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

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

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

Otrzymywanie warstw tlenku glinu z acetyloacetonianu glinu metodą CVD w powietrzu

Agata Sawka Andrzej Kwatera

Narzędzia skrawające z węglików spiekanych w postaci płytek wieloostrzowych pokrywane wstępnie pośrednią warstwą Ti(C, N) lub TiC względnie TiN, a następnie czystymi warstwami α lub к-Al2O3 w postaci pojedynczej warstwy (monolayer) lub multiwarstwy (multilayers) składającej się z wielu cienkich warstw o sumarycznej grubości takiej jak pojedyncze warstwy, są niezbędne w technologii szybkiej obróbki skrawaniem (do 600 m/min) części precyzyjnych maszyn (np. robotów). Aktualnie warstwy tlenku glinu na skalę przemysłową otrzymuje się metodą CVD [1] z użyciem chlorku glinu jako podstawowego reagenta w temperaturze ok. 1050°C. Otrzymane warstwy są polikrystaliczne i mogą zawierać drobnoziarnistą metatrwałą fazę к-Al2O3 lub/i α-Al2O3 o dużych ziarnach (faza к powstaje zwłaszcza na początku syntezy kolejnych warstw). Im większe ziarna, tym powierzchnia warstwy jest bardziej chropowata i tym intensywniej nagrzewa się ostrze narzędzia w trakcie pracy, co powoduje szybsze zużycie. Chropowatość monowarstw jest większa niż multiwarstw. Im więcej jest mutiwarstw, tym zewnętrzna powierzchnia jest gładsza. W trakcie pracy temperatura ostrza może wynosić 800°C i więcej. Z tego względu w tej temperaturze dodatkowo przy udziale naprężeń wywołanych skrawaniem może dojść do przemiany fazy к w α. Przemiana ta jest niekorzystna, ponieważ na styku tych faz powstają mikrospękania, które są wynikiem mniejszej objętości molowej fazy α (ok. 8%) w porównaniu z objętością molową fazy к [2]. W przypadku multiwarstw spękania powstają głównie na styku warstw wchodzących w skład multiwarstwy, ponieważ głównie tam może znajdować się faza к. Prowadzi to do delaminacji warstw i zniszczenia multiwarstwy. W przypadku monowarstw tego zjawiska nie obserwuje się. Natomiast mogą powstawać nieliczne, ale większe mikrospękania. Ponadto warstwy są bardziej chropowate i dlatego intensywniej [...]

ZAKUP JEDNORAZOWY I DOSTĘP DO WIRTUALNEJ CZYTELNI
PRENUMERATA PAPIEROWA

Czytaj za darmo! »

Prenumerata

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

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

okres prenumeraty:

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

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

INNE PUBLIKACJE W TYM ZESZYCIE

ALFABETYCZNY SPIS AUTORÓW 2013 AUTHOR'S INDEX 2013

A ADAMCZYK-CIEŚLAK BOGUSŁAWA.......................................... nr 6, s. 806 ADAMEK GRZEGORZ..................................................................... nr 4, s. 241 ALBRECHT ROBERT........................................................................ nr 4, s. 317 ARAB MADJID.................................................................................. nr 6, s. 720 ATRASZKIEWICZ RADOMIR......................................................... nr 6, s. 729 AUGUSTYN-PIENIĄŻ EK JOANNA................................................ nr 2, s. 116 B BALCERZAK MATEUSZ.................................................................. nr 4, s. 245 BAŃCZEROWSKA PAULINA.......................................................... nr 5, s. 463 BARANOWSKA JOLANTA.................................. nr 5, s. 463, nr 6, s. 682, 716 BARLAK MAREK............................................................................. nr 6, s. 837 BARTKOWSKA ANETA.................... nr 4, s. 249, 346, nr 5, s. 530, nr 6, s. 610 BARTKOWSKI DARIUSZ................. nr 3, s. 185, nr 5, s. 505, nr 6, s. 615, 786 BATORY DAMIAN............................................................................ nr 5, s. 459 BAUER IWONA................................................................. nr 6, s. 619, 623, 786 BAZARNIK PIOTR........................................................ nr 3, s. 176, nr 4, s. 314 BAZEL MICHAŁ................................................................................ nr 6, s. 627 BEŁTOWSKA-LEHMAN EWA......................................................... nr 3, s. 135 BERGMARK ANDERS...................................................................... nr 4, s. 370 BETIUK MAREK........................................... nr 5, s. 555, nr 6, s. 631, 635, 794 BIEDUNKIEWICZ ANNA................................................................. nr 5, s. 426 BIEDUNKIEWICZ WITOLD............................................... więcej »

