacznie się zwiększyła. W ich konstrukcji dąży się do obniżenia
kosztów eksploatacji m.in. zużywanego paliwa. Wprowadza
się jednocześnie dodatkowe wymagania w zakresie ochrony środowiska
- zmniejszenie ilości szkodliwych substancji powstających
w trakcie spalania paliwa lotniczego. Jednym z zasadniczych kierunków
rozwoju konstrukcji silnika lotniczego, który może sprostać
tym wymogom jest podwyższenie temperatury w komorze
spalania. Determinuje to stosowanie materiałów żaroodpornych
i żarowytrzymałych o złożonym składzie chemicznym i wieloskładnikowej
mikrostrukturze na elementy gorącej części silników
lotniczych - łopatki I i II stopnia turbiny wysokiego ciśnienia.
Podwyższenie temperatury pracy silników lotniczych jest możliwe
przez stosowanie łopatek turbiny z nadstopów niklu o mikrostrukturze
równoosiowej (EQ - equiaxed), kierunkowym ułożeniem
ziarn (DS - directionally solidified) lub monokrystalicznej
(SC - single crystal). Na powierzchni tych łopatek wytwarzane są
powłokowe bariery cieplne (Thermal Barier Coatings, TBC) pełniące
funkcję izolacji cieplnej oraz ochrony przed korozją wysokotemperaturową
[1÷3].
W Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego
Politechniki Rzeszowskiej (LBMPL) są rozwijane technologie
wytwarzania zaawansowanych materiałów i powłok stosowanych
w najnowocześniejszych silnikach lotniczych na świecie. Koncepcja
działania LBMPL jest związana z opracowywaniem technologii
wytwarzania elementów na każdym etapie - od modelu CAD aż do
końcowego wyrobu. LBMPL ma aktualne certyfikaty na prowadzenie
badań dla techniki lotniczej w zakresie charakterystyki materiałów
- NADCAP oraz zgodność z normą ISO 17025.
Proces wytwarzania łopatek o budowie monokrystalicznej zawsze
jest połączony z wytworzeniem warstw ża więcej »
Ocena skutków laserowego ulepszania cieplnego warstwy powierzchniowej elementów z żeliwa sferoidalnego
Rozwój metod modyfikacji warstw powierzchniowych elementów
żeliwnych wiąże się z szerokim zastosowaniem tych materiałów
oraz występującymi niekiedy potrzebami nadania określonych właściwości
warstwy powierzchniowej innych od właściwości rdzenia.
Obróbka powierzchniowa żeliw jest obecnie rozwijana w wielu kierunkach,
np. związanych z nakładaniem powłok [1] czy też uszlachetnianiem
powierzchniowym plazmą łuku elektrycznego [2].
Laserową obróbkę cieplną (LOC) stosuje się do różnego rodzaju
modyfikacji warstwy powierzchniowej stopów metali i nie tylko
[3÷5]. Obróbka ta, stosowana do elementów ze stopów żelaza, jest
w znacznym zakresie poznanym i efektywnym sposobem konstytuowania
ich warstw powierzchniowych.
Większość obróbek powierzchniowych, w tym żeliw, ma na celu
utwardzanie warstwy powierzchniowej. W przypadku LOC żeliw
zazwyczaj jest to na przykad hartowanie ze stanu stałego, ciekłego
czy też stopowanie [3, 6÷9]. W przeciwieństwie do hartowania
laserowego niewiele jest badań poświęconych całemu procesowi
ulepszania cieplnego (lub utwardzania cieplnego) dotyczącemu
warstwy powierzchniowej. Powoduje to dość umiarkowaną ilość
informacji w literaturze przedmiotu na temat drugiego etapu tego
procesu, a mianowicie odpuszczania powierzchniowego. Dotyczy
to obróbki odpuszczania powierzchniowego w ogóle, a tym bardziej
za pomocą LOC. Odpuszczanie laserowe stwarza szereg możliwości
[3]. Pozwala lokalnie polepszyć plastyczność czy udarność,
np. w miejscach mocowań różnych części, obniżyć wartość lub
zmienić rozkład naprężeń hartowniczych powstałych w wyniku innych
obróbek powierzchniowych. Wysokie odpuszczanie laserowe
zalecane jest dla elementów maszyn pracujących przy obciążeniach
dynamicznych w niskiej temperaturze, gdzie szczególnie powinno
zapobiegać się spiętrzaniu naprężeń, np. po hartowaniu laserowym.
W przypadku stali węglowych obróbka ta pozwala uzyskać właściwości
mechaniczne porównywalne z odpuszczanymi konwencjonalnie
st więcej »
Ocena właściwości użytkowych warstwy chromokrzemowanej
Elementy maszyn podczas swojej eksploatacji narażone są na oddziaływanie
czynników mechanicznych i chemicznych. Następująca
po ich wpływem degradacja powoduje wiele awarii, przerw
w produkcji, a tym samym strat ekonomicznych i kosztów naprawy.
Zjawiska korozji i zużycia przez tarcie narzędzi i części maszyn,
powodujące duże straty w przemyśle, stanowią przedmiot wielu
badań [1÷5].
Rosnące wymagania co do trwałości i niezawodności narzędzi
i maszyn zmuszają wiele ośrodków naukowych do doskonalenia
technologii spełniających te oczekiwania. Kształtowanie składu
chemicznego i fazowego wytwarzanych warstw uzyskuje się m.in.
przez obróbkę cieplno-chemiczną. W walce z korozją wdrożono
wiele technologii. Aspekty ekonomiczne skłaniają do stosowania
rozwiązań tanich, prostych i jednocześnie efektywnych w dążeniu
do poprawy właściwości użytkowych części maszyn i urządzeń, takich
jak np. technologia chromokrzemowania.
Zagadnienia związane z odpornością korozyjną i tribokorozyjną
warstw chromokrzemowanych stanowią współcześnie przedmiot
wielu badań [6÷12]. Również obecnie prowadzi się intensywne
badania nad poprawą właściwości użytkowych narzędzi do obróbki
drewna, gdyż nie wszystkie materiały narzędziowe stosowane
od wielu lat z powodzeniem do obróbki metali sprawdzają się do
obróbki drewna [13÷18]. Wiele narzędzi pracujących w przemyśle
drzewnym narażonych jest na oddziaływanie korozji i tarcia w kontakcie
z różnorodnym drzewostanem. Twardość drewna jest związana
z jego strukturą. Jest to materiał niejednorodny pod względem
budowy. Mobilność pierwiastków chemicznych wchodzących
w skład drewna, tj. węgla, wodoru, tlenu, azotu, czy związków
chemicznych, m.in. celulozy, hemicelulozy, ligniny, odgrywa ważną
rolę w wartości pH, tym samym ma udział w narażeniach korozyjnych
pracujących narzędzi. Właściwości mechaniczne drewna
związane z jego anizotropową budową są również przyczyną nadmiernej
eksploatacji części maszyn.
W pracy podjęto prób więcej »
Ocena wpływu nagniatania na zmiany właściwości powierzchni stali stosowanej na wały pomp okrętowych
Pompy pracujące w środowisku wody morskiej, ze względu na
trudne warunki eksploatacyjne, wykonane są z materiałów odpornych
na korozję. Pomimo wykonania wału z drogiego materiału
nie zapobiega się jednak jego uszkodzeniom eksploatacyjnym. Do
uszkodzeń wałów należą pęknięcia, odkształcenia plastyczne, nadmierne
zużywanie czopów w miejscach osadzenia tarcz wirników
i uszczelnień dławic, zużycie korozyjne, cierne, zużycie erozyjne
oraz wybicie rowków wpustowych. W praktyce eksploatacyjnej
najczęściej obserwuje się nadmierne zużywanie czopów powodujące
zmniejszenie ich średnicy oraz przekroczenie dopuszczalnych
odchyłek kształtu w miejscu osadzenia dławic.
Na trwałość i niezawodność części maszyn istotny wpływ ma
technologia zastosowana w procesie produkcyjnym. Ostateczne
kształtowanie warstwy wierzchniej, czyli wymiarów i właściwości
użytkowych, uzyskuje się podczas obróbki wykańczającej danego
elementu [1]. Podstawowymi metodami obróbki wykańczającej
wałów są dokładne toczenie, szlifowanie lub operacja nagniatania.
Proponowany proces nagniatania czopów wału ma na celu
zwiększenie trwałości eksploatacyjnej wałów okrętowych pomp
instalacji wody morskiej, co powinno przynieść efekt ekonomiczny
w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Proces nagniatania
umożliwia przede wszystkim uzyskanie dużej gładkości obrobionej
powierzchni oraz umocnienie warstwy wierzchniej [2, 3]. W praktyce
przemysłowej proces ten jest realizowany na obrabiarkach
uniwersalnych, jak i obrabiarkach CNC, ale jest zaliczany do obróbki
plastycznej. Dlatego ostateczne kształtowanie wymiarów
i właściwości użytkowych przez nagniatanie jest obróbką bezwiórową
i bezpyłową. Pozwala to na zaliczanie jej do ekologicznych
metod obróbki. Przegląd literatury wykazał trzy podstawowe cele
stosowania obróbki nagniataniem w procesach produkcyjnych części
maszyn:
-- obróbka gładkościowa, która powoduje zmniejszenie nierówności
powierzchni po obróbce poprzedzającej nagniatanie,
- więcej »
Ocena wytrzymałości adhezyjnej powłok detonacyjnych typu Fe-Al w teście na odrywanie
Natryskiwanie detonacyjne pozwala formować powłoki o wysokiej
wytrzymałości adhezyjnej i dobrych właściwościach eksploatacyjnych
[1÷7]. Wytrzymałość adhezyjna natryskanych powłok detonacyjnych
(z uwzględnieniem kohezji granic ziaren) uzależniona
jest przede wszystkim od temperatury procesu i prędkości cząstek
proszku, a więc tym samym od wartości wygenerowanego impulsu
ciśnienia w strefie połączenia i czasu oddziaływania tego impulsu.
Z zależności empirycznych podanych w pracach [2, 3] wynika, że
można w warunkach natryskiwania detonacyjnego osiągnąć efekt
silnego połączenia adhezyjnego powłoki z podłożem, optymalizując
takie parametry procesu jak prędkość cząstek proszku Vp i ich
temperaturę Tpʹ w chwili zderzenia z warstwą wierzchnią (WW)
materiału podłoża oraz temperaturę samego podłoża Ts. Parametry
te powiązane są zależnością (1):
V T B
B
T B
B
p k T c
s
p
s s
p
= + p p
⎛
⎝ ⎜⎜
⎞
⎠ ⎟⎟
- - ′
⎡
⎣ ⎢⎢
⎤
⎦ ⎥⎥
⎫⎬ ⎪
⎭⎪
⎧⎨ ⎪
⎩⎪
91 48 1
1 2
,
/
(1)
gdzie: Tk - temperatura w strefie połączenia cząstki proszku z WW
materiału podłoża (optymalna, ze względu na połączenie adhezyjne),
K; cp - pojemność cieplna proszkowego materiału powłokowego,
cal·g-1K-1; Bs i Bp - współczynniki akumulacji ciepła, odpowiednio
dla materiału podłoża i materiału proszkowego - obliczane
z zależności: B = λcρ , Ws½/m2K; λ - współczynnik przewodzenia
ciepła, J/m·s·K; c - ciepło właściwe, J/kg·K; ρ - gęstość, kg/m3.
W celu wyznaczenia temperatury Tk, warunkującej uzyskanie
silnego połączenia adhezyjnego w efekcie zderzenia cząstki w stanie
stałym z WW materiału podłoża, wykorzystuje się zależność (2)
uwzględniającą współczynnik akumulacji ciepła w uderzającej cząstce
proszku i w mikrostrefie materiału podłoża, stanowiącej miejsce więcej »
Ocena wytrzymałości warstwy aluminidkowej wytworzonej na stopie ŻS6U w warunkach obciążeń cieplno-mechanicznych
Wprowadzenie nowych technik obliczeniowych oraz zastosowanie
osiągnięć mechaniki pękania dla oceny wytrzymałości obiektów
poddanych złożonym oddziaływaniom mechanicznym i cieplnym
powoduje, że klasyczne metody projektowania ulegają modyfikacji.
Coraz częściej w obliczeniach konstrukcyjnych uwzględnia się
metody prognozowania trwałości. Zagadnienie to wymaga rozwiązania
problemu doboru sposobów oceny właściwości materiałów
oraz umiejętności modelowania złożonych układów mechanicznych
i ich elementów z wykorzystaniem zasad mechaniki ośrodków
ciągłych [1÷3]. Niezbędne są w tym przypadku odpowiednie kryteria,
opierające się na analizie mechanizmów powstawania i rozwoju
pęknięć [4÷7]. O ile w odniesieniu do materiałów makroskopowo
jednorodnych istnieje szereg opracowań ujmujących problem kryteriów
w różnych warunkach obciążeń mechanicznych i cieplnych,
to w dalszym ciągu niewiele jest prac poświęconych problematyce
trwałości materiałów z celowo ukonstytuowaną warstwą wierzchnią
[8, 9]. Jest to zagadnienie złożone, bowiem trwałość tego typu
materiałów jest zdeterminowana zarówno właściwościami komponentów
tworzących złożony układ mechaniczny, jak i ich wzajemnymi
oddziaływaniami, uwarunkowanymi czynnikami zewnętrznymi.
Zatem kryteria trwałości należałoby rozpatrywać w powiązaniu
z warunkami eksploatacji. Dla odmiennych warunków użytkowania
różna jest rola poszczególnych właściwości fizycznych i mechanicznych
warstw powierzchniowych i podłoża. Problem ten jest
szczególnie istotny w odniesieniu do nadstopów niklu z żaroodpornymi
warstwami ochronnymi stosowanych w przemyśle lotniczym.
Obciążenie mechaniczne stopów żarowytrzymałych z pokryciami
żaroodpornymi jest połączone z oddziaływaniem zmiennej
w czasie temperatury. Wówczas w analizie procesów powstawania
i wzrostu pęknięć niezbędne wydaje się uwzględnienie oddziaływań
o dystorsyjnym charakterze w samej warstwie, które determinują
trwałość układu stop żarowytrzymały-pokrycie ochron więcej »
Ochrona stali X20Cr13 za pomocą starzonych powłok silanowych
Najpowszechniej stosowaną metodą ochrony metali przed korozją
w różnych środowiskach jest nakładanie powłok organicznych
(farby, lakiery). Obecnie coraz częściej w celu uzyskania większej
trwałości powłok organicznych, poprawienia ich przyczepności
do metalicznego podłoża oraz zwiększenia odporności na działanie
czynników atmosferycznych, jako materiał podkładowy stosuje
się związki krzemoorganiczne RnSiX4 - n (silany organofunkcyjne)
[1÷3]. Obecność w strukturze silanów jednocześnie grupy
organicznej, np. alkilowej (-R) oraz mającej zdolność do hydrolizy
grupy X (alkoksylowa -OR lub halogenkowa np. -Cl, -Br)
powoduje, że związki te mogą łatwo reagować i trwale wiązać się
z materiałami organicznymi jak i nieorganicznymi. Jak wskazują
dane literaturowe, korzystne działanie silanów w układach metal/
silan/powłoka organiczna może polegać nie tylko na poprawianiu
adhezji powłok, ale także na inhibitowaniu procesów korozyjnych
podłoża metalicznego [4÷9]. Z tych względów silany mogą stać się
alternatywą dla toksycznej obróbki chromianowej [10]. Własności
ochronne powłok silanowych są uzależnione przede wszystkim od
rodzaju zastosowanego silanu, sposobu ich przygotowania, czasu
starzenia, jak również od zachodzących w nich przemian chemicznych:
reakcji hydrolizy i kondensacji [11÷13]. Pod wpływem wody
lub wilgoci zawartej w powietrzu grupy alkoksyklowe -Si-OR
obecne w silanach ulegają reakcji hydrolizy.
R′Si(OR) + nadmiar H O R′Si(OH) + 3ROH 3 2 3 (1)
Powstające w wyniku tej reakcji silanole -Si(OH) są nietrwałe
i ulegają kondensacji przekształcając się w siloksanole -RO-SiOH
i następnie polisiloksany [(-Rn -Si-O)]m.
R′Si(OH) + R′Si(OH) R′Si(OH) OSi(OH) R′ + H O 3 3 2 2 2
(2)
Te reakcje przebiegają najszybciej w obecności katalizatorów,
z których najczęściej stosowanymi są kwasy nieorganiczne: HCl,
HNO3, H2SO4, a także amoniak [14÷16]. Produkty powstające w reakcjach
hydrolizy i więcej »
Odporność na erozję kawitacyjną powłok elektroiskrowych
Jedną z form niszczenia tworzyw konstrukcyjnych jest erozja kawitacyjna.
Zjawisko niszczenia kawitacyjnego występuje głównie
w elementach maszyn omywanych szybkimi przepływami cieczy
lub pracujących w polu ultradźwiękowym o dużej intensywności.
Podstawową przyczyną procesu niszczenia kawitacyjnego są
gwałtowne zmiany ciśnienia przepływającej cieczy - impulsowe
zmniejszanie ciśnienia cieczy poniżej ciśnienia krytycznego, bliskiego
ciśnieniu parowania cieczy, a następnie tworzenie się pęcherzyków
parowo-gazowych i implodowanie tych pęcherzyków
w strefie większego ciśnienia [1÷3].
Głównymi sposobami zapobiegania lub złagodzenia szkodliwego
oddziaływania zjawiska kawitacji na części maszyn są następujące
metody:
-- konstrukcyjna - polegająca na optymalnym doborze parametrów
geometrycznych i hydraulicznych maszyn, odpowiedniej
konstrukcji elementów opływowych i przepływowych oraz
zapewnieniu warunków pracy urządzeń (np. temperatura czynnika)
przepływowych eliminujących bądź minimalizujących
powstawanie zjawiska kawitacji, a tym samym występowanie
erozji kawitacyjnej,
-- technologiczna - polegająca na doborze materiałów konstrukcyjnych
o jak największej odporności kawitacyjnej, a także stosowaniu
powłok ochronnych z materiałów niemetalicznych i metalicznych,
poprawie właściwości materiałów metalicznych przez
napawanie, platerowanie, obróbkę cieplną lub laserową [4].
Perspektywicznym rozwiązaniem może okazać się stosowanie
powłok wytworzonych technologią elektroiskrową na elementach
maszyn narażonych na niszczenie kawitacyjne ze względu na ich
dużą odporność na zużycie ścierne i erozyjne oraz dużą wytrzymałość
zmęczeniową. Dodatkową zaletą stosowania obróbki elektroiskrowej
jest:
-- możliwość nakładania szczelnych powłok z dowolnych materiałów
metalicznych o grubości od 1 μm do 10 mm,
-- bardzo dobre połączenie powłoki więcej »
Osadzanie warstw węglowych metodami plazmowymi na podłożach poliuretanowych o niskiej temperaturze degradacji
Sztuczne komory serca typu POLVAD [1] były stosowane w Polsce
w 2010 roku w czterech ośrodkach kardiochirurgicznych: Instytucie
Kardiologii w Warszawie, Śląskim Centrum Chorób Serca
w Zabrzu, Uniwersytecie Medycznym w Gdańsku i Szpitalu Uniwersyteckim
w Bydgoszczy. Stosowane komory sztucznego serca
są urządzeniami pneumatycznymi (rys. 1), zaopatrzonymi w dwie
sztuczne zastawki. Krwioobieg pacjenta jest izolowany od strefy
wysokiego (zmiennego) ciśnienia przez membranę złożoną z trzech
cienkich folii umieszczonych jedna za drugą (rys. 1b). Wzrost ciśnienia
pod membraną powoduje ruch membrany powodujący wytłaczanie
krwi do organizmu. Spadek ciśnienia pod membraną powoduje
jej ruch w przeciwnym kierunku, co zapewnia napłynięcie
krwi z układu żylnego przez zastawkę do komory sztucznego serca.
Membrana podlega działaniu trzech czynników przyspieszających
zużycie materiału, z którego jest wykonana. W wyniku swojego
funkcjonalnego przeznaczenia podlega wielokrotnym przegięciom
z częstotliwością pracy serca. Folia pracująca od strony krwi jest
narażona na przyśpieszoną korozję, gdyż krew jest oksydantem
zawierającym rodniki tlenowe. Ponadto w czasie wymuszonych
odkształceń membrany powierzchnie folii są narażone na wzajemne
tarcie, które może doprowadzić do uszkodzeń mechanicznych
folii. System trzech folii zwiększa bezpieczeństwo pacjenta, gdyż
cieńsze folie poliuretanowe są bardziej odporne na zużycie w wyniku
wielokrotnych odkształceń, a ponadto trzy folie dają mniejsze
prawdopodobieństwo całkowitej perforacji niż jedna grubsza folia.
W obecnych rozwiązaniach sztucznego serca, w celu zmniejszenia
współczynnika tarcia pomiędzy foliami, w powierzchnię chropowatą
folii jest wcierany sproszkowany grafit. Jednak sproszkowany
grafit ma tendencję do zbrylania, co zwiększa prawdopodobieństwo
perforacji folii.
Celem prezentowanych badań było wykonanie na współpracujących
ze sobą powierzchniach folii trwałych warstw o mniejszym
współczynni więcej »
Otrzymywanie, budowa i właściwości warstw węglowych na stopie Ti6Al4V
stanisława Jonas Jadwiga Kone fał anna małek stanisława kluska katarzyna tkacz -śmiech sławo mirzimowski marcin kot
Warstwy na bazie węgla od dawna skupiają na sobie zainteresowanie
ze względu na bardzo interesujące właściwości wynikające
bezpośrednio z ich budowy i obecności w strukturze węgla zarówno
w hybrydyzacji sp2, jak i sp3. Wiązania typu sp3 gwarantują obojętność
chemiczną oraz dużą twardość, natomiast sp2 zapewniają
mały współczynnik tarcia i dobrą przewodność elektryczną. Stosunek
liczby wiązań sp2/sp3, determinujący właściwości modyfikowanego
materiału, można kształtować przez odpowiedni dobór parametrów
procesu, jak i przez wprowadzanie innych pierwiastków.
Obecnie uwodornione warstwy węglowe, zwane diamentopodobnymi
(DLC), znalazły zastosowanie w bardzo wielu dziedzinach
przemysłu, miedzy innymi w elektronice, przemyśle maszynowym,
motoryzacyjnym, jak również w inżynierii biomedycznej [1÷4].
Jednak ich słaba adhezja do podłoża wynikająca z obecności naprężeń
wewnętrznych znacznie ogranicza spektrum zastosowań.
Wprawdzie wprowadzenie pewnej ilości azotu do warstw a-C:H
redukuje występujące naprężenia, ale równocześnie osłabia odporność
chemiczną. Ponadto obecność azotu w mieszaninie reakcyjnej
hamuje szybkość ich wzrostu [5]. Dlatego ciągle poszukuje się innych,
lepszych rozwiązań.
W aspekcie zastosowań w medycynie amorficzne bądź nanokrystaliczne
warstwy zawierające węgiel, azot, krzemu i wodór wydają
się najbardziej odpowiednie. Łączą one w sobie korzystne właściwości
węglika krzemu SiC i azotku krzemu Si3N4, a tym samym
wykazują dużą odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze,
duży moduł sprężystości, mały współczynnik tarcia oraz szeroką
przerwę energetyczną (2,8÷3,8 eV) [6, 7]. Jednak ze względu na
to, że węgloazotek krzemu jest związkiem nietrwałym termodynamicznie
musi być otrzymywany na drodze niekonwencjonalnych
syntez. Jedną z takich metod jest chemiczne osadzanie z fazy gazowej
wspomagane plazmą PACVD [7, 8].
Dotychczas problem warstw węgloazotku krzemu nanoszonych
metodą PACVD na tytanowe podłoże nie był podj więcej »
Perspektywy wykorzystania rozporządzalności azotu jako parametru atmosfery azotującej
W procesach azotowania gazowego stosowane są najczęściej:
jednoskładnikowe
atmosfery wlotowe amoniaku NH3, a ponadto
atmosfery
dwuskładnikowe rozcieńczane zdysocjowanym amoniakiem
NH3/NH3zd lub azotem NH3/N2. Parametrami charakteryzującymi
atmosferę azotującą uzyskaną z tych atmosfer wlotowych
są: potencjał
azotowy Np, stopień dysocjacji amoniaku α oraz
rozporządzalność
azotu mN2. Potencjał azotowy określa potencjalne
możliwości atmosfery azotującej z punktu widzenia tworzenia się
faz azotowych α, γʹ, ε w warunkach równowagi
stężeniowej azotu
w atmosferze azotującej i na powierzchni
wsadu. Z kolei stopień
dysocjacji jest ilościowym parametrem
określającym jaka część
amoniaku z atmosfery wlotowej ulega rozkładowi w danym procesie,
dostarczając azot atomowy niezbędny do utworzenia warstwy
azotowanej. Rozporządzalność azotu jest parametrem, który wiąże
stopień dysocjacji amoniaku z natężeniem przepływu atmosfery
wlotowej Fw i zawiera informację o ilości azotu (w gramach na minutę)
uzyskanego
w warunkach procesu dla danego stopnia dysocjacji
amoniaku i przy określonym natężeniu przepływu atmosfery
wlotowej [1, 2]. W przypadku atmosfery azotującej
uzyskanej z atmosfery
wlotowej amoniaku NH3, jak również z atmosfery rozcieńczanej
zdysocjowanym
amoniakiem NH3/NH3zd, wystarczającym
parametrem charakteryzującym
w pełni te atmosfery jest potencjał
azotowy Np lub stopień dysocjacji amoniaku α. Natomiast
atmosfera
azotująca uzyskana z atmosfery wlotowej amoniaku rozcieńczanego
azotem NH3/N2, wymaga
dwóch parametrów do pełnego jej
scharakteryzowania, tj. potencjału
azotowego Np i rozporządzalności
azotu mN2.
PARAMETRY CHARAKTERYZUJĄCE
ATMOSFERĘ AZOTUJĄCĄ
Potencjał azotowy
Dla każdej wartości natężenia przepływu Fw, temperatury procesu T
i powierzchni wsadu Sw ustala się kwazirównowaga między atmosferą
azotującą o danym składzie a powierzchnią fazy stałej (wsadu).
Równowagę tę opisuje potencjał więcej »
Plasma surfacing of B4C and Fe on 18G2A steel
The technology of surfacing allows to produce surface layers practically
of any material with objects of any chemical and phase composition
and any shape. The materials surfaced in the form of powder
or wire can be both ceramic, metal, metal-ceramics and plastic.
This method is applied for coating surface layers of particular
characteristics., especially resistant to abrasion, corrosion, heat and
creep [1÷6].
Plasma surfacing consists in melting in plasma arc of the temperature
of approximately 15 000÷20 000°C an additional material
in the form of powder, wire or bar, which together with the partially
melted metal makes the padding weld. The contribution of the substrate
in the padding weld may amount to a few dozens per cent.
The obtained padding welds are homogenous, they lack porosity,
their face being smooth due to which mechanical finishing is redundant.
[3,7].
The basic advantage of carbides is considerable hardness (B4C
- 2800 HV), resist więcej »
Porównanie wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie stali 17CrNi6-6 i 16MnCr5 po nawęglaniu próżniowym
Szczególnie istotna dla oceny czasu eksploatacji elementów obciążanych
cykliczno-zmiennie, w których amplituda nie przekracza
dopuszczalnych obciążeń quasi-statycznych, jest możliwość przewidywania
ich trwałości. Stosunkowo prostym sposobem oceny
poziomu wytrzymałości zmęczeniowej jest przeprowadzenie eksperymentu.
Stosowanie coraz to nowszych metod eksperymentalnych,
połączonych niejednokrotnie z innymi analizami, np. takimi
jak: MES (Metoda Elementów Skończonych) pozwala na głębsze
poznanie zjawisk i coraz precyzyjniejsze wyznaczenie wytrzymałość
zmęczeniowej.
W pracy przedstawiono wyniki badań wytrzymałości zmęczeniowej
na zginanie próbek wykonanych ze stali 16MnCr5 oraz
17CrNi6-6, nawęglanych próżniowo i hartowanych w gazie pod
wysokim ciśnieniem. Wytrzymałość wyznaczono za pomocą zaadaptowanej
metody wysokoczęstotliwościowej rezonansowej,
która polega na obserwacji pojawiających się zmian częstotliwości
rezonansowej w układzie drgającym o jednym stopniu swobody na
skutek powstania ogniska zmęczeniowego i rozwoju tego pęknięcia.
Miarą wytrzymałości zmęczeniowej na zginanie była liczba
cykli ugięcia próbki do chwili zmiany częstotliwości rezonansowej
całego układu "wzbudnego". Każda zmiana częstotliwości drgań
własnych układu była sygnałem pojawiających się defektów zmęczeniowych
w próbce. Możliwość sterowania amplitudą obciążenia
przez zmianę parametrów sygnału wymuszenia w zadanej częstotliwości
rezonansowej pozwalała na dobór wartości naprężeń.
Wartość pojawiających się naprężeń w układzie była określana na
podstawie strzałki ugięcia próbki pomiędzy jej wolnym końcem,
a miejscem zamocowania w uchwycie [1].
Dobór obciążeń w celu wyznaczenia pełnego zakresu wytrzymałości
zmęczeniowej oparto na metodzie schodkowej.
Utwardzenie warstwy wierzchniej i wprowadzenie naprężeń ściskających
w wyniku zastosowanego nawęglania ma istotny wpływ
na w więcej »
Powłoki Mg2Si natryskiwane zimnym gazem
Rozwój nowych technologii inżynierii powierzchni zawsze wiązał
się z badaniami nad otrzymywaniem powłok o lepszych właściwościach
niż te, które uzyskiwano wcześniej stosowanymi metodami
lub obniżeniem kosztów ich wytwarzania. W procesach natryskiwania
cieplnego do podstawowych czynników, które decydują
o właściwościach otrzymywanej powłoki, można zaliczyć: prędkość
cząstki i jej temperaturę w momencie uderzenia w podłoże
oraz otaczającą atmosferę. W przypadku natryskiwania płomieniowego,
łukowego, plazmowego oraz naddźwiękowego materiały
metaliczne ulegają utlenianiu, co powoduje obniżenie właściwości
powłok. Wzrost prędkości cząstek w przypadku natryskiwania
naddźwiękowego (HVOF) pozwala na znaczne ograniczenie tego
zjawiska, mimo że cząstki materiału powłokowego mają kontakt
z produktami spalania oraz z tlenem, który jest obecny w mieszance
palnej i otaczającej atmosferze. W przypadku natryskiwania plazmowego
wysoka temperatura prowadzi do szeregu innych niekorzystnych
zjawisk, takich jak: odparowanie materiału, zmiany
fazowe, rekrystalizacja, uwalnianie gazów, rozwarstwienia, odkształcenia
itp. Niekorzystnych zmian w składzie fazowym powłoki
można uniknąć, przeprowadzając natryskiwanie w zamkniętych
komorach z kontrolowaną atmosferą lub w próżni. Jednak wiąże
się to ze znacznym wzrostem kosztów procesu. Dalsze polepszenie
jakości powłok wymagało więc modyfikacji technologii w kierunku
ograniczenia niekorzystnego wpływu temperatury na rzecz
wzrostu prędkości cząstek. Koncepcja natryskiwania bez źródła
ciepła w postaci płomienia lub plazmy powstała już w końcu lat 50.
ubiegłego stulecia [1]. Stało się to możliwe dopiero w połowie lat
80. ubiegłego stulecia, kiedy zespół prof. A. Papyrina w Instytucie
Teoretycznej i Stosowanej Mechaniki w Nowosybirsku opracował
całkiem nową technikę natryskiwania zimnym gazem. Prowadzone
przez ten zespół prace badawcze wykazały możliwość otrzymywania
powłok z różnych metali, stopów oraz kompo więcej »
Preparation and corrosion properties of Ti-45S5 Bioglass nanocomposites with electrochemically modified surface
Commercially pure titanium and titanium alloys have become predominant
in dentistry [1]. The high degree of biocompatibility of
Ti and its alloys is connected with the passive oxide film formed
on the metallic surface, consisting mainly of amorphous titanium
dioxide (TiO2) [2]. However, low hardness and poor tribological
properties of these alloys may become critical factor when wear
phenomena are involved. On the other hand, bioactive glasses are
materials, which can adhere to bone and tissues through the formation
of calcium phosphate (hydroxyapatite - HA) at the interface of
the material. This layer is chemically and structurally equivalent to
the mineral phase in bone and is responsible for interfacial bonding.
Due to low fracture toughness, glass cannot serve as a bulk
implant material. The connection of good mechanical properties of
titanium with excellent biocompatibility of bioactive glasses seems
to be a promising candidate way to expend the biomedical applications
[3, 4].
Surface properties of titanium implants are known as key factors
for successful osseointegration [5]. Till now, various surface modification
methods have been applied to dental implants in attempts
to improve their clinical performance [6, 7]. Surface treatment of
the implant material can result in surface roughening, attractive for
tissue growth and fixing of implant for hard tissue applications [8,
9]. The promising route in surface roughening is an electrochemical
etching [10, 11].
The treatment in H3PO4 electrolytes results in pits formation, acting
as anchors for the tissue.
The etching procedure can be applied for pure Ti as well as its
alloys. In the nanocomposites, due to the large volume of the grains
boundaries, the electrochemical etching proceeds fast and is suitable
for the sufficient surface roughening [12].
During the etching an anodic oxide layer is formed resulting in
good corrosion resistance. The additional więcej »
Prognozowanie numeryczne składu fazowego SWC w elementach spawanych źródłem hybrydowym
Technologia spawania hybrydowym źródłem ciepła laser-łuk elektryczny
jest nowoczesną metodą spawania, która jest intensywnie
badana zarówno eksperymentalnie, jak również na drodze symulacji
numerycznych [1÷3]. Metoda ta łączy popularną i powszechnie
znaną metodę spawania łukiem elektrycznym i spawanie wiązką
laserową [1]. Wykorzystanie dwóch źródeł ciepła zapewnia dobrą
jakość spoiny i dobre własności eksploatacyjne połączenia spawanego
[2]. W porównaniu ze spawaniem pojedynczą wiązką laserową
zastosowanie dwóch źródeł ciepła: wiązki laserowej i łuku elektrycznego
współpracujących w jednym procesie spawania znacznie
ogranicza udział struktur hartowniczych w stalach spawanych [4].
Istotnym problemem spawania hybrydowym źródłem ciepła
jest dobór właściwych parametrów technologicznych procesu zapewniających
wykonanie spoin o pożądanym kształcie i szerokości
spoiny, a także o jak najlepszej jakości spawanego złącza. Zarówno
wzajemne usytuowanie źródeł ciepła, jak również rozkłady mocy
tych źródeł w spawanym materiale istotnie wpływają na ruch przetopionego
metalu oraz transport masy i przepływ ciepła. Uwzględnienie
ruchu ciekłej stali w jeziorku spawalniczym pozwala na
analizę dotychczas pomijanych zjawisk cieplnych towarzyszących
procesom spawania i istotnie wpływa na pole temperatury w złączu,
a w konsekwencji na oszacowaną numerycznie geometrię i skład
strukturalny spoiny i strefy wpływu ciepła.
Temperatura i przemiany fazowe są powodem powstawania odkształceń
izotropowych w elementach spawanych, które generują
naprężenia spawalnicze [5, 6]. Ważnym etapem modelowania procesu
spawania jest określenie kinetyki przemian fazowych w odniesieniu
do badanej stali, ponieważ znajomość niejednorodności
strukturalnej połączenia spawanego wywołanego spawaniem jest
istotna przy projektowaniu konstrukcji.
W pracy przedstawiono prognozowanie numeryczne składu fazowego
w doczołowym połączeniu spawanym źródłem hybrydowym
laser-łuk elektryczny więcej »
Prognozowanie trwałości zmęczeniowej elementów po obróbce cieplno-chemicznej za pomocą symulacji numerycznej
Dzisiejsza technika obliczeniowa daje możliwości nieosiągalne
wcześniej metodami analitycznymi. Użycie metod numerycznych,
a zwłaszcza Metody Elementów Skończonych (MES) pozwala na
dokładniejsze prognozowanie wytrzymałości maszyn, a co jest
z tym związane, podniesienie jakości produkowanych wyrobów.
Do tej pory trudnym zagadnieniem jest prognozowanie trwałości
zmęczeniowej, zwłaszcza w złożonych stanach obciążenia. Autorzy,
stosując analityczno-numeryczne techniki, starają się poprawić
poziom prognostyki dla elementów zawierających naprężenia własne
[1]. W artykule podjęto dyskusję dotyczącą możliwości wykorzystania
analiz numerycznych w prognozowaniu trwałości zmęczeniowej
warstw azotowanych obciążonych zginaniem.
Autorzy założyli następującą hipotezę prognostyki wytrzymałości
zmęczeniowej. Wytrzymałość zmęczeniowa elementu po obróbce
cieplno-chemicznej, np. azotowaniu, może zostać określona
za pomocą właściwości zmęczeniowych materiału przed obróbką,
skorygowanych stanem naprężeń pozostających, tj. naprężeń własnych
z uwzględnieniem ich redystrybucji plastycznej, gradientem
stanu naprężenia i chropowatości oraz współczynnikami wpływu
środowiska.
Charakterystykę zmęczeniową uzyskaną podczas badań dla
odpowiedniej liczby próbek o znormalizowanym kształcie można
sprowadzić metodą regresji w najprostszej postaci do zależności
w postaci równania (1). Definiując liczbę cykli przy umownej granicy
zmęczeniowej Z0 na stałym poziomie, np. 2×106 cykli, można
rozdzielić zakresy wytrzymałości zmęczeniowej na wysokocyklową
i gigacyklową, stosując odpowiednie dla tych regionów wykładniki
b:
σ = β
⎡
⎣ ⎢
⎤
⎦ ⎥
⋅
-
Z N
N
b
0 i
0
1/
(1)
gdzie: Z0 - granica zmęczeniowa, N0 - liczba cykli dla przyjętej
granicy zmęczeniowej (np. 2×106), b - wykładnik zmęczeniowy,
σ - oddziałująca amplituda naprężenia wyznaczona analitycznie
lub tensometryczne, βi - współczynniki korekcyj więcej »
Przygotowanie powierzchni stopów Al i Mg dla procesu natryskiwania cieplnego powłok
Metody natryskiwania cieplnego pozwalają wytwarzać funkcjonalne
powłoki praktycznie na każdym podłożu (odpornym na działanie
stopionych lub nadtopionych cząstek materiału powłokowego)
i o dowolnych gabarytach. Powłoki te charakteryzują się dużą odpornością
na różne, często złożone warunki zużycia ujmujące takie
procesy, jak: zużycie ścierne, adhezyjne, abrazyjne erozyjne oraz
korozję w temperaturze pokojowej i podwyższonej. Najczęściej
są one nakładane na podłoża stalowe ze stali konstrukcyjnych, co
umożliwia osiągnięcie bardzo dobrych własności użytkowych przy
relatywnie niskich kosztach [1, 2].
Obecnie coraz częściej jako materiały konstrukcyjne stosuje się
lekkie stopy metali nieżelaznych, takich jak aluminium i magnez,
niestety mają one ograniczoną odporność na procesy zużycia ściernego
oraz małą odporność korozyjną.
Zastosowanie technologii natryskiwania cieplnego do wytwarzania
powłok ochronnych na aluminium i magnezie oraz ich stopach,
wydaje się korzystnym rozwiązaniem, pomimo że napotyka
się obecnie jeszcze wiele problemów technicznych ograniczających
ich szerokie zastosowanie. Wynikają one głównie z istotnie różnych
własności fizykochemicznych materiałów na bazie aluminium
i magnezu w porównaniu z typowymi materiałami powłokowymi
("twardych" stali, cermetali, materiałów ceramicznych), w szczególności
współczynnika rozszerzalności cieplnej i aktywności chemicznej
[3÷6].
Bardzo istotnym elementem zapewnienia dobrych własności
użytkowych powłok natryskiwanych cieplnie, tak jak i innych o adhezyjnym
charakterze powiązania z podłożem, jest właściwe przygotowanie
powierzchni podłoża [7÷10].
Stosowane procesy technologiczne przygotowania podłoża muszą
zapewnić:
-- oczyszczenie podłoża do metalicznie czystej powierzchni odpowiadającej
klasie czystości Sa3,
-- nadanie odpowiedniej chropowatości podłoża zapewniającej
możliwie dużą powierzchnię rzeczywistą, dla powłok natryskiwanych
cieplnie powinno to być Ra ≥ 10 więcej »
Przyspieszanie powstawania warstw w elementach nawęglanych próżniowo
Rosnące oczekiwania konsumpcyjne oraz szybki rozwój cywilizacyjny
wymuszają równie szybki rozwój we wszystkich gałęziach
przemysłu mechanicznego. Dotyczy to także obróbki cieplno-chemicznej,
gdzie tradycyjne nawęglanie gazowe jest wypierane przez
nowoczesną technologię nawęglania próżniowego. Przyczyną tego
stanu rzeczy jest wysoki potencjał atmosfer nawęglających procesów
nawęglania próżniowego, co skraca czas i koszty obróbki ulepszanych
cieplnie części maszyn. Dziś uniwersalne piece próżniowe
stanowią podstawowe wyposażenie technologiczne najnowocześniejszych
hartowni usługowych, jak również korporacyjnych oddziałów
obróbki cieplnej w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym,
narzędziowym oraz budowy maszyn [1÷3].
Jednakże w odróżnieniu od nawęglania gazowego, nawęglanie
próżniowe jest procesem bardziej złożonym, co sprawia, że obróbka
prowadzona tą metodą jest trudniejsza i wymusza stosowanie
większej kontroli nad przebiegiem procesu technologicznego. Stąd
też w ostatnich latach obserwuje się zwiększone zapotrzebowanie
na komputerowe narzędzia (symulatory) do projektowania i symulowania
tych procesów [4, 5].
Precyzyjny symulator wymaga precyzyjnego modelu symulowanego
zjawiska, który będzie rdzeniem jego obliczeń, stąd też tak
ważne jest prowadzenie badań pogłębiających wiedzę o przebiegu
procesu nawęglania próżniowego.
W pracy krótko przedstawiono istotę i cele przeprowadzonych
badań nad nawęglaniem próżniowym i omówiono wyniki obserwacji
zjawisk wydzieleniowych zachodzących podczas nawęglania.
Opisano również badania eksperymentalne nad możliwością skrócenia
czasu trwania procesu przez zastosowanie procesów jednosegmentowych.
nawęglanie próżniowe
Nawęglanie próżniowe jest nowoczesnym zabiegiem obróbki cieplno-
chemicznej. Polega na dyfuzyjnym nasycaniu warstwy wierzchniej
materiału węglem w wysokiej temperaturze, w wyniku czego
w warstwie powierzchniowej zostaje wytworzony odpowiedni profil
stężenia węgla. Zazwyczaj składa więcej »
Rodzaje powierzchniowego teksturowania laserowego
Pojęcie tekstura (łac. textura - tkanina, złączenie, od łacińskiego
texo - tkam, plotę) ma kilka tradycyjnych znaczeń [1]:
-- w poligrafii oznacza dawny rodzaj pisma (lub trzcionki drukarskiej),
-- w geologii - budowę wewnętrzną skały rozpatrywaną pod
względem przestrzennego rozmieszczenia jej składników i stopnia
wypełnienia przestrzeni,
-- w krystalografii - uprzywilejowaną przestrzenną wzajemną
orientacją krystalitów w materiale polikrystalicznym; układ ziaren,
warstw lub włókien w wewnętrznej budowie materiału.