ALFABETYCZNY SPIS RECENZENTÓW 2013

Janina Adamus Jolanta Baranowska Dariusz Bieliński Franciszek Binczyk Marek Blicharski Zbigniew Bojar Tadeusz Burakowski Jan Chłopek Jan Cwajna Aleksandra Czyrska-Filemonowicz Stanisława Dalczyńska-Jonas Julian Deputat więcej »

Analiza fazowa i stan naprężeń własnych w warstwach azotowanych na stopie tytanu Ti6Al4V wytwarzanych w niskotemperaturowej plazmie

Stanisław J. Skrzypek Michał Tarnowski Marcin Goły Tomasz Borowski Tadeusz Wierzchoń

Coraz większe wymagania stawiane materiałom konstrukcyjnym i funkcjonalnym w zakresie m.in. właściwości mechanicznych, odporności na korozję i erozję, biozgodności są podstawą rozwoju różnych metod inżynierii powierzchni. Umożliwiają one kształtowanie mikrostruktury, składu fazowego i chemicznego, stanu naprężeń własnych w warstwach powierzchniowych obrabianych materiałów, a więc kształtowania ich właściwości użytkowych. Jednym z ważniejszych zadań obróbek powierzchniowych, szczególnie w przypadku detali narażonych na obciążenia dynamiczne i korozję, np. implantów tytanowych, jest wytworzenie określonych stanów naprężeń własnych wpływających na ich właściwości eksploatacyjne. Właściwości warstw wierzchnich i powłok zależą przede wszystkim od rodzaju ich mikrostruktury, składu fazowego, grubości i topografii powierzchni, stanu naprężeń własnych, a także sposobu przygotowania [1÷5]. Wpływ technologii wytwarzania warstw wierzchnich i powłok przedstawiono w artykule na przykładzie warstw azotowanych jarzeniowo na stopie tytanu Ti6Al4V. Wytworzono powłoki typu TiN + Ti2N + αTi(N) na powierzchniach stopu po szlifowaniu i polerowaniu. Zastosowano niskotemperaturowy proces azotowania jarzeniowego, tj. na potencjale plazmy (proces nazywany także azotowaniem z aktywnym ekranem) oraz obróbkę konwencjonalną, tj. na potencjale katody z wykorzystaniem zjawiska rozpylania katodowego [6]. Oba warianty obróbek realizowano przy tych samych parametrach. METODYKA BADAŃ Przygotowanie próbek do badań Okrągłe próbki o średnicy Ø80 i grubości 0,8 mm po polerowaniu w zawiesinie Al2O3 oraz po szlifowaniu na papierze o gradacji 400 poddano procesowi azotowania jarzeniowego w temperaturze 650°C przez 4 godziny, pod ciśnieniem w komorze roboczej 0,2 kPa zarówno na potencjale katody, jak i z wykorzystaniem tzw. aktywnego ekranu (na tzw. potencjale plazmy). Przed procesami obróbki jarzeniowej próbki czyszczono acetonem w płuczce ultradźwiękowej więcej »

Analiza morfologii wydzieleń rdzeniowych otrzymywanych w stopie 2024 po nowoczesnych obróbkach cieplno-plastycznych