Rozmieszczenie składników, stopień ich wykrystalizowania,
orientacja, wielkość i kształt ziaren w materiale polikrystalicznym
nazywane jest często teksturą krystaliczną [2]. Tekstura powoduje
anizotropię właściwości fizycznych krystalitów i udziela się całemu
polikrystalicznemu agregatowi.
Rozróżnia się [3]:
-- pod względem formy: teksturę krystaliczną osiową - wykazującą
orientację krystalitów względem pewnego kierunku oraz
płaską - wykazującą orientację krystalitów względem pewnej
płaszczyzny,
-- pod względem przyczyny powodującej powstawanie tekstury
krystalicznej: odlewniczą - spowodowaną kierunkowym odpływem
ciepła w trakcie stygnięcia odlewu, odkształcenia - spowodowaną
kierunkowym działaniem sił podczas odkształcania
plastycznego materiału na zimno, rekrystalizacji - powstającą
w trakcie rekrystalizacji, zależną głównie od tekstury odkształcenia,
składu stopu i temperatury wyżarzania.
Wytwarzanie tekstury można nazwać teksturowaniem: osiowym,
płaskim, odlewniczym, odkształceniowym, rekrystalizacyjnym.
Ze zrozumiałych względów wymienione pojęcia tekstury dotyczyły
uprzywil więcej »
Role of phosphates in improvement of surface layer on titanium alloys for medical applications
Anodic films on titanium alloys have been of great interest due to
their industrial applications [1]. However, anodizing can also result
in the incorporation of biological species into the oxide layer and
then such surface layers are of a great importance for medical purposes
[2, 3]. Such layers are not only corrosion resistant, but also
biocompatible [2÷4]. Anodizing in phosphate solutions leads to the
incorporation of phosphate ions into the oxide layers on titanium
and Ti6Al4V influencing their bioactivity and stimulating deposition
of the biocompatible hydroxyapatite [5÷8]. Unalloyed titanium
is resistant to naturally aerated pure solutions of phosphoric acid up
to 30 % wt concentration (~3.6 M), but undergoes corrosion attack
at higher concentrations and temperatures [2, 3, 9]. For lower concentrations,
up to 3 M, mainly non-dissociated acid molecules and
one protonated form H2PO4
- of phosphate ions exist in phosphoric
acid solutions [10] and they exhibit strong affinity or complexing
power towards most metal cations. The latter may be used to shape
properties of titanium implant materials for medical purposes.
The effect of anodizing at different polarization conditions in
dilute (0.5 M) and concentrated (2 M) phosphoric acid solution
is described in this paper. According to the applied anodizing
conditions the electrochemical (polarization, impedance) and
morphological examinations showed formation of either porous
and thin oxide layer [11÷23] or gel-like phosphates rich layer of
H3PO4×0.5H2O [11, 24÷29], covering thicker oxide layer on titanium.
Formation of self-organized titania nanotubes with high level
organization of pores on large surfaces [30÷35] became very useful
technology applied to many purposes, i.e. to modification of surgical
implant surfaces and to environmental and biomedical sensing.
Our efforts were focused on controlling the size and arrangement
of pores [36÷42], aiming at bone ingrowth and on use więcej »
Stabilność cieplna warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu z nadstopu niklu w środowisku gazów utleniających
Osiągi silników lotniczych zależą od temperatury gazów na wlocie
do turbiny [1]. Elementy wirujące i stacjonarne gorącej części silników
lotniczych pracują w warunkach dużych naprężeń cieplnych
i mechanicznych oddziałujących destrukcyjnie na mikrostrukturę
i właściwości użytkowe żarowytrzymałych nadstopów nawet najnowszych
generacji, używanych do ich konstrukcji. Zwiększenie
sprawności turbin gazowych przez podwyższenie temperatury ich
pracy implikuje stosowanie nowych lub ulepszonych konstrukcji
tych elementów, metod ich chłodzenia oraz warstw ochronnych.
Aluminidkowe warstwy ochronne zwiększają odporność na utlenianie
i korozję katastroficzną materiałów łopatek turbin. Podczas
eksploatacji ulegają degradacji w wyniku utleniania, korozji katastroficznej
(siarkowej) i zmęczenia cieplno-mechanicznego [1÷3].
Tlen jest podstawowym czynnikiem środowiska gazów utleniających
o wysokiej temperaturze - do ok. 1250°C wpływającym na
ich żywotność. Aluminium w warstwie aluminidkowej reaguje
z tlenem na powierzchni łopatki i tworzy termodynamicznie stabilną,
cienką warstwę Al2O3 zabezpieczającą materiał podłoża przed
dalszym utlenianiem. Podczas pracy - dalszego utleniania - w warstwie
tlenków powstają mikropęknięcia ulegające propagacji aż do
jej zniszczenia. Aluminium znajdujące się w warstwie dyfunduje
w kierunku powierzchni i odbudowuje warstwę tlenkową.
Zawartość aluminium w warstwie tlenkowej ulega zmniejszeniu
z czasem pracy - utleniania i jest przyczyną utraty jej właściwości
ochronnych.
Stabilność cieplna warstwy aluminidkowej w warunkach utleniania
zależy od składu chemicznego podłoża, wartości temperatury
i metody jej wytwarzania [4].
Badania WŁASNE - Materiały I Metodyka
Badań
W badaniach jako materiał podłoża przyjęto odlewnicze nadstopy
niklu In 100 i Mar M247 stosowane w technice lotniczej na łopatki
pierwszych stopni turbiny wysokiego ciśnienia (tab. 1).
Proces aluminiowania metodą chemicznego osadzania z fazy
gazowej więcej »
Strategiczne kierunki rozwojowe technologii nakładania powłok PVD na stop miedzi z cynkiem
Gospodarka oparta na wiedzy (GOW) polega na tworzeniu, dystrybucji
oraz praktycznym wykorzystaniu wiedzy i informacji. Promuje
ona przedsiębiorstwa, w tym małe i średnie, będące systemami
innowacyjnymi, edukacyjnymi i informacyjno-komunikacyjnymi,
świadomie zarządzającymi wiedzą jako zasobem strategicznym
z uwzględnieniem oddziaływania otoczenia. Kluczowe w tym kontekście
staje się priorytetowe ukierunkowanie badań naukowych na
najlepiej rokujące dziedziny i dyscypliny naukowe mogące mieć
duży wpływ na szybki rozwój cywilizacyjno-gospodarczy kraju,
bazując na społeczeństwie informacyjnym. Realizacja tak zdefiniowanych
celów i zamierzeń jest możliwa z wykorzystaniem koncepcji
e-foresightu i autorskiej metodologii Komputerowo Wspomaganych
Zintegrowanych Badań Foresightowych [1, 2], która
porządkuje, usprawnia i unowocześnia rzeczywisty proces badań
foresightowych. Praktyczna implementacja proponowanego podejścia
jest możliwa dzięki opracowaniu technologii informacyjnej
obejmującej: organizację wirtualną, platformę internetową i sieci
neuronowe.
Aktualnie własności użytkowe produktów coraz częściej zależą
nie tylko od możliwości przeniesienia obciążeń mechanicznych
przez cały czynny przekrój elementu z zastosowanego materiału
lub od jego własności fizykochemicznych, lecz także od struktury
i własności warstw powierzchniowych [3, 4]. Postęp w zakresie wytwarzania
i zwiększania trwałości eksploatacyjnej elementów konstrukcyjnych
i narzędzi dokonuje się w głównej mierze dzięki coraz
powszechniejszemu wykorzystaniu technik nanoszenia cienkich
powłok z twardych, odpornych na zużycie materiałów ceramicznych.
Powłoki nanoszone w procesach fizycznego osadzania z fazy
gazowej (PVD) stanowią jedną z bardziej interesujących technologii
ochrony i modyfikacji powierzchni produktów ze względu na
możliwość syntezy materiałów o unikalnych własnościach fizykochemicznych.
Ze względu na korzystną kombinację materiałową
z punktu widzenia tribologi więcej »
Structure and magnetic properties of high coercivity, nanocrystalline alloy based on Nd-Fe-B compound with overstoichiometric Nd content
The powders for production of modern, hard magnetic materials
obtained on the basis of intermetallic compounds, rare earths and
transition metals are mainly produced by rapid cooling methods
(the mechanical alloying and hydrogenation, disproportionation,
desorption, recombination methods are also used) [1÷5]. One of the
most popular method is the so-called melt-spinning, which allows
to receive the alloy in the form of thin ribbons which are quenched
in the next step of production process [6].
In this method, depending on the selection of manufacturing parameters
such as pressure inside the vacuum chamber, the linear
velocity of a copper wheel or push pressure of the liquid alloy from
a quartz tube, allow to obtain the amorphous, partially crystallized
or nanocrystalline material [7]. Manufactured nanocrystalline materials,
while maintaining appropriate selection of production parameters
does not require heat treatment in order to obtain good functional
properties (in this case magnetic) [8], in contrast to partially
crystallized or amorphous materials. Proper selection of annealing
parameters such as temperature, time and cooling method allows to
obtain the optimal microstructure, for which alloy will have the best
magnetic properties [9]. Next to proper selection of manufacturing
parameters, modifications in the alloy atomic composition allow to
adjust functional properties of the alloy [10]. In the Figure 1 three
types of structure found for the Re-Fe-B type alloys are presented,
respectively, with excessive amount of rare earth in relation to the
stoichiometric composition Re2Fe14B phase, with stoichiometric
composition and with an excessive amount of iron.
Oversteichiometric capacity of rare earth leads to the formation
of structure, consisted of large nanograins (above 40 nm) isolated
with a thin amorphous matrix (Fig. 1a). This allows to obtain the
alloy with high resistance to external demagnetization fields, i.e.
coer więcej »
Struktura i własności tribologiczne nanokrystalicznych powłok naniesionych na podłoże ze stali X40CrMoV5-1
Postęp w zakresie wytwarzania i zwiększania trwałości eksploatacyjnej
narzędzi, znajdujących zastosowanie w nowoczesnych
gałęziach przemysłu dokonuje się w głównej mierze dzięki coraz
powszechniejszemu wykorzystaniu technik nanoszenia cienkich
powłok z twardych, odpornych na zużycie materiałów ceramicznych.
Szeroki wybór dostępnych obecnie rodzajów powłok oraz
technologii ich nanoszenia jest efektem wzrastającego w ostatnich
latach zapotrzebowania na nowoczesne metody modyfikacji
i ochrony powierzchni materiałów. Obecnie spośród wielu technik
zwiększających trwałość materiałów istotną rolę w praktyce przemysłowej
odgrywają metody CVD (Chemical Vapour Deposition)
i PVD (Physical Vapour Deposition) [1, 2].
Nanostrukturalne, a w szczególności nanokompozytowe powłoki
wytwarzane w procesach fizycznego lub chemicznego osadzania
z fazy gazowej stanowią obecnie jedną z ciekawszych alternatyw
ochrony i modyfikacji powierzchni ze względu na istniejącą możliwość
syntezy materiałów o unikatowych własnościach fizycznych
i chemicznych, takich jak bardzo duża twardość [3, 4], dobra odporność
na ścieranie i erozję [5÷7], odporność na utlenianie w wysokiej
temperaturze [8]. Główną ideą uzyskania dużej twardości powłok
o strukturze nanokrystalicznej oraz wynikających z niej dobrych
własnościach mechanicznych i dużej wytrzymałości, szczególnie
w przypadku powłok nanokompozytowych, jest ograniczenie możliwości
powstawania i ruchu dyslokacji.
Bardzo istotną rolę w redukcji oporów tarcia, szczególnie w warunkach
tarcia technicznie suchego wykazują powłoki węglowe
DLC. Ich korzystne własności tribologiczne związane są głównie
ze zjawiskami poślizgu zachodzącymi w warstwie przejściowej,
spełniającej rolę smaru stałego, powstającej w strefie kontaktu tarciowego
jako konsekwencja procesów grafityzacji i utlenienia powłoki
DLC [9].
Wytwarzane w procesach PVD i CVD twarde powłoki w istotny
sposób zwiększają odporność na zużycie cierne materiałów nimi
więcej »
Struktura i właściwości mechaniczne hybrydowych powłok naniesionych techniką PVD na podłoże ze stopów magnezu i aluminium
Współczesny rozwój techniki stwarza konieczność szukania nowych
rozwiązań konstrukcyjnych, zmierzających do poprawy poziomu
efektywności i jakości produktu, do minimalizacji wymiarów
i masy, a także do zwiększenia niezawodności i stabilności
wymiarowej w warunkach eksploatacji. Nowoczesne materiały
powinny charakteryzować się dobrymi właściwościami mechanicznymi,
fizykochemicznymi i technologicznymi, aby zapewnić
długotrwałą i niezawodną eksploatację. Od kilkunastu lat jest widoczne
wzmożone zainteresowanie stopami metali nieżelaznych,
w tym także stopami magnezu i aluminium, które są przedmiotem
badań w wielu ośrodkach badawczo-naukowych i uniwersyteckich
w kraju i zagranicą, jak również u głównych producentów przemysłu
budowlanego, chemicznego, energetycznego, włókienniczego,
elektronicznego, biurowego, aeronautycznego, a w szczególności
przemysłu motoryzacyjnego, okrętowego, lotniczego i sportowego
[1÷4]. Ze względu na coraz większe zużycie paliwa na świecie, a co
za tym idzie kurczące się zapasy tego surowca oraz związane z tym
faktem problemy zanieczyszczenia środowiska naturalnego, producenci
samochodów coraz częściej skłaniają się do wytwarzania
samochodów proekologicznych, tj. przede wszystkim lżejszych od
poprzedników, a co za tym idzie mniej "paliwożernych", a także napędzanych
alternatywnymi źródłami mocy. Z tego też względu do ich
budowy wykorzystuje się często metale lekkie, w tym stopy magnezu
i aluminium, pozwalające na znaczne obniżenie masy finalnego produktu
bez utraty ogólnych właściwości mechanicznych. Obniżenie
masy samochodu o 100 kg pozwala zaoszczędzić 0,5 l benzyny na
100 km przebiegu samochodu [4]. Na tle doniesień literaturowych
stwierdzono, iż niektóre właściwości są pożądane jedynie na powierzchni
materiału, stąd zostaną wykonane badania nad kształtowaniem
powierzchni stopów lekkich magnezu i aluminium przez nanoszenie
warstw powierzchniowych w procesach PVD. Technologia ta
może być alternatywą do więcej »
Struktura i właściwości tribologiczne warstw kompozytowych Ni-P/MoS2
Aluminium i jego stopy jako materiały charakteryzujące się małym
ciężarem właściwym oraz dużą plastycznością są szeroko stosowane
w technice. Jednak zakres ich zastosowania w niezawodnie
działających urządzeniach jest w dużej mierze ograniczony zarówno
niewystarczającą twardością, jak i małą odpornością na zużycie
przez tarcie oraz małą odpornością na korozję. Jedną z metod polepszania
użytkowych właściwości wyrobów ze stopów lekkich jest
wytwarzanie na ich powierzchni warstwy z materiałów kompozytowych.
Właściwości takich warstw można projektować efektywnie
przez odpowiedni dobór materiału osnowy oraz rodzaju i zawartości
fazy dyspersyjnej. Dzięki takim warstwom powierzchniowym
spektrum zastosowania wyrobów z aluminium i jego stopów można
znacznie poszerzyć, w szczególności w obszarach, gdzie istotna jest
maksymalnie możliwa redukcja masy z jednoczesnym uzyskaniem
dobrej odporności na korozję oraz na zużycie ścierne [1÷3].
W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i właściwości
tribologicznych warstw kompozytowych Ni-P/MoS2 wytworzonych
metodą redukcji chemicznej. Połączenie w materiale kompozytowym
twardego i odpornego na korozję stopu Ni-P ze stałym
siarczkiem molibdenu MoS2 pozwala uzyskać materiały sprawdzające
się doskonale w warunkach, gdzie wymagana jest dobra odporność
na zużycie ścierne, w szczególności elementów działających
w warunkach ekstremalnej próżni i temperatury.
Heksagonalna budowa siarczku molibdenu powoduje obniżenie
współczynnika tarcia, z więcej »
Struktura i zmiana stężenia pierwiastków stopowych w strefie złącza bimetalowych blach po walcowaniu i wyżarzaniu normalizującym
Bimetalowe materiały, takie jak druty, pręty, taśmy, blachy, znajdują
szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Zastosowanie
wyrobów bimetalowych wynika z nadania wyrobom przemysłowym
określonych własności fizycznych i mechanicznych będących
właściwościami powłoki (np. odporność korozyjna, przewodnictwo
elektryczne) oraz podłoża (np. wysoka wytrzymałość). Otrzymywanie
wyrobów bimetalowych może odbywać się w wyniku wykorzystania
fali uderzeniowej wybuchu - platerowanie wybuchowe
lub detonacyjne [1, 2], platerowanie przez napawanie [3] lub walcowanie
na gorąco. Utwardzanie stabilnego połączenia pomiędzy
materiałem podstawowym (stal konstrukcyjna) a warstwą plateru
ze stali podczas odkształcania na gorąco jest uwarunkowane wartością
temperatury i gniotu oraz szybkością odkształcania. Wysoka
temperatura oraz parametry odkształcania dzięki wytworzeniu wakancji
i dyslokacji, a także procesom relaksacyjnym i rekrystalizującym
wpływają na procesy dyfuzyjne. Strumień dyfuzji pierwiastka
przez powierzchnię rozdziału łączonych elementów zależy nie
tylko od gradientu potencjału chemicznego tego pierwiastka, lecz
również od gradientu potencjałów chemicznych innych pierwiastków.
Wpływ ma również wielkość ziarna. Dlatego problem opisu
procesów dyfuzji przez powierzchnię rozdziału stal podstawowa-
-plater jest zagadnieniem skomplikowanym.
W prezentowanym artyku więcej »
Surface functionalization for tissue analog of blood contacting materials
ROMAN MAJOR JUERGEN M. LACKNER PIOTR WILCZEK MAREK SANAK MICHAŁ SOBOTA MAREK KOWALCZUK JAN MARCZAK KATARZYNA MAKSYMOW BOGUSŁAW MAJOR
Blood contacting materials could initiate several processes, which
can endanger the life, like the formation of thromboemboli. Properties
of new designed materials could minimize influence of the human
organism. For blood contact, the biocompatibility requirements
are of the highest level of all biomaterial applications, which is due
to the continuous blood flow and the high reactivity of blood molecules
and cells. Blood contacting materials could initiate several
life-endangering processes such as formation of thromboemboli,
even in the presence of anti-clotting agents. Thus, our research in
the frame of integrated national and international activity is focused
on fabrication and diagnostics of materials characterized by reduction
or erasing of thrombogenicity.
In the last years of material development, lower thrombogenicity
was primarily tried to reach by modifying existing material
surfaces. Despite the successes in reducing protein and cellular
deposits on some materials, this approach do not target to a truly
non-thrombogenic surface. Recently, attempts are starting to create
self-assembling layers. Such approach is realized in our research
activity by the multidisciplinary, international work.
Estimation of the cell-material interaction plays an important
role in the biomaterial design. Titanium and carbon basis biomaterials,
such as diamond-like carbon (DLC), titanium (Ti), and stoichiometric
titanium nitride (TiN) as well as titanium carbo-nitrade
(Ti(C, N)), seem to be good candidates for future blood-contact applications.
These materials were deposited as thin films by the hybrid
pulsed laser deposition (PLD) technique to examine the influence
of such surfaces on cell behavior. The cell-material reactions
were examined in static conditions and then subjected to a dynamical
test by application of a radial flow chamber specially design to
observe the cell detachment kinetics.
Concept of design
The concept of design is więcej »
System areologiczny - model funkcjonalny i fizyczny
Najwszechstronniejszy myśliciel i uczony starożytności, nauczyciel
Aleksandra Macedońskiego, Arystoteles (384÷322 p.n.e.) twierdził,
iż "Całość to więcej niż suma jej części". Albowiem części
systemu fizycznego, w odróżnieniu od składowych sumy w matematyce,
zwykle oddziałują na siebie - synergicznie lub antagonistycznie
[1].
Niewątpliwie z tego poglądu Arystotelesa skorzystał holizm (gr.
hólos = cały) - teoria rozwoju zapoczątkowana przez H. Smutsa,
propagowana przez niektórych biologów i filozofów angielskich
na początku XX w. głosiła m.in., że całości nie da się sprowadzić
do sumy części. Przenosząc ten holistyczny pogląd Arystotelesa
na grunt techniki można stwierdzić, że system fizyczny w postaci
na przykład samochodu - to funkcjonalnie więcej niż suma części
składowych, choć formalnie (arytmetycznie) stanowi sumę połączonych
części. System - to nie tylko suma elementów, ale i współdziałanie
między nimi [2].
Do areologii pojęcie systemu zostało wprowadzone przez autora
po raz pierwszy w 2004 r. - został on nazwany systemem areologi
cznym. W 2004 r. został podany jego model fizyczny [1], a w 2009 r.
został opracowany model funkcjonalny, prezentowany obecnie.
Model funkcjonalny syste mu
areologicznego
Budowa modelu
W modelu funkcjonalnym systemu areologicznego rozpatruje się
ogólne relacje zbioru elementów systemu.