HANNA RADZISZEWSKA ŁUKASZ KACZMAREK BOGUSŁAWA ADAMCZYK-CIEŚLAK JAROSŁAW MIZERA IRINA G. BRODOVA ANASTAZJA N. PETROVA

Lekkie, wysokowytrzymałe stopy aluminium mają coraz szersze zastosowanie przemysłowe dzięki możliwości polepszania ich własności mechanicznych przez zastosowanie nowoczesnych metod obróbki cieplnej i plastycznej. Metody obróbki plastycznej pozwalają na silną akumulację odkształcenia w temperaturze pokojowej lub na gorąco. Najczęściej stosowane metody SPD (Severe Plastic Deformation) to: ECAP (Equal Chanel Angular Pressing), HPT (High Pressure Torsion), TE (Twist Extrusion), ARB (Accumulative Roll Bonding). Pozwalają one na uzyskanie materiału o silnie rozdrobnionym ziarnie, także relatywnie zwiększonej dyspersji wydzieleń umacniających [1÷4]. Niestety podczas tych obróbek pojawia się niebezpieczeństwo powstawania kruchych pęknięć, które wpływają na znaczne obniżenie plastyczności materiału. Ponadto technologiczne rozwiązania pozwalają na zastosowanie tych metod jedynie do wyrobów o ograniczonych wymiarach, są procesami energochłonnymi i wymagają specjalistycznego oprzyrządowania [2, 4]. Uzyskanie materiału o porównywalnych własnościach wytrzymałościowych z tymi, które można otrzymać, stosując metody SPD, z jednoczesnym zachowaniem dużej plastyczności, jest także możliwe dzięki zastosowaniu nowoczesnych metod obróbek cieplnych opartych na wieloetapowym starzeniu, tj.: HTPP (High- -Temperature Pre-Precipitation), RRA (Retrogression and Re-Ageing), T6I6 lub T6I4 [5÷9]. Ponadto procesy te są energooszczędne, nie wymagają dodatkowego specjalistycznego oprzyrządowania i mogą być wykonywane na gotowych detalach bez względu na ich wielkość i kształt. Jednym z najczęściej stosowanych komercyjnie stopów układu AlCuMg jest stop AA2024, w którym składniki stopowe Cu, Mg, Mn, Fe, Si tworzą, w zależności od parametrów zastosowanej obróbki cieplnej, różnorodne, stabilne lub metastabilne fazy międzymetaliczne determinujące własności materiału. W artykule przedstawiono przegląd literatury przedmiotu i wyniki badań własnych stopu 2024 po zab więcej »

Application of ion bombardment to modification tribological properties of rubber

DARIUSZ M. BIELIŃSKI JACEK JAGIELSKI

So far, ion irradiation used to be applied mainly for modification of metals and ceramics [1]. Recent works on its effects towards polymers are devoted mainly to plastomers [2], whereas papers on ion beam treatment of elastomers are mostly associated with medical applications [3]. Despite the influence of energetic ions on composition and structure of engineering semicrystalline polymers seems to be well established [4], knowledge on effects possible to obtain for amorphous elastomers still remains unexplored. Ion beam treatment seems to be very promising technique, especially for elastomers, because of the extent of modification limited to the top surface layer of materials, not exceeding some micrometers, leaving overall elasticity of rubber parts intact. From our recent work it follows, that interactions between ion beam and rubber macromolecules seem to be mainly of energetic character [5]. As a result hydrogen release takes place, which initiate further modification of rubber. Depending on its macromolecular structure, graphitization can be preferably accompanied either by degradation or crosslinking. The former produces free radicals, as a result of chain scission, which readily attract oxygen and modify surface polarity of elastomers. The latter makes their surface layer shrunk, what results in microcracking and development of surface geometry, which together with an increased hardness can modify frictional contact area. EXPERIMENTAL Materials Conventional vulcanizates based on: natural (NR), styrene-butadiene (SBR), butadiene-acrylonitrile rubber (NBR) or its mixes with chloroprene rubber (CR), as well as special elastomers: thermoplastic polyurethane (TPU), thermoplastic polyolefine (TPE) elastomer, silicone (Q), chloroprene (CR) and hydrogenated butadiene-acrylonitrile (HNBR) rubbers - Table 1, were subjected to irradiation by ions of various mass and chemical reactivity: H+, He+, F+ or Ar+. The treatment was realiz więcej »