Na podstawie ogólnej teorii systemów [3÷5] można sformułować
definicję systemu areologicznego:
S y s t e m a r e o l o g i c z n y SA jest to uporządkowany wewnętrznie
układ w postaci zbioru areologicznych elementów materialnych
powiązanych strukturalnie i funkcjonalnie między sobą, działających
wspólnie i oddziałujących na siebie, aby osiągnąć określony
cel (lub cele) działania, niemożliwy do osiągnięcia przez poszczególne
elementy.
Funkcją systemu areologicznego - jak każdego systemu - jest
transformacja wielkości wejściowych {X} w wielkości wyjściowe
{Y}, przebiegająca zwykle w obecności zakłóceń {Z} i ze więcej »
Technologia aluminiowania stali i stopów niklu w złożu fluidalnym – AluTermoFluid
Obróbka cieplno-chemiczna w złożach fluidalnych jest znana od
wielu lat. W kraju wiodącymi ośrodkami w tym obszarze jest Politechnika
Częstochowska oraz Instytut Mechaniki Precyzyjnej.
Przeprowadzone badania [1, 2] oraz wdrożenia technologii i urządzeń
[3] wykazały, że obróbka fluidalna znajduje zastosowanie
w technologiach niskotemperaturowych, tzn. takich, w których
temperatura złoża nie przekracza 700°C. Najbardziej rozpowszechnionymi
takimi technologiami są azotowanie, azotoutlenianie, węgloazotowanie,
utlenianie i hartowanie izotermiczne [4].
Wybór technologii fluidalnej do obróbek cieplno-chemicznych
spowodowany jest jej unikatowymi właściwościami, do których
można zaliczyć:
-- łatwy dostęp do przestrzeni roboczej pieca,
-- szybkie nagrzewanie wsadu,
-- równomierna temperatura w przestrzeni roboczej,
-- równomierna temperatura na powierzchni i wzdłuż przekroju
wsadu niezależnie od jego wymiarów i kształtu,
-- możliwość prowadzenia procesów dyfuzyjnych na otwartym
piecu,
-- łatwe dostosowanie pieca do zmian rodzaju obróbki,
-- możliwość pracy w całym zakresie temperatury.
Złoże może być wykorzystywane i do obróbek fluidalnych
w wyższej temperaturze, mianowicie do azotonawęglania czy nawęglania.
Decydują o tym przede wszystkim właściwości złoża
fluidalnego, które w wysokiej temperaturze wymaga ochrony przed
wpływem otoczenia. W ostatnich latach dzięki wynikom badań prowadzonych
w ramach współpracy Instytutu Mechaniki Precyzyjnej
z Białoruskim Narodowym Uniwersytetem Technicznym w Mińsku
oraz z Akademią Górniczo-Hutniczą stało się możliwe prowadzenie
procesów cieplno-chemicznych również w wysokiej temperaturze.
TECHNOLOGIA Alu Ter moFluid ®
Do tej pory źródłem atomów pierwiastków dyfundujących do warstwy więcej »
Technologia i mikrostruktura powłokowej bariery cieplnej uzyskanej metodami natryskiwania plazmowego i aluminiowania gazowego na stopie Re 80
Wysokie wymagania stawiane nowoczesnym turbinom gazowym
oraz turbinowym silnikom lotniczym dotyczące zmniejszenia ilości
zużywanego paliwa oraz zmniejszenia ilości zanieczyszczeń
w spalinach determinują rozwój nowoczesnych technologii pozwalających
na zwiększanie ich sprawności i efektywności. Podnoszenie
temperatury pracy turbiny silnika lotniczego wymaga
stosowania zaawansowanych materiałów - nadstopów niklu oraz
powłok ochronnych. Obecnie prowadzone są prace badawcze nad
opracowywaniem bardziej efektywnych powłokowych barier cieplnych
chroniących powierzchnię łopatek przed wysoką temperaturą
i korozją. W praktyce przemysłowej stosuje się powłokę wielowarstwową,
w której poszczególne warstwy spełniają odmienną rolę.
Wewnętrzna warstwa metaliczna chroni powierzchnię materiału
przed oddziaływaniem czynników korozyjnych, a zewnętrzna - ceramiczna
- pełni funkcję izolacji cieplnej. W zależności od konstrukcji
pokrywanego elementu są stosowane dwie technologie wytwarzania
powłok TBC. Na elementy stacjonarne takie jak elementy
komór spalania oraz aparaty kierujące stosuje się międzywarstwę
złożoną z wieloskładnikowego stopu typu MCrAlY zwykle
natryskiwanego plazmowo (APS) lub naddźwiękowo (HVOF) oraz
warstwę zewnętrzną, ceramiczną, bazującą na tlenku cyrkonu stabilizowanym
tlenkiem itru (YSZ). Zewnętrzna warstwa ceramiczna
ma liczne porowatości oraz pęknięcia. Sprzyja to zmniejszeniu
jej przewodnictwa cieplnego. W przypadku łopatek turbiny wysokiego
ciśnienia pierwszych stopni jako międzywarstwy stosuje się
dyfuzyjne warstwy aluminidkowe. Są one modyfikowane platyną,
hafnem, palladem lub cyrkonem. Warstwę ceramiczną o mniejszej
grubości od stosowanych na elementach komór spalania wytwarza
się metodą EB-PVD - fizycznego osadzania z fazy gazowej z odparowaniem
za pomocą wiązki elektronów [1÷4].
Czynnikiem decydującym o trwałości powłok TBC jest połączenie
międzywarstwy i zewnętrznej powłoki ceramicznej. W wyniku
eksploatacji powst więcej »
The application of PVD coating for tools used at tube straightening
Straightening is a technology that is used to remove undesirable
distortions. Curvature of the product axis arises as a result of the
production technology [1]. Straightening leads to the elimination or
reduction of curvature in the metal products using external forces.
In practice, the tube runs between the straightening rolls that are
rotated to the direction of straightening at an angle (Fig. 1).
The roll’s profile is not the tube’s radius. The profile is hyperbolic;
the contact roll touches the tube at just three points (Fig. 2).
The tube rotates as it passes through the straightening machine.
While passing through the machine, the tube is subjected to two
specific straightening forces:
1. Pressure straightening. Each pair of rolls can be adjusted so that
the gap between them is slightly smaller than the outside diameter
of the tube. As the tube passes through this restricted gap, it
is subjected to pressure which, if sufficient, will cause the tube
walls to be strained past their elastic limit, thereby causing some
straightening of the tube. If this ability to squeeze the tube is
used correctly, the tube will be "rounded up," removing some or
all of its ovality (Fig. 3) [2];
2. Bend, or offset, straightening. One or more pairs of rolls can be
adjusted to cause the tube to follow a curved path through the
machine (F więcej »
Thermodynamic justification for the intermetallic layers formation within the hexagonal single crystal
Many eutectic systems exhibit either a lamellar or rod-like structure
depending on solidification conditions, Elliott [1]. Especially,
growth rate plays a crucial role in the lamella/rod transformation.
Some impurities also involve the transition, Steen and Hellawell
[2]. The impurities change the specific surface free energies and
finally modify a mechanical equilibrium at the triple point of the
solid/liquid interface. According to the current model assumptions,
the mechanical equilibrium varies with solidification conditions
(growth rate) and no effect of impurities is observed. A given orientation
of crystal manifests a proper growth rate. Some changes
of the orientation from an initial state into a final one give also an
effect on the lamella/rod transtition, [3].
The theory developed by Jackson and Hunt [4] has tried to predict
the threshold rate at which transformation should occur. It
yields:
a m a m a m a m
E P
L L R R
α α β β α α β β ξ ξ
ξ
/ / / / /
/ / .
+ + >
+
( ) ( )
(4 )(1 (1 ) ) 1 5
(1)
The discerning analysis shows that the above inequality can
predict whether an eutectic alloy manifests lamellar or rod-like
structure, only. E, P and aj
L, aj
R - parameters applied in theory [4],
j = α, β, ζ = Sβ/Sα, mj - slope of the liquidus lines, respectively,
j = α, β.
Thus, the inequality characterizes a given phase diagram. Thus,
Eq. (1) cannot be applied to describe the structural transformation.
It is evident that the Eq. (1) is completely misleading in the
case of some predictions connected with structural transformation.
Therefore, a new condition for transformation based on the calculation
of the minimum entropy production will be applied in the current
analysis. All the threshold growth rates will be determined for
the (Zn)-Zn16Ti eutectic system by means of the current theorem.
According to the current theorem th więcej »
Two-stage gas boriding of carburized steel in N2–H2–BCl3 atmosphere
Boronizing is a thermochemical surface treatment in which boron
atoms diffuse into the surface of a workpiece to form borides with
the base material. When applied to the adequate materials, boronizing
provides high hardness, wear and abrasion resistance, heat resistance
or corrosion resistance [1÷7]. This process generally results
in the formation of FeB and Fe2B needle-like microstructure at the
surface of steel. 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
lessen 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÷18] and laser heat treatment (LHT)
after boriding [19÷27].
The borocarburizing process [12÷16, 18] 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
[12÷15] and increased low-cycle fatigue strength [18] in comparison
with typical borided layers.
In this paper new method of gas boronizing was used to the
formation of gradient borocarburized layers. First, instead of H2-
BCl3 atmosphere [12÷18], more safe gas mixture consisting of
N2-H2-BCl3 was used [28]. Second, the two-stage boriding was applied
in order to acceleration of boron diffusion and to minimize of
FeB phase presence. This process consists in two stages: saturation
by boron and diffusion annealing. During first step BCl3 was added
to N2-H2 atmosphere. BCl3 to hydrogen ratio was higher than that
previously added [12÷18]. Second step consisted in diffusion annealing
while an addition of BCl3 was switched off. Th więcej »
Umocnienie warstwy wierzchniej odlewów z żeliwa sferoidalnego ausferrytycznego poddanych kulowaniu
Mikrostrukturę osnowy żeliwa sferoidalnego ausferrytycznego (Austempered
Ductile Iron - ADI) opisuje się zwykle jako mieszaninę
płytkowego ferrytu i wysokowęglowego austenitu - ausferryt [1].
Wspomniany austenit nie jest jednak jednorodny. Jego poszczególne
rodzaje w ADI można nazwać: austenitem nieprzemienionym,
austenitem przemienionym stabilnym i przemienionym metastabilnym.
Najmniej rozpoznanym z nich jest austenit metastabilny, którego
temperatura MS znajduje się nieco poniżej 0°C. Jego obecność
w strukturze ADI jest przyczyną problemów z obróbką skrawaniem
[2]. Pod wpływem oddziaływania ostrza skrawającego austenit metastabilny
ulega transformacji na martenzyt i tym samym powoduje
szybkie zużycie narzędzia przy kolejnych przejściach. Zjawisko
to jest charakterystyczne dla efektu TRIP (Tranformation Induced
Plasticity).
Efekt TRIP w żeliwie sferoidalnym ausferrytycznym opisywano
już od roku 1996 [3], jednak do tej pory nie rozpowszechniono
jego związku z właściwościami żeliwa. Jeżeli jednak przemianę
austenitu w martenzyt pod wpływem oddziaływania naprężeń i odkształcenia
poddać dokładnej analizie, może okazać się, że będzie
ona znacząco wpływać na większość z unikatowych właściwości
ADI - umacniać powierzchnię poddaną ścieraniu, zwiększać wytrzymałość
zmęczeniową, czy choćby zapewniać doskonałe połączenie
wytrzymałości i plastyczności porównywalne Z wieloma gatunkami
stali [4÷6]. Efekt TRIP jest zatem niezwykle interesujący
z punktu widzenia uzyskiwania najkorzystniejszych właściwości
ADI. Musi być również kontrolowany, aby maksymalnie go wykorzystać.
Przykładem jest prezentowana w ar więcej »
Utlenienie wieloskładnikowego aluminidku żelaza na osnowie fazy FeAl
Stopy na osnowie uporządkowanych faz międzymetalicznych
z udziałem aluminium należą do nowej grupy materiałów żarowytrzymałych,
posiadających unikatowe właściwości fizykochemiczne
i mechaniczne, które czynią je potencjalnym tworzywem
do zastosowania w warunkach podwyższonej temperatury i środowiska
korozyjnego [1]. W tej grupie stopów, aluminidki żelaza na
osnowie uporządkowanej fazy międzymetalicznej FeAl odznaczają
się doskonałą odpornością na korozję wysokotemperaturową (w atmosferze
utleniającej, nawęglającej i zawierającej związki siarki),
a także małą gęstością w porównaniu ze stalami stopowymi i niskimi
kosztami surowców [2÷4]. Głównymi przeszkodami w praktycznym
wykorzystaniu aluminidków żelaza jest mała plastyczność
w temperaturze pokojowej oraz zmniejszenie wytrzymałości
w temperaturze powyżej 600°C [5].
Prowadzone od szeregu lat badania wykazały, że poprawę tych
właściwości można uzyskać przez: odpowiedni dobór zawartości
aluminium, wprowadzenie makrododatku chromu i mikrododatków
stopowych (głównie cyrkonu i boru), wydzielenia faz umacniających,
kontrolę warunków powierzchniowych i struktury ziaren,
zachowanie odpowiednich parametrów procesu technologicznego,
jak również przez wykorzystanie odkształcenia wybuchowego i następującej
po nim rekrystalizacji [6÷11].
Badania technologicznej plastyczności przeprowadzone w pracy
[12] wykazały, że odlewane stopy FeAl z dodatkiem Cr, Mo, Zr
i B mogą być przerabiane z wykorzystaniem ujawnionego efektu
nadplastyczności.
O ile korzystny wpływ dodatków stopowych Cr, Zr i B na właściwości
mechaniczne stopów FeAl nie budzi wątpliwości [10], to
w literaturze brak jest wyczerpujących informacji na temat wpływu
tych dodatków na właściwości utleniania. Dostępne dane dotyczą
głównie dwuskładnikowych stopów FeAl [13÷15] lub stopów na
osnowie fazy Fe3Al [16÷18].
Celem obecnej pracy było opisanie procesu utleniania aluminidku
żelaza na osnowie fazy FeAl z makrododatkiem chromu i mikrod więcej »
Utwardzanie stopu AW 5754 przez napawanie stopem AW 7075
Stopy aluminium charakteryzują się małą gęstością i stosunkowo dobrą
odpornością na korozję wywołaną pasywacją powierzchni, przy
zadowalających właściwościach wytrzymałościowych. Mechanizmy
umacniania wydzieleniowego stopów aluminium pozwalają na
zwiększenie ich twardości, jednak nie wszystkie gatunki podlegają
obróbce cieplnej. Tymczasem elementom konstrukcyjnym wykonanym
ze stopów lekkich stawia się coraz wyższe wymagania wytrzymałościowe
przy zachowaniu ich małej masy. W szczególności
wymaga się od nich spełnienia szeregu zależności materiałowych,
technologicznych czy eksploatacyjnych, np. dobrych właściwości
mechanicznych i jednocześnie dobrej odporności na korozję. Rodzi
to potrzebę poszukiwania alternatywnych metod inżynierii powierzchni
[1, 2], czy łączenia ze sobą różnoimiennych materiałów
o odmiennym składzie chemicznym [3÷5]. Umożliwia to tworzenie
w ich strukturze nowych faz międzymetalicznych o dużej twardości,
często nieobecnych w materiałach podstawowych, co pozwala
na uzyskanie napoiny o wysokiej jakości i wytrzymałości.
Stopy serii 5xxx należą do stopów o największej odporności na
korozję w środowisku morskim i z tego względu znalazły zastosowanie
na elementy konstrukcji okrętowych. Jednak ze względu na
brak możliwości umacniania wydzieleniowego, nawet stosowane
dla nich umocnienie zgniotem nie pozwala na uzyskiwanie twardości
zbliżonej do stopów serii 2xxx czy 7xxx, co stanowi istotną
przeszkodę w ich aplikacji.
Tymczasem stopy aluminium z serii 7xxx należą do stopów aluminium
o dużej wytrzymałości i utrudnionej spawalności. Problemem
jest, że wykazują tendencję do pęknięć spawalniczych i spadku
twardości w obszarze spoiny z zastosowaniem tradycyjnych
metod spawalniczych [6].
Wykonanie połączenia spawanego przez napawanie stopu serii
5xxx stopem serii 7xxx, powinno pozwolić na uzyskanie większej
od stopu AW7075 odporności na korozję elektrochemiczną, zbliżonej
do stopów serii5xxx. Równocześnie powinno to wyw więcej »
Warstwa wierzchnia stali węgloutwardzonej po testach zmęczenia mechanicznego
Transport samochodowy jest obecnie jednym z istotnych elementów
życia. Na rynku pojawia się coraz więcej różnych modeli samochodów
i dla przeciętnego użytkownika nie jest ważna znajomość
budowy posiadanego samochodu, lecz komfort jazdy, łatwość
prowadzenia pojazdu oraz bezpieczeństwo eksploatacji. Dlatego
zespoły stosowane w pojazdach muszą niezawodnie ze sobą współpracować.
Jednym z takich zespołów, od których zależy nie tylko
samo poruszanie się pojazdu, ale także bezpieczeństwo na drodze
i niezawodność jest układ przenoszenia napędu z jednostki napędowej
do kół pojazdu. Półosie napędowe służą do przenoszenia
momentu obrotowego od przekładni głównej do kół napędowych
samochodu. Przekazanie momentu obrotowego ze skrzyni biegów
do kół jezdnych pojazdu w zależności od konstrukcji układu napędowego
odbywa się różnymi sposobami [1÷3]. W klasycznych
układach napędowych będących domeną przede wszystkim samochodów
ciężarowych i autobusów, ale również często w samochodach
osobowych, za skrzynią biegów znajduje się wał napędowy,
który przenosi moment obrotowy do oddalonego na różną odległość
mostu napędowego, w którym musi on przejść jeszcze przez
przekładnię główną i mechanizm różnicowy. W zblokowanych
układach napędowych stosowanych powszechnie w samochodach
osobowych proces ten zachodzi odmiennie. Elementy mostu napędowego,
a więc przekładnia główna i mechanizm różnicowy są
zintegrowane ze skrzynią biegów we wspólnym korpusie. Moment
obrotowy dociera do kół jezdnych wyłącznie za pomocą półosi
napędowych. Półosie mogą być sztywne lub przegubowe w zależności
od tego, czy doprowadzają moment do kół napędowych
kierowanych czy niekierowanych oraz czy koła te są zawieszone
zależnie czy niezależnie. Należy zwrócić uwagę to, iż zespół napędowy
zamocowany jest elastycznie do masy resorowanej, a koła
jezdne należą do masy nieresorowanej. Charakterystyka drgań obu
tych mas jes więcej »
Właściwości ochronne powłoki kompozytowej: poli(3,4-etylenodioksytiofen), kwas benzopirolowy oraz fosforomolibdenian niklu (Ni1,5PMo12) osadzonej na stali X20Cr13
W ostatnich latach szczególną uwagę zwraca się na projektowanie
i przygotowywanie powłok chroniących metale przed korozją.
Wysiłek ten jest częściowo motywowany pragnieniem zastąpienia
powłok chromianowych używanych do zabezpieczenia przed korozją
stopów żelaza i aluminium. Udowodniono, iż chrom zagraża
środowisku i ludzkiemu zdrowiu, a jego użycie w wielu krajach będzie
radykalnie ograniczane. Elektroaktywne polimery przewodzące
reprezentują klasę interesujących materiałów do zastosowania
w postaci powłok chroniących przed korozją i prawdopodobnie to
one, lub układy kompozytowe na ich bazie, zastąpią powłoki chromianowe
[1].
Obecnie najpowszechniejsza strategia walki z korozją polega na
nakładaniu jednej lub więcej powłok organicznych na metal. Aktywne
ogniwo korozyjne wymaga obecności utleniacza na powierzchni
metalu, jak również mechanizmu ruchu jonów po powierzchni pomiędzy
anodowym i katodowym miejscem ogniwa korozyjnego (w
celu utrzymania równowagi ładunków). Taki ruch jonów zwykle
występuje w obrębie cienkiej warstwy elektrolitu, która tworzy się
na powierzchni metalu. Powłoki powodują obniżenie szybkości korozji
przez zmniejszenie szybkości dostępu tlenu cząsteczkowego,
wody oraz jonów takich jak H+ do powierzchni metalu. Powłoki
służą również do zwiększenia oporu ruchu jonów na granicy faz (tj.
polaryzacji omowej ogniwa korozyjnego), co również przyczynia
się do obniżenia szybkości korozji. Woda, tlen cząsteczkowy i jony
ze środowiska przenikają przez powłokę i docierają do powierzchni
metalu. Defekty w powłoce (naturalne lub wprowadzone przypadkowo)
przyspieszają ten proces [1÷3].
Z tego powodu zwykle stosowany jest układ powłok, w którym
na metal nakładana jest powłoka gruntująca, po której następuje
powłoka nawierzchniowa mająca pożądane własności pod względem
zaporowym oraz ewentualnie wyglądu zewnętrznego. Powłoka
gruntująca jest wybierana tak, aby miała dobrą przyczepność do
metalu oraz zawierała aktywne skład więcej »
Właściwości tytanu po utlenianiu w złożu fluidalnym
Nową gałęzią inżynierii materiałowej jest inżynieria biomedyczna.
Kierunek ten pozwala na sformułowanie nowych wymagań, które
stawiane są biomateriałom [1]. W medycynie szerokie zastosowanie
znajduje tytan i jego stopy. Zastosowanie tych materiałów jest
podparte ich odpowiednimi właściwościami. Tytan i jego stopy
charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Do
cennych właściwości tytanu i jego stopów należy dobra odporność
na korozję elektrochemiczną, wytrzymałość właściwa oraz biozgodność.