Azotowanie stali HS-6-5-2 sposobem boost-diffusion

Bartłomiej Januszewicz Piotr Kula Emilia Wołowiec Adam Rzepkowski

Proces azotowania stosowany w celu wydłużenia czasu pracy części maszyn i narzędzi wpływa w rezultacie na zmniejszenie kosztów produkcji i eksploatacji. Ekonomiczne i ekologiczne zalety procesu azotowania mogą być osiągane w procesach, w których kształtowanie się warstwy azotowanej następuje w możliwie krótkim czasie przy możliwie małym zużyciu energii elektrycznej oraz gazów roboczych. Ponadto wiele małych zakładów usługowych dysponuje urządzeniami uniwersalnymi realizującymi róże rodzaje obórki cieplnej, takie jak nawęglanie, hartowanie, odpuszczanie czy wyżarzanie. Parametry charakteryzujące warstwę azotowaną, decydujące o jej prawidłowej pracy, obejmują optymalną strukturę strefy azotków żelaza (α, γʹ + α lub ε + γʹ + α), grubość, stężenie azotu i jego profil. Aspekt ekonomiczny i ekologiczny obejmuje wielkość i strukturę emisji gazów do otoczenia. Proces azotowania próżniowego z powodzeniem spełnia warunki zarówno ekonomiczności, jak i ekologiczności. Ważnym zagadnieniem, zwłaszcza z punktu widzenia eksploatacji urządzeń uniwersalnych, jest możliwość kontroli tego procesu w celu uzyskania założonych z góry parametrów warstwy wierzchniej. Tradycyjne metody azotowania nie pozwalały na dokładną kontrolę wzrostu warstwy azotowanej [1]. Azotowanie w amoniaku pod ciśnieniem atmosferycznym bądź wyższym powodowało w praktyce przemysłowej wystąpienie powierzchniowej strefy azotków żelaza ε + γʹ (z reguły bardzo grubej i kruchej), którą usuwano przez szlifowanie [2, 3], co zasadniczo zwiększa koszt procesu wytwarzania. W celu zwiększenia kontroli nad konstytuowaniem się warstwy wierzchniej w procesach azotowania wprowadzono atmosfery dwuskładnikowe składające się z amoniaku i amoniaku dysocjowanego NH3 + NH3diss [4, 5], jak również amoniaku i cząsteczkow więcej »

Badania możliwości wystąpienia uszkodzeń w stentach naczyniowych z nitinolu metodą cyklicznych odkształceń

PAWEŁ MARCHLEWSKI JERZY JELEŃKOWSKI

Stenty, jako ażurowe, precyzyjnie wykonane technikami laserowymi konstrukcje (głównie metalowe), wszczepiane w celu udrożnienia przepustowości naczyń krwionośnych przy zmianach miażdżycowych, są niezwykle odpowiedzialnym i unikatowym rodzajem implantu. Podlegają one złożonym stanom obciążenia i odkształcenia zarówno podczas samego zabiegu implantacji, jak i podczas pracy w naczyniu krwionośnym. Podczas implantacji ulegają znacznym odkształceniom w momencie wprowadzania i "otwierania" w naczyniu krwionośnym. Wszczepione do organizmu, ulegają działaniu sił związanych z ruchami naczynia krwionośnego, ciśnieniem krwi czy naciskami zewnętrznymi. Istnieje zatem ryzyko występowania pęknięć w ażurowej konstrukcji stentu. Ważnym elementem staje się zatem metoda diagnostyki stentów kardiologicznych sprężyście odkształcalnych, która stanowi szczególny element kontroli jakości ich wykonania. Polega ona na niskocyklowym, kontrolowanym odkształceniu badanych stentów i rejestrowaniu zmian obciążenia w funkcji czasu. W ten sposób jest monitorowana reakcja materiału na wymuszone odkształcenie, a rejestrowane zmiany obciążenia pozwalają na ocenę efektywności przeprowadzonych obróbek cieplnych. Szczególne wymagania wytrzymałościowe są stawiane stentom wykonanym z materiałów posiadających pamięć kształtu. Podjęte prace i badania miały na celu zaprojektowanie i wyko więcej »

Badania naprężeń własnych w warstwach chromokrzemowanej i chromowanej wytwarzanych metodą proszkową

IWONA BAUER ADAM PIASECKI

Proces przeobrażeń wiedzy technicznej nieodłącznie przyczynia się do udoskonalania technologii i materiałów konstrukcyjnych stosowanych w różnorodnych warunkach eksploatacyjnych. Trwałość elementów maszyn oraz narzędzi zależy od wielu czynników, m.in. obróbki cieplnej, cieplno-chemicznej, twardości i składu chemicznego materiału, budowy strukturalnej, warunków środowiska. Istotnym elementem warstwy wierzchniej jest stan naprężeń, który wpływa na właściwości, tj. wytrzymałość stykową i zmęczeniową, odporność na zużycie przez tarcie, adhezyjną przyczepność do podłoża, korozję naprężeniową, oporność elektryczną [1÷7]. Przyczyną występowania naprężeń własnych może być m.in. obróbka plastyczna, cieplna, cieplno-chemiczna, oddziaływanie chemiczne i fizykochemiczne. W wyniku częściowej relaksacji naprężeń wywołanych efektem Kirkendalla w warstwach dyfuzyjnych powstaje porowatość [8]. Opracowano wiele metod badawczych w celu określenia naprężeń własnych m.in. metody dyfrakcji rentgenowskiej, wyznaczanie naprężeń za pomocą efektu Barkhausena, metoda Waismana-Phillipsa, metody obliczeniowe z wykorzystaniem rozkładów wartości temperatury, rozszerzalności cieplnej i różnic objętości właściwej podczas zachodzących przemian fazowych [9, 10]. Dobór materiałów i technologii jest istotnym warunkiem podczas projektowania narzędzi oraz części maszyn. W ostatnich latach rozpowszechniło się wytwarzanie warstw powierzchniowych w procesach dyfuzyjnych [11÷17]. W literaturze jest niewiele informacji dotyczących stanu naprężeń w dyfuzyjnych warstwach chromokrzemowanych wytwarzanych metodą proszkową, dlatego było to celem badań w prezentowanej pracy. Dla porównania przeprowadzono badania warstw, które wytworzono na stali C45 w procesie chromowania metodą proszkową. Warstwy te mają zbliżoną do warstw chromokrzemowanych objętość właściwą i moduł Younga. MATERIAŁ I Wytwarzanie Warstw Materiałem wyjściowym, z k więcej »

Badania systemów areologicznych z warstwami azotku tytanu na stopie magnezu AZ91D

Marek Betiuk Michał Tacikowski Agnieszka Wątła Irena Pokorska Agnieszka Brojanowska

Ze względu na najmniejszą spośród stopów lekkich gęstość systematycznie rosnące zainteresowanie stopami magnezu skłania do poszukiwania obróbek powierzchniowych umożliwiających poprawę niekorzystnych własności powierzchniowych tych stopów. Wytworzenie na powierzchni stopów magnezu powłok odpornych na korozję i zużycie przez tarcie, np. azotków tytanu, chromu i innych metali, pozwala mieć nadzieję na istotne poszerzenie zakresu potencjalnych zastosowań tych stopów o zastosowania w warunkach dużych narażeń tribologicznych i korozyjnych. Prace prowadzone w tym obszarze od ok. dwóch dekad [1, 2] potwierdzają korzystny wpływ powłok azotków metali na odporność na zużycie przez tarcie stopów magnezu. Powłoki te są wytwarzane metodami typu PA PVD. Prowadzone prace [3, 4] wykazują jednak słabą odporność na korozję tych systemów materiałowych (reologicznych). Utracie ochrony korozyjnej sprzyja adhezyjny charakter połączenia powłok z podłożem, co ogranicza poziom dopuszczalych nacisków w węzłach- tribokorozyjnych [5]. Perspektywicznym rozwiązaniem potwierdzonym wynikami prac [4÷7], umożliwiającym jednoczesną poprawę odporności na zużycie przez tarcie i korozję stopów magnezu, może być wytwarzanie na ich powierzchni warstw i powłok wielowarstwowych budowanych z faz azotków dyfuzyjnie związanych z podłożem. Tego typu kompozytowe warstwy można wytwarzać metodą hybrydową [6]. Polega ona na pokryciu powierzchni stopu magnezu powłoką metalu azotkotwórczego (np. tytanu lub chromu) w procesie rozpylania magnetronowego i późniejszym azotowaniem wytworzonego systemu materiałów. Cechą znamienną tej metody jest zachodzące jednocześnie z azotowaniem powierzchni powłoki jej dyfuzyjne, w miejsce adhezyjnego, połączenie z podłożem [6, 7]. Skutkuje to jej przekształceniem w warstwę o zwiększonej przyczepności w swej budowie zawierającej nową wytworzoną strefę dyfuzyjną. W prezentowanej pracy zastosowano inny, zmodyfikowany wariant metody hybrydowej, uk więcej »