Jednak do ograniczeń tych biomateriałów należy mała
odporność tribologiczna, na utlenianie oraz powszechnie występujące
zjawisko metalozy - uwalnianie metalu bądź składników
stopu do środowiska biologicznego. Ta ostatnia niekorzystna cecha
wspomnianych biomateriałów może powodować zapalenia i obrzęki
tkanki łącznej, z którą styka się implant tytanowy lub też może
doprowadzić do odrzutu wszczepu przez organizm ludzki [2].
Powstało już wiele prac, które opisują i badają właściwości
głównie stopów tytanu [1, 3÷6], jednak nadal pracuje się nad uzyskaniem
jeszcze lepszych właściwości stopów tytanu, a zwłaszcza
czystego tytanu. Wcześniej wspomniana mała odporność na utlenianie
powoduje, że na powierzchni tytanu powstaje samoistnie
tlenek tytanu. Rutyl tworzy się już w temperaturze pokojowej [5]
i charakteryzuje się lepszą odpornością na korozję niż tytan [7]. By
uzyskać jak najlepsze właściwości tytanu stosuje się różnego rodzaju
obróbki cieplne oraz ulepszanie warstwy wierzchniej. Przez
stosowanie obróbki hybrydowej uzyskiwane są warstwy dyfuzyjne
o kontrolowanej mikrostrukturze, składzie chemicznym i fazowym
oraz odpowiedniej topografii [1]. Najpowszechniejszym procesem
jest proces utleniania - anodowanie, obróbka w złożu fluidalnym,
parze wodnej oraz utlenianie iskrowe. Ze względu na specyfikę metody,
każda z otrzymanych warstw wierzchnich różni się morfologią,
strukturą, a w niektórych przypadkach składem chemicznym.
Wytwarzanie więcej »
Właściwości warstw duplex wytwarzanych w procesie tytanowania próżniowego na stali pokrytej stopem niklu
Badania przedstawione w pracy dotyczą nowoczesnej tematyki
inżynierii powierzchni, obróbki cieplno-chemicznej realizowanej
w sposób ekologiczny, przez zastosowanie metody próżniowej,
wchodzącej w obszar metod PVD - osadzania par metali, np. tytanu,
na powierzchni stali w procesie tytanowania próżniowego.
Dyfuzyjne nasycanie stali pierwiastkami metalicznymi, jak np. tytanem,
stosuje się w celu zwiększania trwałości narzędzi i części
maszyn narażonych w eksploatacji na zużycie przez tarcie [1÷3].
Odporność na zużycie przez tarcie wykazują warstwy tytanowane
o strukturze węglikowej wytwarzane na stalach o średniej lub dużej
zawartości węgla [4, 5]. Warstwy te mają jednak niedostateczną odporność
korozyjną m.in. w środowiskach wodnych zawierających
kwas siarkowy [5÷7]. Polepszenie ich odporności korozyjnej można
uzyskać dzięki połączeniu galwanicznego nanoszenia powłok ze
stopów niklu z obróbką cieplno-chemiczną [7÷10].
Przedmiotem badań w pracy, była modyfikacja budowy warstw
węglikowych wytwarzanych w procesach tytanowania próżniowego,
przeprowadzana przez elektrolityczne nakładanie powłok ze
stopu niklu z molibdenem na powierzchnię stali narzędziowej przed
następnym procesem dyfuzyjnego tytanowania. Zamierzeniem tak
prowadzonej obróbki było zwiększenie odporności korozyjnej wytwarzanych
warstw przy jednoczesnym zachowaniu ich dobrej odporności
na zużycie przez tarcie. Zmodyfikowane warstwy duplex
TiC + (Ni-Mo) można będzie zastosować w przemyśle spożywczym,
chemicznym lub w energetyce. Umożliwi to zaoszczędzenie
drogich i deficytowych stopów tytanu, które będzie można zastąpić
stalami tytanowanymi metodą próżniową, po uprzednim nałożeniu
na ich powierzchnię powłoki elektrolitycznej ze stopu Ni-Mo.
WYTWARZANIE WAR STW
Węglikowe warstwy typu TiC wytwarzano w procesach tytanowania
próżniowego na próbkach ze stopowej stali narzędziowej
X165CrV12 (NC10 według PN). Procesy tytanowania prowadzono
w piecu próżniowym w zakresie temper więcej »
Wpływ budowy warstwy chromokrzemowanej na właściwości tribologiczne w środowisku korozji
Przemysł wymaga od konstruktorów i technologów projektowania
części maszyn i urządzeń o najwyższym stopniu niezawodności.
Już w fazie ich projektowania uwzględniane powinny być takie rozwiązania
konstrukcyjne oraz takie obróbki cieplne lub cieplno-chemiczne
wyrobów stalowych, które gwarantowałyby ich trwałość
podczas eksploatacji. W celu polepszenia właściwości użytkowych
części maszyn są stosowane różnorodne technologie wytwarzania
warstw powierzchniowych [1÷10]. Poszukuje się tanich metod,
takich jak np. chromokrzemowanie dyfuzyjne, polegające na równoczesnym,
dyfuzyjnym nasycaniu stali atomami chromu i krzemu,
dla zwiększenia odporności na korozję i odporności na zużycie
przez tarcie wyrobów stalowych .
Chromokrzemowanie metodą proszkową (pack cementation)
może znaleźć zastosowanie w przedsiębiorstwach, w których nakłady
finansowe na działalność produkcyjną są niewielkie, bowiem
technologia ta nie pochłania znaczących kosztów, a właściwości
użytkowe warstw spełniają oczekiwania odbiorców. Zagadnienia
dotyczące odporności na korozję oraz odporności na zużycie
przez tarcie dyfuzyjnych warstw chromokrzemowanych omówiono
szczegółowo m.in. w pracach [11÷16]. Mniej doniesień literaturowych
dotyczy ich właściwości tribokorozyjnych [17].
Przedmiotem badań w prezentowanej pracy były właściwości
tribologiczne warstw chromokrzemowanych na stali C45 w warunkach
oddziaływania wód kopalnianych, na które narażone są części
maszyn i urządzeń górniczych.
WYTWARZANIE WARSTW
Dyfuzyjne warstwy chromokrzemowane wytwarzano metodą
proszkową na próbkach ze stali C45. Skład chemiczny tej stali
według atestu hutniczego podano w tabeli 1. Procesy chromokrzemowania
prowadzono w laboratoryjnym piecu LABOTHERM
LH15/14 w temperaturze 1000°C przez 6 h.
Mieszanina proszkowa do chromokrzemowania zawierała: 70%
żelazochromu z dodatkiem SiC, 29,5% kaolinu oraz 0,5% chlorku
amonu NH4Cl. Próbki ze stali C45 przeznaczone do badań
umieszczano w uprzednio przy więcej »
Wpływ cząstek SiO2 na wybrane właściwości mechaniczne hartowanej stali
W pracach pojawiły się przesłanki wykorzystania nanocząstek
Al2O3 w ośrodkach hartowniczych [1]. Autorzy tej pracy, K. Narayan-
Prabhui i Peter Fernades, zajęli się wykorzystaniem nanocząstek
Al2O3 w celu poprawy właściwości hartowniczych różnych ośrodków
chłodzących przez zmniejszenie szybkości chłodzenia w przemianie
martenzytycznej.
Natomiast w pracy [2] przedstawiono związki lub materiały
możliwe do wykorzystania w ośrodkach chłodzących, którymi
oprócz Al2O3 mogą być: CuO, Cu2O, Cu, Au i Ag.
Termin nanomateriał dotyczy materiału o strukturze nanokrystalicznej,
którego rozmiar w jednym kierunku nie przekracza 100 nm.
Właściwości materiału obrabianego cieplnie zależą od wielkości
ziaren oraz ich rozmieszczenia. Czynnikiem kształtującym właściwości
materiału jest w głównej mierze rozmiar cząstek wchodzących
w skład mikrostruktury, co bezpośrednio wpływa na zachodzące
tam zjawiska fizyczne.
Zainteresowanie związkiem SiO2 zwanym potocznie krzemionką
wynika z tego, że jest on bezwodnikiem kwasu krzemowego,
jest bezbarwnym i twardym ciałem stałym o temperaturze topnienia
1710°C, nierozpuszczalnym w wodzie i kwasach (oprócz
kwasu fluorowodorowego). Krzemionka jest wielofunkcyjnym
materiałem ceramicznym, który jest używany w różnych branżach
w celu poprawy jakości powierzchni i właściwości mechanicznych.
Stosowana jest jako wypełniacz, dodatek, modyfikator reologiczny
lub dodatek w przetwórstwie wielu rodzajów produktów, takich
jak: farby i powłoki, tworzywa sztuczne, syntetyczne gumy, kleje,
uszczelniacze lub materiały izolacyjne.
Dla większości zastosowań krzemionki dobre i jednolite jej
rozproszenie w produktach jest bardzo ważne. W przypadku zastosowania
ich do cieczy, następuje aglomeracja cząstek, co utrudnia
poszczególnym cząstkom krzemionki kontakt z cieczą. Jednak
w przypadku tego typu związków należy zastosować sonikację. Proces
ten polega na wykorzystaniu ultradźwięków, czyli fali dźwiękowych
o częstotliwości powyżej więcej »
Wpływ dodatku ceramiki cyrkonowej na biotolerancję powłok hydroksyapatytowych
Doświadczenia kliniczne z biomateriałami metalicznymi wskazują,
iż poprawa własności fizykochemicznych jest możliwa przez wytworzenie
na ich powierzchni powłok bioceramicznych, których
odpowiednia porowatość stwarza możliwość wrastania w nie tkanki
biologicznej, co w konsekwencji może prowadzić do pełnej regeneracji
kości. Szerokie zastosowanie warstwy bioceramicznej HAp
w medycynie uzasadniają liczne zalety, takie jak: brak po zaimplantowaniu
efektów cytotoksycznych oraz rakotwórczych, wysoka
czystość chemiczna, dobra adaptacja w organizmie oraz korzystny
skład chemiczny [1÷3]. Implanty o powierzchni pokrytej HAp mają
jednak i wady. W wyniku obróbki termicznej dochodzi do dekompozycji
hydroksyapatytu i powstania chemicznej niejednorodności
powłoki. Zmiany te prowadzą w rezultacie do degradacji powłoki
w ustroju oraz zmniejszają jej biokompatybilność.
Jedne z aktualnie podejmowanych kierunków badań koncentrują
się na modyfikowaniu powłok HAp dodatkiem tlenku cyrkonu
stabilizowanego itrem (YSZ - Ytrrium Stabilized Zirconia). Tlenek
cyrkonu mający dobre własności wytrzymałościowe jest wykorzystywany
do wzmocnienia materiałów kruchych. Badania opisane
między innymi w pracach [4÷8] dowodzą, że dodatek YSZ poprawia
własności wytrzymałościowe warstwy HAp oraz połączenia
podłoże-powłoka. Ponadto dodatek zmodyfikowanej ceramiki
tlenkowej redukuje ilość powstającego w powłoce, kruchego tlenku
wapnia CaO oraz stabilizuje fazę HAp.
Przedmiotem badań prezentowanych w pracy jest wpływ dodatku
ceramiki cyrkonowej na odporność korozyjną oraz zwilżalność
powłok bioceramicznych.
Materiał i metodyka badań
Do wykonania powłok metodą natryskiwania plazmowego wykorzystano
dostępne komercyjnie następujące proszki:
-- hydroksyapatyt Ca10(PO4)6(OH)2 charakteryzujący się wysokim
stopniem czystości (powyżej 99% mas.: Pb - 0,8 ppm,
As < 1,0 ppm, Cd < 0,1 ppm, Hg < 0,1 ppm) oraz stosunkiem
molowym Ca/P = 1,67,
oraz dwa rodzaje tlenków cyrkonu modyfik więcej »
Wpływ dyfuzyjnych, wieloskładnikowych warstw na bazie tytanu wytwarzanych metodą hybrydową na odporność na korozję i zużycie przez tarcie stopu magnezu AZ91D
Ze względu na bardzo korzystne własności, a zwłaszcza małą gęstość,
dużą wytrzymałość właściwą, skuteczne ekranowanie pól
elektromagnetycznych, stopy magnezu stanowią bardzo atrakcyjny
materiał konstrukcyjny i funkcjonalny. Barierą dla ich dalszej, szerokiej
ekspansji są w przypadku wielu zastosowań słabe własności
użytkowe w zakresie twardości, odporności na korozję i zużycie
przez tarcie. Opracowanie nowych, skutecznych rozwiązań inżynierii
powierzchni otworzyłoby drogę do pokonania tych ograniczeń
i wykorzystania stopów magnezu w nowych jakościowo obszarach
zastosowań, tj. w wyrobach eksploatowanych w warunkach
dużych narażeń na korozję, zużycia przez tarcie i powierzchniowe
uszkodzenia mechaniczne. Perspektywicznym kierunkiem wydaje
się wytwarzanie na stopach magnezu powierzchniowych warstw
azotków, które z natury charakteryzują się dużą twardością, odpornością
na zużycie przez tarcie i korozję. Powłoki azotków od przeszło
dekady wytwarzane na stopach magnezu metodami PVD, magnetronowo
lub łukowo, zwiększają w dużym stopniu odporność
na zużycie przez tarcie [1÷4]. Ich wadą pozostaje jednak adhezyjny
charakter połączenia z podłożem i skokowa zmiana właściwości
pomiędzy twardą warstwą a miękkim stopem magnezu, ograniczające
dopuszczalne naciski na powierzchnię [2, 5, 6]. Jednocześnie
powłoki te, ze względu na niezadowalającą szczelność, nie stanowią
skutecznej ochrony obrabianego podłoża przed korozją [6÷9].
Odnotowane w ostatnim okresie prace zmierzające ku rozwiązaniu
tego problemu idą w kierunku wytwarzania złożonych wielowarstwowych
powłok kompozytowych tlenkowo-azotkowych [10],
bądź też zmiany właściwości korozyjnych powłok azotków w procesie
ich domieszkowania [11]. Perspektywiczną alternatywą dla
powłok azotków osadzanych na stopach magnezu metodami PVD
wydaje się wytwarzanie na nich kompozytowych, dyfuzyjnych
warstw powierzchniowych azotków, względnie tlenoazotków [5,
6]. Warstwy takie można wytworzyć metodą hybrydo więcej »
Wpływ geometrii i gatunku płytek skrawających na strukturę geometryczną toczonych powłok stopowych
Powłoki stopowe wykorzystywane są w przemyśle metalurgicznym,
maszynowym, motoryzacyjnym i okrętowym. Stosowanie
powłok może wpłynąć na poprawę właściwości eksploatacyjnych
warstwy powierzchniowej (właściwości wytrzymałościowe, tribologiczne,
antykorozyjne i dekoracyjne). Natryskiwanie płomieniowe
ma szerokie zastosowanie do nakładania powłok w procesie
technologicznym wytwarzania i regeneracji elementów części
maszyn (czopy wałów napędowych i korbowych, powierzchnie
ślizgowe łoża tokarki, gniazda zaworowe i cylindry silników spalinowych,
śruby napędowe okrętowe i krawędzie robocze podajnika
ślimakowego i inne) oraz narzędzi do obróbki plastycznej (walce
hutnicze, matryce kuźnicze, tłoczyska) [1, 2].
Powłoki otrzymane za pomocą natryskiwania płomieniowego
mają dużą chropowatość powierzchni. Dlatego powłoki te muszą
być poddane mechanicznej obróbce wykańczającej. Najczęściej
stosuje się obróbkę skrawaniem (np. toczenie, szlifowanie). Powłoki
natryskiwane płomieniowo nakładane są z uwzględnieniem naddatku
na obróbkę wykańczającą. Obróbka wykańczająca powinna
zapewnić nie tylko odpowiednią grubość powłok związaną z wymiarem
nominalnym przedmiotu, ale również uzyskanie wymaganej
chropowatości i falistości powierzchni [3].
Obróbka skrawaniem stosowana jest w przypadku powłok natryskiwanych
płomieniowo o grubości przekraczającej 1 mm. Podczas
obróbki skrawaniem mogą zwiększać się naprężenia własne
spowodowane odkształceniami plastycznymi w trakcie toczenia.
W konsekwencji zjawisko to może powodować utratę kohezji
i przyczepności do podłoża powłok o mniejszej grubości [4]. Dobierając
parametry obróbki skrawaniem powłok (posuw, głębokość,
prędkość skrawania), należy pamiętać, że narzędzie nie zawsze
przecina natryskiwane cząstki, ale może powodować ich wyrwanie
z powierzchni. Zjawisko to występuje przede wszystkim w powłokach
o znacznej porowatości. Dlatego zalecane jest przez firmę
Castolin-Eutectic stosowanie określonych parametró więcej »
Wpływ grubości powłoki platyny na trwałość warstwy aluminidkowej wytworzonej w procesie CVD na podłożu nadstopów niklu Inconel 713 LC i CMSX 4
Poprawa sprawności turbiny silników lotniczych przez podwyższenie
temperatury ich pracy jest możliwa przez zastosowanie efektywnych
systemów chłodzenia łopatek szczególnie pierwszego
i drugiego stopnia oraz wytworzenie na ich powierzchni roboczej
dyfuzyjnych warstw ochronnych [1, 2]. Elementami części gorącej
silników lotniczych narażonych na oddziaływanie szczególnie
wysokiej temperatury jest turbina wysokiego ciśnienia oraz komora
spalania - temperatura gazów spalinowych wynosi ok. 1650°C
[1]. W silnie obciążonych łopatkach pierwszego i drugiego stopnia
pod wpływem cykli cieplnych związanych ze startem i lądowaniem
występuje intensywny proces degradacji ich warstwy wierzchniej.
Ogranicza to resurs silnika i zapobiega zwiększeniu osiągów przez
podwyższenie temperatury jego pracy. Zagadnienia ochrony przed
korozją wysokotemperaturową dotyczą zarówno łopatek turbin silników
lotniczych, jak i stacjonarnych. W turbinach stacjonarnych
przeważają problemy korozji w środowisku gazów spalinowych,
zawierających związki siarki [3]. W silnikach lotniczych natomiast
problem odporności na utlenianie wysokotemperaturowe. Wymagany
czas pracy turbin stacjonarnych wynosi >50 000 h, natomiast
lotniczych >4000 h [3].
Analiza danych literaturowych wskazuje, że warstwy aluminidkowe
wytworzone metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej
(CVD) w procesie wysoko- i niskoaktywnym nie spełniają w pełni
wymagań ich eksploatacji w warunkach dużych obciążeń cieplnych
i mechanicznych [2÷5]. Wyniki prowadzonych dotychczas badań
pozwalają stwierdzić, że skutecznym sposobem zwiększenia trwałości
eksploatacyjnej łopatek turbin jest modyfikowanie platyną
wytwarzanej warstwy aluminidkowej [4÷10]. W pracach [4, 5] wykazano,
że wprowadzenie platyny zwiększa intensywnie żaroodporność
warstwy tlenkowej Al2O3 - jednocześnie zmniejsza prędkość
jej wzrostu. Ogranicza dyfuzję atomów aluminium do podłoża -
nadstopów niklu. Jednocześnie zmniejsza prędkość dyfuzji atomów więcej »
Wpływ modyfikacji powierzchni napełniaczy mineralnych na właściwości kompozytów silikonowych
Materiały na bazie kauczuku silikonowego w wielu aspektach przewyższają
właściwościami analogiczne kompozyty na bazie elastomerów
węglowodorowych. Dobra stabilność termiczna, bardzo
dobra odporność chemiczna, niska temperatura zeszklenia, obojętność
fizjologiczna oraz szereg innych specyficznych właściwości
sprawiają, iż polisiloksany są polimerami trudnymi do zastąpienia
w wielu dziedzinach techniki [1].
Główną wadą kauczuków silikonowych pozostaje, poza słabą
kondycją mechaniczną, ich wysoka cena. Obydwa te problemy najczęściej
próbuje się rozwiązać przez dodatek napełniaczy, przede
wszystkim w postaci wzmacniającej krzemionki pirogenicznej.
Wprowadzenie do matrycy kauczuku znacznej ilości fazy ceramicznej
nie jest jednak sprawą prostą. W ostatnich latach na rynku
pojawiło się wiele alternatywnych w stosunku do krzemionki
napełniaczy mineralnych, poddanych wstępnej modyfikacji powierzchniowej,
których dodatek znacznie poprawia szereg właściwości
użytkowych kompozytów polimerowych [2÷4]. Przez modyfikację
powierzchni cząstek napełniaczy związkami o budowie
zbliżonej do makrocząsteczek kauczuku osiąga się lepszą kompatybilność
międzyfazową, co prowadzi do poprawy stopnia dyspersji
i dystrybucji napełniacza w matrycy w porównaniu z proszkami nie
poddanymi obróbce powierzchniowej.
W pracy podjęto próbę wyjaśnienia wpływu modyfikacji powierzchni
cząstek wybranych napełniaczy mineralnych na morfologię
oraz właściwości mechaniczne silnie napełnionych kompozytów
na bazie kauczuku silikonowego.
Materiały do badań
Matrycę elastomerową stanowił kauczuk metylowinylosilikonowy
POLIMER MV-0,07 (o zawartości grup winylowych ok. 0,07%
molowych) produkcji Zakładów Chemicznych "Silikony Polskie"
Sp. z o.o. w Nowej Sarzynie. Kompozyt referencyjny (REF) został
napełniony krzemionką strąceniową ARSIL produkcji Zakładów
Chemicznych "Rudniki" S.A. Do pozostałych badanych materiałów
wprowadzono dodatkowo jeden z następujących napełniaczy
minera więcej »
Wpływ nanokrzemionki na własności ochronnych powłok kompozytowych stosowanych w podwyższonej temperaturze
W przemyśle farb i lakierów coraz częściej wykorzystuje się nanomateriały
i nanotechnologie [1÷4]. W ten sposób można uzyskać
poprawę właściwości ochronnych, jak również mechanicznych powłok
malarskich. Nanomateriałami stosowanymi w farbach są najczęściej
krzemionki, krzemiany, tlenki tytanu, siarczan baru, tlenki
glinu lub cyrkonu. Można je stosować w różnego rodzaju spoiwach
odpornych na podwyższoną temperaturę zarówno wodnych, jak
i rozpuszczalnikowych: akrylowych, poliuretanowych, epoksydowych.
Dobre zdyspergowanie nanocząstek w spoiwie jest utrudnione
ze względu na ich silnie rozwiniętą powierzchnię i właściwości
hydrofilowe, a więc tendencję do tworzenia aglomeratów. Proces
ten wymaga dużego nakładu energii koniecznej do rozbicia aglomeratów
i uzyskania kompatybilności zdyspergowanych cząstek ze
składnikami powłoki. Wprowadzenie nanocząstek do wyrobu lakierniczego
ułatwia chemiczna obróbka ich powierzchni. Można ją
modyfikować przez zastosowanie obróbki adsorpcyjnej za pomocą
powierzchniowo czynnych substancji pomocniczych, dostępnych
na rynku albo uzyskiwanych przez strącenie oraz immobilizację
polimerów w wyniku ich usieciowania na powierzchni cząstek.
materiał i metodyka badań
Celem pracy była ocena wpływu dodatku nanokrzemionki na własności
hybrydowej powłoki kompozytowej HybridMDP, wykorzystywanej
jako zabezpieczenie powierzchni stali przed korozją
płomieniową w zakresie temperatury do 500°C [5, 6]. Farba HybridMDP
jest złożona z fosforanowo-chromianowego spoiwa nieorganicznego
oraz pigmentu glinowego. Spoiwo to wykazuje doskonałe
właściwości w odniesieniu do takich parametrów, jak: odporność
na utlenianie do 750°C, przyczepność do podłoży stalowych,
powiązaną z jednoczesnym stab więcej »
Wpływ obróbki ubytkowej na wytrzymałość zmęczeniową stykową kół zębatych ze stali 17CrNi6-6 poddanych nawęglaniu próżniowemu ze wstępnym azotowaniem
Nawęglanie to nadal podstawowy sposób obróbki powierzchniowej
kół zębatych pozwalający podnieść własności mechaniczne technologicznej
warstwy wierzchniej tych detali stosowanych w różnych
gałęziach przemysłu. Najnowocześniejszą odmianą tego procesu
jest nawęglanie prowadzone pod obniżonym ciśnieniem atmosfery
obróbczej, tzw. nawęglanie próżniowe [1÷4]. Technologia nawęglania
próżniowego wypiera obecnie z przemysłu starsze odmiany
nawęglania gazowego endotermicznego, szeroko stosowane dotychczas,
głównie ze względu na dużą wydajność. Niskociśnieniowa
odmiana przewyższa endotermiczną pod względem wydajności,
a ponadto cechuje się szeregiem zalet w stosunku do konwencjonalnych
metod nawęglania, takich jak: brak utleniania wewnętrznego,
równomierność uzyskiwanych warstw (nawet w nieprzelotowych
otworach), precyzja projektowania i sterowania procesem, dzięki
możliwości zastosowania symulacji komputerowej procesu, "czystość"
powierzchni po obróbce oraz energooszczędność i proekologiczność
[4]. Ze względu na ograniczenia konstrukcyjne pieców
wykorzystywanych w nawęglaniu konwencjonalnym, temperatura
tego procesu praktycznie nie przekracza 930°C, podczas gdy w nawęglaniu
próżniowym, stosuje się temperaturę nawet o 100÷120°C
wyższą. Podwyższenie temperatury procesu nawęglania z 920°C
do 1000°C skraca czas nawęglania o około 70%, co pociąga za
sobą wymierny efekt ekonomiczny [2, 3]. Jednak jest to związane
z niebezpieczeństwem rozrostu ziarna, a tym samym obniżeniem
własności wytrzymałościowych warstwy wierzchniej tak utwardzanego
koła zębatego. Aby temu przeciwdziałać opracowano
w Instytucie Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej odmianę
technologii nawęglania próżniowego wspomaganego azotowaniem.
Technologia ta polega na podawaniu amoniaku we wstępnej
fazie procesu - w etapie nagrzewania do nawęglania. Dzięki temu
uzyskane warstwy nawęglone w wyższej niż tradycyjnie stosowana
temperaturze nie wykazują cech rozrostu ziarna, pon więcej »
Wpływ parametrów obróbki strumieniowo-ściernej na liczbę cząstek ścierniwa wbitych w powierzchnię stopu niklowo-chromowego
Omawiając procesy technologiczne stosowane w pracowniach
techników dentystycznych, należy wspomnieć o cięciu, frezowaniu,
szlifowaniu, polerowaniu, czy obróbce strumieniowo-ściernej
zwanej zwyczajowo piaskowaniem. Są to dosyć nieskomplikowane,
powszechnie stosowane procesy, ale na wyjątkową uwagę
zasługuje obróbka strumieniowo-ścierna jako technologia służąca
do przygotowania powierzchni stopu dentystycznego do nałożenia
i wypalenia ceramiki dentystycznej.
Technologie przygotowujące powierzchnię stopu przed procesem
nałożenia porcelany mają na celu przede wszystkim umożliwienie
powstania trwałego połączenia porcelana-metal. W celu
wzmocnienia tego połączenia istotne są m.in. usunięcie słabo powiązanych
nawisów, delikatnych struktur płaszczyznowych i innych
powstałych w procesach frezowania czy szlifowania materiału,
odpowiednia chropowatość, która umożliwia wytworzenie
mechanicznych zaczepów (nierówności), co pozwala na wpływanie
w nie ceramiki podczas nakładania na podbudowę. Istotnym parametrem
jest rozwinięcie powierzchni zwiększające możliwe pole
połączenia. Ważna wydaje się być również jednorodność struktury
powierzchni, która może mieć znaczenie dla wytworzenia trwalszego
połączenia [1, 2].
Stosując obróbkę strumieniowo-ścierną, należy pamiętać, że
w strukturę metalu zostają wbite cząstki ścierniwa, których udział
może przekraczać 25% obrabianej powierzchni [4]. Ziarna materiału
ściernego jakim jest Al2O3 zostają trwale połączone z metalem, co
może mieć określone konsekwencje: tego rodzaju zanieczyszczenie
powierzchni zmienia jej topografię, tworząc nieciągłość struktury.
Mogą również wpływać negatywnie na odporność korozyjną stopu,
a więc ich wpływ jest niekorzystny [5]. Z kolei ze względu na
połączenie ceramika-stop technologia preparacji powierzchni przez
piaskowanie jest niezbędna. Wprowadzone w strukturę metalu
cząstki mogą powodować niekorzystne zjawisko powstawania pęknięć
w porcelanie. Są to defekty odpowiedzia więcej »
Wpływ parametrów procesu CVD na mikrostrukturę i kinetykę wzrostu dyfuzyjnych warstw aluminidkowych wytworzonych na podłożu niklowym
Stopy na osnowie uporządkowanych faz międzymetalicznych, tzw.
intermetale (ang. intermetallics), np. z układu Ni-Al, stanowią bardzo
atrakcyjny materiał do zastosowań konstrukcyjnych na elementy
silników lotniczych. Stopy te charakteryzują takie właściwości,
jak wysoka temperatura topnienia 1640°C (przy stechiometrycznej
zawartości 50% at. Al), mała gęstość 5,9 g/cm3, znakomita odporność
na utlenianie wysokotemperaturowe (w odróżnieniu od innych
aluminidków), dobre właściwości mechaniczne, w tym duża
wytrzymałość właściwa [1, 2]. Na dużą żaroodporność wpływa
niezwykła łatwość powstawania ochronnej warstwy Al2O3, której
wzrost zabezpiecza materiał podłoża przed utlenianiem [1, 2]. Ze
względu na te właściwości aluminidki mają zastosowanie na materiały
powłokowe elementów pracujących w wysokiej temperaturze
[1÷6].
W przemyśle lotniczym szerokie zastosowanie mają powłoki
ochronne, które opracowano ze względu na niezadowalającą odporność
na korozję materiałów konstrukcyjnych [3]. Pokrycia te, o dobrych
właściwościach żaroodpornych, są wytwarzane w procesach
m.in. chemicznego (CVD) lub fizycznego (PVD) osadzania z fazy
gazowej. Metoda CVD polega na przeprowadzeniu aluminium ze
stanu stałego (np. mieszanina granul aluminium lub proszków aluminium
i Al2O3 - w różnych proporcjach) w jego aktywne związki
(prekursory), tj. halogenki AlCl3 do fazy gazowej, która powstaje
w generatorze zewnętrznym, przetransportowanie do retorty i osadzenie
ich w wysokiej temperaturze pod obniżonym ciśnieniem
(LPCVD) lub atmosferycznym (APCVD) na materiale podłoża,
którym może być nadstop na bazie niklu.
Reakcje przeprowadzania stałego aluminium do fazy gazowej
w generatorze zewnętrznym można przedstawić za pomocą następujących
reakcji:
Al(S) + 3HCl(g)↔ AlCl3(g) + 3/2H2(g) (1)
Al(S) + 2HCl(g) ↔ AlCl2(g) + H2(g) (2)
Al(S) + HCl(g) ↔ AlCl(g) + 1/2H2(g) (3)
gdzie: s - stan stały, g - stan gazowy.
W procesie niskoaktywnym halogenki alumin więcej »
Wpływ procesu fosforanowania na właściwości warstw azotowanych jarzeniowo na stali WCL
Technologia azotowania jarzeniowego jest szeroko stosowana
w przemyśle jako skuteczna, ekologiczna i ekonomicznie uzasadniona
metoda kształtowania właściwości użytkowych części
maszyn i narzędzi. Konkurencyjność ekonomiczna w porównaniu
z klasycznymi technologiami obróbek cieplno-chemicznych wynika
m.in. z małego zużycia energii elektrycznej, gazów reakcyjnych,
a także z obniżenia kosztów pracochłonnych obróbek wykańczających
po procesie, tj. zachowania tolerancji wymiarowej obrabianych
detali i pełnej kontroli stanu chropowatości powierzchni. Ze
względu na możliwość precyzyjnego regulowania struktury i składu
fazowego wytwarzanych warstw azotowanych na stalach, tytanie
i jego stopach, stopach niklu, jest to proces perspektywiczny także
w rozwijanych w ostatnim okresie tzw. technologiach hybrydowych,
łączących różne obróbki powierzchniowe, gwarantujących
oczekiwane przez nowoczesny przemysł właściwości użytkowe
obrabianych materiałów, m.in. dużą odporność na zużycie przez
tarcie, odporność na duże obciążenia mechaniczne, wytrzymałość
zmęczeniową, odporność na korozję, czy też mały współczynnik
tarcia. Proces azotowania jarzeniowego może być łączony m.in.
z metodami PVD, natryskiwaniem cieplnym, metodami chemicznego
i elektrochemicznego wytwarzania powłok, zapewniając zwiększenie
trwałości i niezawodności obrabianych wyrobów [1÷5].
Połączenie procesów azotowania jarzeniowego z metodą fosforanowania
chemicznego umożliwia wytworzenie dyfuzyjnych
warstw powierzchniowych o właściwościach wzajemnie uzupełniających
się, takich, jak: dobra odporność korozyjna warstw fosforanów
cynku, szczególnie dodatkowo po ich nasyceniu inhibitorami
korozji, mały współczynnik tarcia fosforanów [5÷8] z dobrą odpornością
na zużycie przez tarcie warstw azotowanych, ich wytrzymałością
zmęczeniową, odpornością na odkształcenia plastyczne
i twardością. Właściwości te zależą m.in. od składu fazowego wytworzonych
warstw azotowanych oraz struktury i grubośc więcej »
Wpływ przygotowania powierzchni na wytrzymałość połączenia metal-kompozyt w laminatach FML
Przemysł lotniczy szeroko wykorzystuje materiały o małym ciężarze
właściwym na podstawowe elementy konstrukcji samolotów,
przede wszystkim na poszycia kadłubów oraz łopaty śmigłowców.
W lekkich samolotach: awionetkach, szybowcach, śmigłowcach
stosowane są laminaty i kompozyty włókniste o osnowie polimerowej.
W cięższych i większych jednostkach zaczęto stosować
laminaty metalowo-włókniste (FML - Fibre Metal Laminates).
Podstawowym laminatem FML jest materiał typu GLARE złożony
z cienkich blach ze stopu aluminium i kompozytu szklano-epoksydowego
[1, 2]. Według twórców tego materiału metalowe blachy
do FML można przygotowywać w sposób standardowy, stosowany
do wyrobów lotniczych [2÷6]. W laminatach typu GLARE typowa
wstępna obróbka blach aluminiowych to: odtłuszczanie alkaliczne,
trawienie roztworem kwasów chromowego i siarkowego, anodowanie
w roztworze kwasu chromowego i gruntowanie farbą epoksydową
zawierającą inhibitor korozji [7, 8]. Ponadto proponowane
są inne obróbki wstępne, takie jak: trawienie w roztworze kwasu
ortofosforowego [1], obróbka plazmą lub ablacja laserowa [9, 10],
czyszczenie ultradźwiękowe.
Wytwarzanie laminatów FML opiera się na technologii prepregowej
z zastosowaniem autoklawu do procesu polimeryzacji preimpregnatu
(prepregu) [5, 11]. Stosowane parametry procesu utwardzania
laminatu muszą być dostosowane do gatunku prepregu, ale
z równoczesnym uzyskaniem połączenia z warstwami metalowymi.
Prowadzone są również badania nad wytwarzaniem laminatów
FML z zastosowaniem tworzyw termoplastycznych technologią
bezautoklawową [12, 13].
W artykule przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na ścinanie
laminatów doświadczalnych, jako jedną z metod oceny skuteczności
przygotowania powierzchni blach metalowych do połączenia
z kompozytami termoutwardzalnymi.
Materiał badawczy
Badaniom poddano złącza zakładkowe blacha metalowa-kompozyt
włóknisty-blacha. Szerokość próbe więcej »
Wpływ składu chemicznego i struktury na zużycie ścierne w luźnym ścierniwie odlewniczych stopów na osnowie fazy międzymetalicznej Ni3Al
Zużywanie ścierne w luźnym ścierniwie jest rodzajem zużycia
tribologicznego. Tego typu zużycie ścierne powstaje, gdy ubytek
materiału w warstwie wierzchniej jest spowodowany mikroskrawaniem,
rysowaniem lub bruzdowaniem. Jest to proces niszczenia
powierzchni elementów różnego rodzaju maszyn lub urządzeń, gdy
w obszarach tarcia współpracujących elementów znajdują się luźne
lub utwierdzone cząstki ścierniwa albo wystające nierówności
twardszego materiału, które spełniają rolę utwierdzonych mikroostrzy.
Luźne cząstki ścierniwa mogą być umiejscowione na powierzchni
materiału lub pomiędzy dwoma powierzchniami [1].
Opisywany proces ma miejsce przede wszystkim podczas kruszenia,
mielenia, kopania, przesypywania, przesiewania oraz przemieszczania
i transportu materiałów ziarnistych [2, 3]. Ścieranie
w luźnym ścierniwie jest stosowane w operacji mielenia przede
wszystkim do zamierzonego usuwania materiału. Ponadto w takich
aplikacjach motoryzacyjnych, jak amortyzatory, koła zębate, tłoki,
cylindry, zużycie ścierne jest bardzo istotnym zjawiskiem powodującym
szereg awarii eksploatacyjnych [1, 2].
Zużycie materiałów konstrukcyjnych poddanych oddziaływaniu
luźnych cząstek stałych zachodzi w wyniku występowania tarcia.
Podczas zużycia w luźnym ścierniwie występuje tarcie toczne i tarcie
ślizgowe [2, 3].
Wiele cech materiałowych określanych jest jako kształtujące odporność
na zużycie ścierne tworzyw konstrukcyjnych. Do tych właściwości
zalicza się twardość, moduł sprężystości, granicę plastyczności,
temperaturę topnienia, strukturę krystaliczną, mikrostrukturę
oraz skład chemiczny [4].
Eksperymentalnie i teoretycznie wykazano, że twardość materiału
ma wpływ na odporność na zużycie ścierne. Duży udział
w tych opracowaniach ma Chruscov, który przedstawił odwrotną
zależność między twardością i stopniem zużycia ściernego dla
czystych materiałów w stanie wyżarzonym. Testował on także stal
o zróżnicowanej twardości [5].
Wiadomo, że powierzchnia więcej »
Wpływ składu chemicznego kąpieli do cynkowania zanurzeniowego na strukturę i właściwości powłoki
Cynkowanie zanurzeniowe jest jedną z najbardziej efektywnych
metod ochrony stali przed korozją. Pozwala na uzyskanie powłok
o dobrej jakości, zapewniających długotrwałą ochronę przy stosunkowo
niskich nakładach. Koszt wytworzenia powłoki jest zależny
od ilości zużytego cynku na jednostkę cynkynkowanych wyrobów.
Zużycie cynku zależy nie tylko od grubości powłoki ale również od
strat wynikających ze specyfiki technologii, tj. powstawania twardego
cynku i popiołów cynkowniczych, utleniania powierzchni kąpieli,
powstawania nacieków zakrzepłego cynku. Przy racjonalnym
prowadzeniu procesu technologicznego jest możliwe zmniejszenie
zużycia cynku i ograniczenie jego strat.
Najważniejszym czynnikiem determinującym zużycie cynku
jest skład chemiczny kąpieli cynkowej. Obecność dodatków stopowych
silnie oddziałuje na morfologię, kinetykę wzrostu oraz strukturę
powłoki, a także na właściwości samej kąpieli. Długoletnie
badania naukowe pozwoliły na określenie wpływu wielu pierwiastków
wprowadzanych pojedynczo lub bardziej złożonych konfiguracjach.
Wiele z tych rozwiązań zostało wykorzystane w praktyce
przemysłowej. Doświadczenia pozwalają jednak twierdzić, że nie
można obecnie wskazać najlepszego, uniwersalnego składu chemicznego
kąpieli.
Dobierając skład chemiczny kąpieli należy kierować się indywidualnymi
potrzebami wynikającymi ze specyfiki cynkowanego
asortymentu. Głównymi kryteriami doboru dodatków stopowych
do kąpieli są:
-- skład chemiczny stali,
-- generowanie strat cynku podczas procesu,
-- kształt, stopień skomplikowania i rozmiary wyrobu,
-- przeznaczenie i zastosowanie wyrobu,
-- niebezpieczeństwo pękania wyrobu w ciekłym cynku (LMAC),
-- odporność korozyjna powłoki.
Ilość cynku w powłoce wynika z reaktywności stali w ciekłym
cynku oraz zdolności spływania cynku z powierzchni wyrobu podczas
wyciągania z kąpieli. W wielu przypadkach, szczególnie przy
cynkowaniu stali o zawartości krzemu w zakresie Sandelina oraz
stali wysoko więcej »
Wpływ stanu wyjściowego powierzchni na formowanie warstwy azotowanej stali austenitycznej
Stal austenityczna jest materiałem szeroko stosowanym w technice
ze względu na bardzo dobre właściwości korozyjne. Jej stosunkowo
niskie właściwości mechaniczne spowodowały, że zainteresowano
się zastosowaniem obróbki powierzchniowej w celu zwiększenia
jej twardości i odporności na zużycie tribologiczne.
Niskotemperaturowe azotowanie jest obróbką o największych
możliwościach aplikacyjnych. W procesie azotowania stali austenitycznej
poniżej 500°C formuje się warstwa zbudowana z tak zwanej
fazy S. Charakteryzuje ją duża twardość i dobra, porównywalna
z austenitem, odporność korozyjna [1, 2].
Podstawowym problemem materiałowym związanym z otrzymywaniem
warstw zbudowanych z fazy S jest metastabilność tej
fazy - po krótszym lub dłuższym czasie wygrzewania następuje jej
rozpad z wydzieleniem azotków chromu i/lub żelaza, co wpływa
negatywnie na odporność korozyjną materiału [1, 2]. Do podstawowych
czynników decydujących o budowie fazowej powstającej
warstwy należy temperatura i czas obróbki. W większości prezentowanych
prac stwierdzono, że długotrwałe wygrzewanie prowadzi
do rozpadu fazy S na azotek CrN i ferryt [3÷5]. Oprócz azotku
CrN identyfikowano również azotek Cr2N. Według Christiansena
i wsp. [6] mechanizm rozpadu fazy S zależy także od składu chemicznego
stali austenitycznej, wpływającego na zakres stabilności
termodynamicznej austenitu [6]. Z badań własnych wynika, że poza
wcześniej wymienionymi czynnikami, o budowie fazowej warstw
azotowanych może decydować rodzaj gazu stosowanego do rozpylania
podczas oczyszczania powierzchni z tlenków chromu oraz
skład atmosfery obróbczej [2, 7].
Badania własne wykazały, że zastosowanie azotu jako gazu rozpylającego
sprzyja tworzeniu azotków już na etapie rozpylania. Ich
obecność determinuje późniejszy wzrost warstwy azotowanej, prowadząc
do zwiększonego udziału azotków [2]. Wzrost zawartości
azotu w atmosferze obróbczej wpływa także na intensyfikację wydzielenia
azotków chromu w warstw więcej »
Wpływ stężenia dodatku przeciwzatarciowego do oleju na tribologiczną destrukcję skojarzeń z powłoką WC/C
Współcześnie wytwarzane wysokoobciążone pary kinematyczne
wykonywane głównie ze stali są narażone, oprócz zużywania ściernego,
na zacieranie oraz na powierzchniowe zużycie zmęczeniowe
- pitting, które mogą doprowadzić do awarii urządzenia. Trwałość
wysokoobciążonych smarowanych elementów maszyn wynika
m.in. z ukonstytuowanej w procesie tarcia warstwy wierzchniej,
której właściwości są wynikiem oddziaływania materiału konstrukcyjnego
i aktywnych substancji w dodatkach smarnościowych
w warunkach eksploatacji.
Wzrost odporności na zacieranie stalowego węzła tarcia osiągany
jest przez zastosowanie skutecznych dodatków przeciwzatarciowych
typu EP (ang. extreme pressure) do olejów. Podczas
zacierania stalowych skojarzeń trących smarowanych olejem zawierającym
dodatki smarnościowe na skutek wysokiej temperatury
mikroobszaru i nierówności powierzchni zachodzą reakcje
chemiczne produktów rozpadu dodatków ze stalową powierzchnią
elementów trących oraz ich dyfuzja w głąb warstwy wierzchniej.
Powstają związki chemiczne (głównie: siarki, fosforu i tlenu), które
ułatwiają ścinanie sczepień lub nie dopuszczają do powstania kolejnych,
a przez to zmniejszają intensywność zużywania [1]. Związki
te spełniają zatem rolę smaru stałego.
Najnowsze badania autorów pracy wskazują, że efekt działania
dodatków smarnościowych, polegający na wprowadzeniu czynnika
ułatwiającego ścinanie sczepień lub niedopuszczającego do ich powstania
może być zastąpiony przez naniesienie na elementy trące
powłoki niskotarciowej [2].
Zastosowanie powłok na elementach trących maszyn nie jest
pomysłem nowym. Znajduje się w centrum uwagi wielu liczących
się ośrodków na świecie, ze względu na ogromny potencjał aplikacyjny.
W ciągu ostatnich kilkunastu lat powłoki przeciwzużyciowe
nanoszone metodami PVD/CVD zrewolucjonizowały rynek narzędzi
skrawających i formujących. Obecnie szacuje się, że ok. 80%
narzędzi może być pokrytych powłokami w celu zwiększenia ich
trwałości. Powł więcej »
Wpływ synergizmu obróbki cieplno-chemicznej i ubytkowej na wytrzymałość zmęczeniową stykową rolek łożyskowych
Zmęczenie stykowe wywoływane jest przez zmienne, cyklicznie
powtarzające się naprężenia kontaktowe w obrębie warstw wierzchnich
materiału, które występują w tym materiale podczas toczenia
lub toczenia z poślizgiem w warunkach smarowania węzła ciernego.
Zjawisko to jest bezpośrednio związane ze stykiem skoncentrowanym,
czyli takim, w którym brak jest nominalnej powierzchni
przylegania. Przyleganie to ma bowiem charakter linii, bądź punktu.
Jednak w rzeczywistości ze względu na odkształcenie sprężyste
materiału ma się do czynienia z pewną rzeczywistą powierzchnią
przylegania. Najlepszymi przykładami występowania styku skoncentrowanego
są m.in.: łożyska toczne, mechanizmy krzywkowe,
czy też przekładnie zębate [1, 2].
Zmęczeniowe zużycie elementów współpracujących w styku
skoncentrowanym wynika przede wszystkim z charakteru skojarzonego
z nim stanu naprężenia (rys. 1), w którym miejscem maksymalnego
wytężenia materiału jest punkt znajdujący się na pewnej
głębokości w materiale - punkt Bielajewa (ZB). Normalne zjawisko
zmęczenia stykowego rozpoczyna się zawsze od procesu zarodkowania
pęknięcia w punkcie Bielajewa, w którym występują zawsze
maksymalne naprężenia rozciągające. Chcąc zwiększyć
wytrzymałość zmęczeniową stykową zwiększa się celowo
w warstwie wierzchniej części maszyn naprężenia ściskające, które,
superponując się z naprężeniami rozciągającymi występującymi
w punkcie Bielajewa, powodują opóźnienie powstawania zarodków
pęknięcia. Można to uzyskać na przykład za pomocą różnego rodzaju
obróbek cieplno-chemicznych.
Najczęściej po obróbce cieplno-chemicznej części maszyn przeprowadza
się obróbkę mechaniczną przez szlifowanie, która nadaje
końcowy kształt i odpowiednią gładkość powierzchni. Okazuje
się jednak, iż wydzielające się w trakcie tego typu obróbki ciepło
jest w stanie w znaczący sposób zmienić uzyskany po procesach
cieplnych rozkład naprężeń ściskających, a wręcz zmienić ich charakter
na rozciągający [1, 2]. Ze wzg więcej »
Wpływ szybkości chłodzenia na mikrostrukturę powłok cynkowych typu Zn-Al-Cu
Powłoki cynkowe są stosowane głównie w celu ochrony przed korozją
stali za pomocą dwóch metod: metody pasywnej (ochrona
barierowa) oraz metody aktywnej (ochrona anodowa). Typowe metody
stosowane w produkcji powłok cynkowych obejmują cynkowanie
ogniowe nieciągłe lub ciągłe, natryskiwanie termiczne i cynkowanie
elektrolityczne. W Polsce głównym producentem blach
stalowych powlekanych ogniowo cynkiem jest koncern ISPAT Polska
Stal w Katowicach.
Najczęściej stosowaną metodą poprawy odporności korozyjnej
powłok cynkowych jest zwiększanie ich grubości [1, 2]. Przyjmuje
się, że czas ochrony jest proporcjonalny do grubości powłoki, dwukrotne
zwiększenie trwałości powłoki wymaga więc dwukrotnego
zwiększenia grubości powłoki, co wpływa na zwiększenie zużycia
cynku. Obecność w środowisku niektórych związków, np. siarki,
może znacznie przyspieszyć proces korozji powłoki cynkowej i nawet
zastosowanie grubszych powłok cynku nie zapewni odpowiedniej
ochrony.
Inną metodą zwiększenia odporności korozyjnej powłok cynkowych
jest wprowadzenie dodatków stopowych do kąpieli cynkowej.
W ostatnich latach obserwuje się zwiększone zainteresowanie
powłokami cynkowymi zawierającymi dodatki stopowe. Do stosowanych
obecnie powłok cynkowych zawierających dodatki stopowe
można zaliczyć [3÷6]:
-- powłoki Zn-5% Al,
-- powłoki typu Zn-55% Al,
-- powłoki typu Zn-7% Al-3% Cu,
-- powłoki typu Zn-22% Al-3% Cu.
Do czynników decydujących o odporności na korozję elektrochemiczną
metali i ich stopów można zaliczyć między innymi
stan powierzchni oraz strukturę warstwy wierzchniej, pozostającej
w kontakcie ze środowiskiem korozyjnym.
Spośród czynników strukturalnych wpływających na odporność
na korozję elektrochemiczną metali i ich stopów można wymienić:
skład fazowy materiału, obecność wtrąceń niemetalicznych - ich
rodzaj, liczba i wielkość, jednorodność materiału i związana z nią
możliwość występowania segregacji pierwiastków stopowych,
wielkość ziaren. Jednorodn więcej »
Wpływ szybkości obciążania na twardość wyznaczaną metodą DSI
Twardość jest definiowana zwykle jako opór materiału przed penetracją
przez inny, bardziej twardy materiał. W próbach Vickersa,
Rockwella i Brinella wartości pomiarowe miarodajne dla określenia
twardości otrzymuje się dopiero po usunięciu siły obciążającej.
Oznacza to, że nie jest uwzględniany wpływ odkształcenia sprężystego
występującego podczas wciskania wgłębnika.
W ostatnich latach szeroko stosowaną metodą pomiaru twardości
jest metoda DSI (Depth Sensing Indentation) [1, 2]. W metodzie
tej możliwe jest dokonanie oceny przebiegu wciskania wgłębnika
w materiał przez pomiar zarówno siły, jak i przemieszczenia podczas
odkształcenia plastycznego i sprężystego. Przez rejestrację całego
cyklu nakładania i usuwania siły obciążającej mogą być określone
wartości twardości równoważne tradycyjnym wartościom
twardości, jak również inne właściwości materiału, takie jak moduł
wciskania i twardość Martensa, która obejmuje odkształcenie plastyczne
i sprężyste. Zaletą tej metody to, że wszystkie wymienione
wartości mogą być obliczone bez potrzeby mierzenia wymiarów
odcisku.
Celem pracy było określenie wpływu szybkości zastosowanego
obciążania na twardość wyznaczaną metodą DSI.
metodyka badań
Badania przeprowadzono na próbkach ze stali 38HMJ o składzie
chemicznym podanym w tabeli 1 oraz na próbkach ceramicznych
ZrO2. Stal 38HMJ ulepszono cieplnie w celu uzyskania twardości
36 HRC (wariant I), 40 HRC (wariant II) i 44 HRC (wariant III).
Próbki przed badaniami poddano polerowaniu.
Pomiary twardości Martensa HM oraz twardości indentacyjnej
HIT realizowano za pomocą mikrotwardościomierza MHT firmy
CSEM z wykorzystaniem metody DSI.
Twardość HIT jest miarą oporu materiału do trwałego odkształcenia
lub do uszkodzenia:
H F
Ap
IT = max
(1)
gdzie: F więcej »
Wpływ typu palnika na wybrane właściwości natryskiwanych płomieniowo powłok Ni-Al oraz Ni-Al-Al2O3
Pompy krętne często stosuje się na statkach do osuszania zęz ładunkowych
i siłowni, opróżniania zbiorników balastowych, w układach
chłodzenia silników oraz do zasilania wodą kotłów. W niektórych
przypadkach medium, które jest przetłaczane lub podnoszone
za pomocą pomp krętnych to woda morska. Ze względu na warunki
pracy do budowy tego rodzaju pomp są stosowane materiały odporne
na zużycie kawitacyjne oraz korozję elektrochemiczną wywołaną
przez wodę morską. Wały pomp krętnych są wytwarzane ze stali
odpornych na korozję. W praktyce eksploatacyjnej obserwuje się
występowanie uszkodzeń wałów. Najczęściej stwierdza się zużycie
czopów (korozyjne, cierne i zmęczenie stykowe) w miejscu montażu
uszczelnień (dławnic). W praktyce zużyte wały wymienia się na
nowe lub regeneruje się czopy przez przetoczenie lub szlifowanie
na wymiar naprawczy, nałożenie galwanicznych powłok chromowych,
jak również osadzenie na uszkodzonym wale tulei [1].
Obecnie podstawowym materiałem powłokowym zwiększającym
trwałość części maszyn jest chrom. Jednak ze względu na toksyczność
kąpieli i małą wydajność prądową procesu otrzymywania
galwanicznych powłok chromowych szuka się dla nich alternatywy.
Jedną z propozycji jest zastosowanie powłok niklowych oraz kompozytowych
z niklową osnową otrzymywanych różnymi technologiami,
np. galwanicznie lub metodami natryskowymi [2÷4].
Powłoki kompozytowe z osnową metalową należą do powłok
technicznych zwiększających trwałość eksploatacyjną części maszyn
w węzłach tribologicznych lub powłok ochronnych. Uważa
się, że przez odpowiednie dobranie materiału osnowy i fazy zbrojącej
(np. ceramiki) można uzyskać powłoki o optymalnych właściwościach
użytkowych [5, 6].
Wpływ dyspersyjnych wtrąceń na odporność korozyjną powłok
kompozytowych nie jest jednoznaczny. W niektórych publikacjach
przedstawiono dane świadczące o poprawie odporności na
korozję powłok Ni-Al2O3, stwierdzając mniejsze wartości gęstości
prądu korozyjnego, a zatem i więcej »
Wpływ wstępnej obróbki aktywującej na właściwości azotowanej stali duplex
Stal duplex jest szeroko stosowana w praktyce przemysłowej ze
względu na jej dobrą odporność korozyjną połączoną z dobrymi
właściwościami mechanicznymi. Korzystna kombinacja właściwości
mechanicznych i korozyjnych spowodowała szerokie wykorzystanie
tej stali między innymi w przemyśle chemicznym, wydobywczym
czy okrętowym. Jednakże mała odporność stali na zużycie
przez tarcie poważnie ogranicza wykorzystanie tej stali w warunkach
połączeń ciernych. W celu zwiększenia twardości najbardziej
obiecującą obróbką jest niskotemperaturowe azotowanie. Podczas
tego procesu, prowadzonego w temperaturze poniżej 500°C, następuje
utworzenie twardej warstwy powierzchniowej o dobrej odporności
korozyjnej. Poprawę właściwości mechanicznych i korozyjnych
przypisuje się tworzącej się w tych warunkach fazie S oraz
tzw. expanded martensite [1÷4]. Fazy te tworzą się odpowiednio na
odpornych na korozję ziarnach austenitu i ferrytu.
Wytwarzanie warstw powierzchniowych w efekcie niskotemperaturowego
azotowania stali odpornej na korozję jest możliwe za
pomocą różnych technik obróbki zarówno plazmowej, jak i gazowej
[1÷4]. Czynnikiem technologicznym o istotnym znaczeniu z punktu
widzenia formowania warstwy jest konieczność usunięcia pasywnej
warstwy tlenków chromu, które zabezpieczają powierzchnię
stali nie tylko przed korozją, ale i przed wnikaniem azotu. Sposób
aktywacji może wpływać na efektywność procesu azotowania, budowę
fazową warstwy i jej właściwości eksploatacyjne [5]. W procesie
obróbki plazmowej warstwa tlenkowa jest usuwana w efekcie
oddziaływania jonów składników atmosfery obróbczej, w procesie
obróbki wstępnej (rozpylania jonowego), bądź podczas właściwego
azotowania. Proces azotowania gazowego wymaga dodatkowej obróbki
aktywującej realizowanej przed procesem lub w jego trakcie.
Efektywną metodą oczyszczenia powierzchni jest rozpylanie jonowe
stosowane jako obróbka wstępna przed procesem gazowym [6].
Jak wykazały badania nad azotowaniem g więcej »
Wybrane aspekty kształtowania warstwy wierzchniej ślizgowym nagniataniem diamentem
O właściwościach eksploatacyjnych decyduje najczęściej stan warstwy
wierzchniej (WW) części maszyn wykonanych "na gotowo",
a więc po operacjach obróbki wykończeniowej. Dlatego też istotna
jest znajomość wpływu parametrów technologicznych obróbki
wykończeniowej powierzchni części maszyn na stan WW (a więc
i właściwości eksploatacyjne części).
Do tradycyjnych metod obróbki wykończeniowej zalicza się
toczenie wykończeniowe, rozwiercanie, szlifowanie, docieranie,
gładzenie, polerowanie. Do nowocześniejszych metod obróbki wykończeniowej
należy zaliczyć tzw. obróbkę gładkościową lub gładkościowo-
umacniającą za pomocą zgniotu powierzchniowego na
zimno przez nagniatanie. Zasadność zastosowania jednej z tych metod
obróbki musi być w każdym przypadku starannie rozpatrzona.
Podstawową cechą wyróżniającą nagniatanie spośród metod obróbki
wykończeniowej jest wykorzystywanie zjawiska powierzchniowego
plastycznego odkształcania materiału, dzięki czemu nadaje
się WW przedmiotów obrabianych pewne szczególne cechy, które
wpływają korzystnie na właściwości eksploatacyjne wyrobów.
Obróbka nagniataniem zwiększa twardość, zmniejsza chropowatość,
wytwarza naprężenia ściskające, polepsza topografię, daje
powierzchnię wolną od pozostałości ziaren ściernych, narostu itp.,
gwarantuje powierzchnię o bardzo dobrej przyczepności powłok
galwanicznych, dużym udziale nośnym i refleksywności. Większość
z wymienionych cech warstwy wierzchniej jest uznawana
przez teoretyków i praktyków tribologii za korzystnie wpływające
na szereg właściwości użytkowych, a szczególnie na wytrzymałość
zmęczeniową i odporność na zużycie tribologiczne [1÷4]. Obróbka
nagniataniem obejmuje ponad 20 odmian, w tym nagniatanie ślizgowe
narzędziem diamentowym.
Podstawy teoretyczne
Nagniatanie ślizgowe jest zaliczane do grupy metod statycznych,
w których kontakt narzędzia (elementu nagniatającego) z materiałem
obrabianym jest ciągły, a siła nagniatająca ma stałą wartość.
Nagniatanie ś więcej »
Wybrane przykłady powierzchniowego teksturowania laserowego
Jedną z nowoczesnych i bardzo perspektywicznych technologii
w inżynierii powierzchni jest umacnianie warstwy wierzchniej materiałów
konstrukcyjnych falą uderzeniową generowaną impulsem
laserowym (udarowe umacnianie laserowe, ang. LSP - Laser Shot
Peening - rys. 1). Wykorzystuje się tu zjawisko fizyczne ablacji
laserowej występującej przy bardzo dużej gęstości mocy i krótkich
czasach ekspozycji promieniowania laserowego (od pikosekund do
kilkudziesięciu nanosekund). Zjawisku temu towarzyszy fala uderzeniowa
o dużej amplitudzie ciśnienia, osiągającej wartości nawet
do 10 GPa, dzięki czemu w bardzo krótkim czasie następuje lokalne
odkształcenie plastyczne, powodujące wytworzenie naprężeń
ściskających, korzystnie wpływających na właściwości użytkowe
warstwy wierzchniej, zwłaszcza na odporność zmęczeniową.
Lokalne umocnienie (utwardzenie) może być wytworzone
w sposób programowalny i dlatego istnieje możliwość teksturowania
sekwencyjnego warstwy powierzchniowej materiałów konstrukcyjnych
[1, 2].
Bezprzetopieniowe laserowe teksturowanie utwardzające ma
także na celu spowodowanie w bardzo krótkim czasie przemian fazowych
przez nagrzanie modyfikowanego materiału do odpowiedniej
temperatury oraz szybkie lub ultraszybkie samochłodzenie, powodujące
najczęściej hartowanie, w celu utwardzenia wybranych
fragmentów warstw powierzchniowych. Przykładem tej technologii
może być hartowanie bezprzetopieniowe stali konstrukcyjnej stopowej
do ulepszania cieplnego (rys. 2), które jest realizowane przy gęstości
mocy q ~102÷2×104 W/cm2, czas ekspozycji 10-2÷1 s. Dla tej
technologii przeważnie szybkość nagrzewania wynosi ok. 106 K/s,
a szybkość chłodzenia ok. 104 K/s [11]. W czasie hartowania laserowego,
np. stopów żelaza z węglem, na ogół wraz ze zwiększeniem
zawartości węgla zwiększa się twardość i grubość warstwy
zahartowanej przy tych samych parametrach obróbki. Zmniejsza
się zużycie triboogiczne. Spowodowane jest to m.in. zwiększeniem
h więcej »
Wybrane właściwości powłok Cu-Al2O3 do zastosowań w układach wydechowych i napędowych
Jednym z przejawów intensywnie rozwijającej się motoryzacji -
szczególnie w ostatnich latach - jest rosnący wskaźnik moc/masa
dla pojazdów napędzanych silnikami spalinowymi. Postęp w budowie
silników i nadwozi jest uwarunkowany w znacznym stopniu
nowoczesnymi materiałami konstrukcyjnymi. Umożliwiają one
istotne zmniejszenie masy pojazdów przy jednoczesnym utrzymaniu
właściwości wytrzymałościowych na co najmniej dotychczasowym
poziomie oraz nie większym koszcie technologii i eksploatacji.
Ze względu na znaczną redukcję masy w budowie pojazdów
stosuje się często aluminium, którego gęstość wynosi 2,7 g/cm3.
W porównaniu ze stalą o gęstości 7,9 g/cm3 charakteryzuje się
większą plastycznością, jednakże mniejszą wytrzymałością mechaniczną
i zazwyczaj jest stosowane jako składnik stopów lekkich do
przeróbki plastycznej, m.in. z Si, Cu oraz Mg.
Niemniej ważnymi materiałami stosowanymi w budowie pojazdów
mechanicznych są kompozyty metaliczno-ceramiczne (Metal
Matrix Composites) [1], które charakteryzują się zazwyczaj
większą twardością, żarowytrzymałością i odpornością na korozję
w odniesieniu do samego metalu osnowy. Stosowane obecnie
kompozyty na osnowie metalicznej umożliwiają uzyskanie bardzo
pożądanych właściwości, które predysponują je do budowy wybranych
fragmentów układów wydechowych czy silnie obciążonych
cieplnie i mechanicznie elementów silników spalinowych [2].
Jednym z bardziej obiecujących rozwiązań materiałowych w tym
zakresie wydają się powłoki miedziowo-korundowe Cu-Al2O3 osadzane
na podłożu metalicznym. Jednakże ze względu na zróżnicowane
współczynniki rozszerzalności cieplnej Cu i Al2O3, tendencji
do tworzenia aglomeratów korundu [3, 4] oraz problemów technologicznych
przy konsolidacji i spiekaniu, poszukiwane są wciąż
nowe sposoby j więcej »
Wybrane właściwości warstw hybrydowych wytwarzanych na stalach w procesie chromowania próżniowego połączonym z obróbką PVD
Praca dotyczyła warstw hybrydowych typu CrC + CrN, wytwarzanych
na powierzchni stali w kolejnych procesach chromowania
próżniowego połączonego z następną obróbką PVD, wykonywaną
w celu osadzenia powłok CrN. Procesy chromowania próżniowego
oraz procesy PVD zaliczają się do technologii wysoko zaawansowanych
i czystych ekologicznie [1÷4].
Warstwy węglikowe, wytwarzane w procesie chromowania dyfuzyjnego
na powierzchni stali o dużej zawartości węgla mają zwykle
niewielką grubość, rzędu kilkunastu mikrometrów, i charakteryzują
się dobrymi właściwościami tribologicznymi [5, 6].
W ostatnich latach podejmowane są badania nad polepszeniem
tych właściwości, wynikające z rosnących wymagań przemysłu odnośnie
trwałości i niezawodności części maszyn i narzędzi, zwłaszcza
pracujących w trudnych warunkach. Sprostanie tym wymaganiom
jest możliwe przez modyfikację budowy warstw w wyniku
zastosowania nowoczesnych technik inżynierii powierzchni [7].
Perspektywicznym kierunkiem badań, według najnowszych danych
literaturowych, jest m.in. łączenie obróbki cieplno-chemicznej
z obróbką PVD. Przykład mogą stanowić warstwy hybrydowe typu
warstwa azotowana/powłoka CrN o unikatowych właściwościach
eksploatacyjnych, otrzymywane w kolejnych procesach: azotowania
gazowego, połączonego z następną obróbką - osadzaniem powłoki
z azotku chromu metodą łukowo-próżniową PVD [4, 8]. Warstwy te,
charakteryzujące się m.in. dobrą odpornością na zużycie przez tarcie
oraz odpornością na duże obciążenia mechaniczne i szoki cieplne,
znalazły zastosowanie w przemyśle w celu zwiększania trwałości
eksploatacyjnej matryc kuźniczych wykonywanych ze stali do pracy
na gorąco. Brak jest natomiast publikacji, poza kilkoma wzmiankami,
na temat możliwości łączenia procesów utwardzającego chromowania
dyfuzyjnego z dalszą obróbką PVD. Według nielicznych
danych literaturowych, modyfikacja budowy węglikowych warstw
chromowanych przez połączenie procesu chromowania dyfuzyjnego
z obróbką więcej »
Wymrażanie i azotowanie stali narzędziowych
Na podstawie danych literaturowych oraz wyników badań własnych,
uzyskanych podczas wieloletniej współpracy Instytutu Mechaniki
Precyzyjnej (IMP) z zakładami przemysłowymi stwierdzono,
że polepszenie niezawodności i trwałości eksploatacyjnej narzędzi
i części maszyn można osiągnąć przez umocnienie ich warstw
wierzchnich za pomocą technologii typu multiplex, stanowiących
połączenie obróbek cieplno-chemicznych z głębokim wymrażaniem
długookresowym (wymrażanie kriogeniczne) i/lub kulowaniem
(dynamiczna powierzchniowa obróbka plastyczna) [1÷4].
W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań wstępnych
możliwości połączenia głębokiego wymrażania z obróbką cieplno-
chemiczną dwóch stali narzędziowych stopowych do pracy na
gorąco (W300 - odpowiednik stali X37CrMoV5-1 wg PN-EN ISO
4957:2004) i na zimno (K110 - odpowiednik stali X153CrMoV12
wg PN-EN ISO 4957:2004) oraz stali szybkotnących HS6-5-2
i HS6-5-3-8. Wybór tych gatunków stali wynikał z ich wysokiej
jakości oraz powszechnego zastosowania w polskim przemyśle narzędziowym.
METODYKA BADAŃ
Badano próbki ze stali W300, K110, HS6-5-2 i HS6-5-3-8 w kształcie
wałków ø25×4 mm (próbki metalograficzne) i ø8×30 mm
(próbki tribologiczne) oraz na matrycach (stal 19552 - odpowiednik
stali W300) .
Ulepszanie cieplne próbek i matryc ze stali W300 przeprowadzono
w piecu próżniowym RVFOQ-424 z chłodzeniem w oleju
oraz w piecu do odpuszczania Wild Barfield.
Próbki ze stali narzędziowej K110 i stali szybkotnących HS6-5-2
i HS6-5-3-8 były austenityzowane w próżni i hartowane w azocie
pod ciśnieniem 4 bar w piecu próżniowym Seco/Warwick typu
12.0VPT-4035/36HV. Odpuszczanie próbek ze stali K110 przeprowadzono
w piecu do odpuszczania Wild Barfield, a ze stali
szybkotnących w piecu próżniowym Seco/Warwick typu 12.0VPT-
-4035/36HV.
Procesy głębokiego, długookresowego wymrażania przeprowadzono
w specjalistycznej wymrażarce Cryo-Temper.
Regulowane azotowanie gazowe próbek prowadzono w piecu do
więcej »
Wysokotemperaturowe niskotarciowe powłoki na bazie MoO3 i Ag osadzane metodą magnetronową
Rozwój w dziedzinie powłok ochronnych, w tym niskotarciowych,
odpornych na zużycie na skutek tarcia, pozwala na coraz szersze
ich zastosowanie w gałęziach przemysłu związanych głównie
z motoryzacją i lotnictwem. Stosowane rozwiązania na bazie węgla
i dwusiarczku molibdenu skutecznie polepszają właściwości
tribologiczne elementów maszyn, urządzeń, czy też części silników,
jednak dotyczy to pracy w temperaturze najczęściej do 300°C.
W omawianych zespołach istnieje szereg węzłów tarciowych,
których warunki pracy (wysoka temperatura, utleniająca atmosfera)
wykluczają zastosowanie wspomnianych powłok [1] i z tego
względu rozpoczęto badania nad wysokotemperaturowymi powłokami,
odpornymi na zużycie tribologiczne [2]. Do rozwiązania tego
problemu można zastosować powłoki z metali szlachetnych, ceramiki
technicznej w postaci azotków, fluorków, a przede wszystkim
tlenków metali, takich jak Zn, Ni, Pb, B, Mo lub V, które to tlenki
mają w swojej strukturze krystalicznej płaszczyzny ułatwionego
poślizgu [3]. Z drugiej strony powłoki na bazie czystych tlenków
wymienionych metali mogą wykazywać kruchość, mieć zbyt małą
twardość i przez to małą odporność na zużycie tribologiczne. Dlatego
opracowano do tej pory szereg rozwiązań na bazie powłok nanokompozytowych,
składających się z tlenków metali (MoO3, V2O5
i WO3) domieszkowanych wybranymi metalami szlachetnymi lub
półszlachetnymi, np. Au, Ag, Cu [4÷7]. Najszerzej przebadaną grupą
materiałów są kompozyty i nanokompozyty na bazie Mo i tlenku
molibdenu MoO3 w połączeniu ze srebrem [1, 3, 8÷18].
OPIS PROCESÓW OSADZANIA POWŁOK
Przygotowanie podłoży
Powłoki osadzano na podłożach z ulepszonej stali szybkotnącej Vanadis
23 o twardości 63÷64 HRC, płytkach z tlenku glinu Al2O3
oraz monokrystalicznym krzemie. Próbki ze stali i stopu tytanu
miały postać krążków o wymiarach Ø25×6 mm, podłoża korundowe
były w postaci płytek o wymiarach ok. 25×25×0,5 mm i krzemowe
ok. 10×10×0,5 mm. Podłoża stalowe pr więcej »
Wytwarzanie i obróbka cieplno-chemiczna warstwowych (Ti/Al i Ti/X10CrNi18-8) kompozytów metalowych
W pracy opisano jedną z rzadko stosowanych technologii wytwarzania
kompozytów metalowych, a mianowicie metodę wybuchowego
łączenia powierzchniowego (platerowania) płytek wykonanych
z różnych metali. Stosowano płytki: ze stali austenitycznej
(X10CrNi18-8), aluminium i tytanu o różnej grubości: od 0,3 mm
do 10 mm.
Wybór metali był podyktowany zamiarem zastosowania w przyszłości
wytworzonych kompozytów do konstrukcji wielowarstwowych,
pancernych osłon wojskowych wozów bojowych. Kierowano
się wskazówką o możliwości powstawania w trakcie zgrzewania
wybuchowego, na granicy metali stal/Al i Ti/Al faz międzymetalicznych
o dużej twardości [1], które zdaniem autorów mogłyby
zwiększyć odporność budowanych pancerzy na przebicie karabinowymi
pociskami [2].
Do zgrzewania wybuchowego stosowano proste mieszaniny wybuchowe,
bezpieczne podczas wytwarzania, łatwe do otrzymania
z tanich i dostępnych, krajowych surowców [3]. Ich ważną cechą
użytkową była zdolność do detonacji pod wpływem typowych
środków inicjowania, jakim był zapalnik elektryczny, a istotnymi
parametrami detonacyjnymi były: mała średnica krytyczna detonacji
(5÷10 mm) i stosunkowo niewielka prędkość detonacji około
(2÷3 km/s). W niektórych przypadkach kompozyty poddawano wybuchowemu
umacnianiu przez obciążanie ich powierzchni produktami
detonacji cienkich warstwowych ładunków silnego materiału
wybuchowego (plastiku na bazie pentrytu). Z otrzymanych kompozytów
wycinano metodą elektroiskrową mniejsze płytki, które
poddawano azotowaniu jarzeniowemu.
WYBUCHOWE ZGRZEWANIE META LI
Powierzchniowe łączenie metali z wykorzystaniem energii materiałów
wybuchowych (MW) znane jest od ponad pięćdziesięciu lat.
Na szeroką skalę zaczęto je stosować w USA, ZSRR, RFN i w Czechosłowacji
na początku lat 60. XX wieku [4, 5]. W tym czasie
również w Polsce w IMP i na Politechnice Gdańskiej realizowano
pierwsze prace z dziedziny platerowania wybuchowego. W WAT
tą metodą obróbki metali zainteresowano więcej »
Wytwarzanie warstw intermetalicznych za pomocą impulsowego promieniowania laserowego
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 »
Zastosowanie azotku boru jako materiału smarującego w porowatych łożyskach ślizgowych
Celem przeprowadzonych prac jest opracowanie technologii wytwarzania
porowatych łożysk ślizgowych o zwiększonych właściwościach
samosmarujących z zastosowaniem heksagonalnego
azotku boru (h-BN) [1, 2]. W badaniach użyto dwóch typów materiałów
uformowanych w postaci wycinków tulei łożysk ślizgowych,
oznaczonych jako: T-1-x i T-3-x. Materiałem bazowym, z którego
wytworzono tuleje, był komercyjny proszek żelaza o symbolu
NC 100.24 (Höganäs AB). Tuleje o symbolu T-1-x wykonano
z proszku NC 100.24 z dodatkiem 2% mas. miedzi, natomiast tuleje
o symbolu T-3-x z dodatkiem 3% mas. azotku boru.
W celu podniesienia nośności porowatych tulei ślizgowych
ich wewnętrzne powierzchnie poddano działaniu lasera CO2 (Lumonics
VFA2500), wytwarzając ścieżki o zwiększonej twardości
i zmniejszonej porowatości. Stosowano następujące parametry procesu
modyfikacji laserem CO2: moc 0,83 kW, prędkość przesuwu
wiązki 2000 mm/min i średnica plamki 5 mm.
Na rysunku 1 przedstawiono zdjęcie przekroju poprzecznego
tulei z zaznaczonym obszarem zmodyfikowanym, wykonane za pomocą
mikroskopu świetlnego. Powierzchnia tulei przed modyfikacją
laserem charakteryzuje się porowatą strukturą. Widoczne pory
mają wymiary rzędu od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów. Tak
rozwinięta powierzchnia po impregnacji olejem pozwala zwiększyć
smarowność układu.
W wyniku modyfikacji powierzchni tulei laserem CO2 zaobserwowano
lokalne zmniejszenie porowatości z 20% do 7% (porowatość
powierzchniowa oceniona jako udział powierzchni porów do
powierzchni całkowitej). Podobne zmiany porowatości widoczne
są również w obszarze wytworzonych ścieżek w przekroju poprzecznym
tulei (rys. 1). W obszarze tym wykonano pomiary mikrotwardości
sposobem Vickersa. Wyniki pomiarów przedstawiono
na rysunku 2.
Zaobserwowano, że w wyniku laserowej modyfikacji mikrotwardość
materiału przy powierzchni tulei wzrosła około 3-krotnie
w porównaniu z materiałem niezmodyfikowanym. Widoczne są
także istotne różni więcej »
Zastosowanie metod kwantowych w badaniu ścieżek reakcji w CVD
Różnorodność materiałów, które można otrzymać z zastosowaniem
metody chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD - ang. Chemical
Vapour Deposition), należy rozumieć między innymi jako
różnorodność składu chemicznego i form morfologicznych, zróżnicowanie
stopnia krystaliczności/amorficzności struktury, a w konsekwencji
również zróżnicowanie właściwości, decydujące o zastosowaniach.
Jak dotychczas, w procesach CVD udało się użyć
prekursory gazowe 70% pierwiastków układu okresowego, wytwarzając
materiały w różnych postaciach (jak warstwy, proszki, wiskersy)
[1]. Szerokie spektrum produktów, które można otrzymać
z zastosowaniem CVD łączy się z istotą samego procesu, o którego
przebiegu decyduje duża liczba czynników i któremu towarzyszy
szereg złożonych zjawisk fizykochemicznych. Te ostatnie to przede
wszystkim transport masy i energii oraz rekcje chemiczne, których
mechanizm jest zwykle trudny do przewidzenia.
To, co w istotny sposób wyróżnia metodę CVD, a w szczególności
odróżnia ją od metody fizycznego osadzania z fazy gazowej,
to udział homo- i heterogenicznych reakcji chemicznych. W istocie
są to wzajemnie sprzężone reakcje następcze, które zachodzą
w warunkach przepływu gazów reakcyjnych (stały dopływ reagentów
i odprowadzanie produktów ubocznych). Ich przebieg zależy
od uwarunkowań termodynamicznych i kinetycznych, te zaś od
parametrów procesu (temperatury, ciśnienia, typu i stężenia prekursorów
gazowych oraz od rodzaju podłoża). Reakcje mogą być aktywowane
nie tylko cieplnie, ale również w wyniku przekazywania
energii w polu elektromagnetycznym, elektrycznym i magnetycznym.
Towarzyszy im tworzenie produktów pośrednich, w tym rodników
i kompleksów aktywnych. W zależności od warunków procesu
produkty pośrednie i produkty końcowe reakcji mogą się różnić
(nawet jeśli użyto tych samych substratów). Wszystko to oznacza,
że zrozumienie mechanizmów reakcji chemicznych w CVD i ich
zależności od warunków procesu jest ważne nie tylko więcej »
Zastosowanie nowoczesnych technik numerycznych do procesu odlewania ciśnieniowego
Obecnie prace projektowe można prowadzić w wirtualnej rzeczywistości
z wykorzystaniem odpowiednich programów, począwszy
od fazy projektu całego urządzenia, przez analizę konstrukcyjną
i technologiczną poszczególnych jego podzespołów. Programy te
umożliwiają uzyskanie bardzo rzeczywistego obrazu (realistycznej
wizualizacji) projektowanego zespołu, jak również powiązanie poszczególnych
współpracujących zespołów i ocenę ich wzajemnej
zależności w czasie pracy [1÷3]. Dodatkowo można przeprowadzić
symulacje pracy formy i analizę kolizyjności (np. źle wprowadzone
pochylenia mogą doprowadzić do uniemożliwienia wyjęcia odlewu
z wnęki formy).
Optymalizacja konstrukcji i technologii formy ciśnieniowej to
skomplikowany problem ze względu na złożony charakter mechanizmów
zużycia eksploatacyjnego, które obejmuje m.in. takie
procesy, jak: zmęczenie cieplne, zmęczenie mechaniczne, erozja
i kawitacja, roztwarzanie składników materiału formy przez ciekły
metal oraz adhezyjne przywieranie odlewu do formy. Trwałość
formy zależy głównie od doboru struktury materiału matrycy
i jej warstwy wierzchniej w taki sposób, aby opóźnić powstawanie
i propagację pęknięć cieplnych tak długo, jak to możliwe [4, 5].
Przyczyny przedwczesnego niszczenia form ciśnieniowych poddanych
procesom obróbki powierzchniowej tkwią w niekontrolowanym
nakładaniu się naprężeń własnych pochodzących z procesu
wytwarzania warstwy wierzchniej z naprężeniami od wymuszeń
zewnętrznych, generowanych cyklicznie podczas eksploatacji formy.
Dlatego znajomość rozkładu naprężeń od wymuszeń zewnętrznych
generowanych w formie ciśnieniowej podczas całego cyklu
odlewania jest niezbędnym elementem mogącym pomóc zwiększyć
trwałość formy [6, 7].
Najlepszymi narzędziami do rozwiązywania tego typu problemów
są numeryczne techniki iteracyjne. Oferują one znacznie szersze
możliwości analizy trwałości formy w porównaniu z najbardziej
nawet rozbudowanymi wzorami i hipotezami wytężeniowymi, co
wynika więcej »
Zastosowanie powłok PEDOT/ABA/PMo12 w ochronie przed korozją stali nierdzewnej X20Cr13
Materiały metaliczne modyfikowane powierzchniowo polimerami
przewodzącymi znajdują coraz szersze zastosowanie, m.in. jako
materiały do budowy akumulatorów, baterii, matryc dla katalizatorów
czy superkondensatorów oraz w ochronie antykorozyjnej metali
nieżelaznych i stali. Powłoki polimerowe zapewniają skuteczną
ochronę metalu w kwaśnych środowiskach korozyjnych, utrzymując
potencjał stacjonarny chronionego metalu w zakresie pasywnym,
jednakże nie chronią przed rozwojem korozji wżerowej [1÷3].
Jak wynika z danych literaturowych [4÷6], jest możliwe uzyskanie
antykorozyjnych powłok kompozytowych zapewniających ochronę
przed atakiem agresywnych jonów, zawierających wielocentrowe
związki nieorganiczne (heteropolikwasy). Wprowadzenie do struktury
polimeru (np. poliprolu lub politiofenu) heteropolianionu powoduje
stabilizację dodatnio naładowanego łańcucha, a powstały
układ skutecznie odpycha jony ujemne.
W poprzednich pracach autorów [7÷10] zaproponowano wykorzystanie
kompozytowych powłok na bazie poli(3,4-etylenodioksytiofenu)
(PEDOT) i kwasu 4-aminobenzoesowego (ABA) do
ochrony przed korozją stali nierdzewnej. Powłoki PEDOT/ABA
osadzano z roztworów wodnych technikami elektrochemicznymi.
W celu zwiększenia efektywności procesu elektroosadzania powłok
zastosowano roztwory micelarne zawierające anionowy związek
powierzchniowo-czynny. Przeprowadzone badania wykazały,
że zastosowanie ABA w kompozycji z polimerem przewodzącym
powoduje poprawę przyczepności powłoki do podłoża stalowego.
Uzyskane powłoki zapewniają stali ochronę w zakwaszonych roztworach
siarczanowych, natomiast nie chronią przed rozwojem korozji
wżerowej.
W pracy podjęto próbę otrzymania kompozytowych powłok PEDOT/
ABA modyfikowanych heteropolianionami kwasu fosforomolibdenowego
(PMo12). Powłoki PEDOT/ABA/PMo12 osadzano
na powierzchni stali nierdzewnej X20Cr13 z wodnych roztworów
micelarnych metodą woltamperometrii cyklicznej. Właściwości
ochronne uzyskanych powłok ba więcej »
Znaczenie właściwości cieplnych żeliw w kształtowaniu ich warstwy powierzchniowej podczas laserowej obróbki cieplnej
Żeliwa, a w szczególności żeliwa z grafitem, w przemyśle motoryzacyjnym,
czy też maszyn rolniczych, cieszą się ciągłym zainteresowaniem
[1]. Związane jest to na przykład z ich dostatecznymi właściwościami
mechanicznymi (czasem lepszymi od staliw i bliskim stalom,
np. żeliwa sferoidalne), dobrą zdolnością tłumienia drgań. Ale również
wiąże się to z rozwojem technologii ich wytwarzania i obróbek
powierzchniowych stwarzających nowe możliwości zastosowania.
Jedną z takich obróbek jest laserowa obróbka cieplna. Samo
przetapianie laserowe umożliwia wytworzenie warstw powierzchniowych
o drobnoziarnistej strukturze zahartowanego żeliwa
białego charakteryzujące się dużą mikrotwardością - 3÷4-krotnie
większą w porównaniu z twardością materiału rdzenia [2÷5].
Przetapianie laserowe poza zwiększeniem mikrotwardości pozwala
uzyskać zwiększenie odporności na różnego rodzaju zużycia (między
innymi erozyjne i korozyjne), a w konsekwencji zwiększenie
trwałości elementu [3, 5].
Konstytuowanie warstw powierzchniowych za pomocą laserowej
obróbki cieplnej (LOC) i uzyskiwanie pożądanego efektu, czyli
tzw. parametrów wyjściowych (skład chemiczny i struktura, zasięg
zmian, właściwości użytkowe, stan powierzchni) wymaga poznania
szeregu różnych czynników oddziałujących na ten końcowy efekt.
Stanowią je parametry tzw. wejściowe, jak parametry wiązki laserowej
i związany z tym rodzaj lasera, długość fali wiązki, rozkład
energii w wiązce oraz parametry związane z nadmuchem gazu.
Wpływ mają również czynniki związane z obrabianym elementem,
takie jak stan jego powierzchni, właściwości fizyczne (np. gęstość,
temperatura topnienia), czy właściwości cieplne materiału (np. ciepło
właściwe, czy też przewodnictwo cieplne) [4].
Nie bez przyczyny wpływ parametrów wiązki laserowej na uzyskiwane
efekty w warstwie powierzchniowej jest szeroko analizowane.
Stosując parametry, takie jak moc wiązki laserowej P, W,
jej promień r, m, czas oddziaływania na materiał t, s, m więcej »