Budowa strefy TGO w warstwach TBC a przewodnictwo jonowe warstwy izolacyjnej

Grzegorz Moskal Marta Mikuśkiewicz

Powłokowe bariery cieplne (TBC - Thermal Barrier Coatings) to system wielowarstwowy zbudowany z zewnętrznej warstwy ceramicznej, której rolą jest izolacja cieplna materiału podłoża w warunkach długotrwałej eksploatacji. Drugi element tego sytemu to żaroodporna warstwa podkładowa, zwana również międzywarstwą. Rolą tego obszaru jest zapewnienie odpowiednio dużej odporności na utlenianie i korozję. Pomiędzy obiema warstwami tworzy się strefa tlenków zwana tlenkami narastającymi w warunkach odziaływania temperatury (TGO - Thermally Grown Oxides) [1, 2]. Strefa ta powstaje w wyniku dyfuzji tlenu z atmosfery roboczej przez pory i pęknięcia warstwy ceramicznej do powierzchni warstwy żaroodpornej, gdzie następuje selektywne utlenianie aluminium i tworzenie się tlenku Al2O3. Jest to najbardziej pożądany przebieg tego zjawiska, jednakże wraz z wydłużeniem czasu ekspozycji wysokotemperaturowej tworzą się tlenki złożone o sieci typu spineli. Zazwyczaj jest to tlenek NiAl2O4, w skrajnym przypadku może to być tlenek niklu NiO. Równocześnie rośnie grubość strefy TGO, co sprzyja tworzeniu się mikropęknięć wewnątrz warstwy ceramicznej bezpośrednio nad warstwą tych tlenków. Pęknięcia mogą się również tworzyć w samej strefie tlenków TGO. Zwłaszcza w obszarach tlenków złożonych i NiO, które charakteryzują się mniej zwartą budową oraz obecnością porów i mikropęknięć. Sprzyja to zarodkowaniu mikropęknięć w tych obszarach i ich propagacji w kierunku warstwy ceramicznej [3, 4]. Sytuacja jeszcze bardziej się komplikuje, gdy rozpatrzy się lokalizację strefy TGO na powierzchni warstwy żaroodpornej. W przypadku obszarów znajdujących się na tzw. dnie profilu chropowatości, przeprowadzone symulacje i badania wskazują na występowanie naprężeń ściskających [5÷9]. Jest to sytuacja korzystna i sprzyja tworzeniu się zwartej warstwy tlenków zbudowanej głównie z Al2O3. Natomiast inną morfologię ma strefa TGO w obszarze wierzchołków profilu chropowatości międzywar więcej »

Characterization of lanthanum lutetium oxide thin films grown by pulsed laser deposition

Agnieszka Kopia Christine Leroux Kazimierz Kowalski Madjid Arab Frederic Guinneton Jean Raymond Gavarri

Exposure to ionizing can occur in the range of industries, medical institution, educational and research establishments and nuclear fuel cycling facilities. Adequate radiation protection is essential for the safe and acceptable use of radiation, radioactive materials and nuclear energy [1]. Due to large number of different applications, there are many alternatives of materials and design for radiation sensors or detectors. To optimize the trade-offs that exist among the requirements, different materials, geometric arrangements and different physical detection techniques are used [2]. A number of efforts were devoted to investigate the influence of radiation on the properties of metal-oxide materials [3÷5]. Metal oxides are interesting for their low-cost and simplicity. Properties of metal oxides materials are directly or indirectly connected to the presence of defects. In particular oxygen vacancies determine the optical, electronic and transport properties of the materials and usually dominate the chemistry of its surface. The promising materials for gamma sensor applications are TiO2, TeO2, NiO, CeO2, In2O3, LaFeO3, LaLuO3 [2, 3, 6, 7]. The gamma detecting oxide materials can be in the form of both: thin or thick films [3]. Only crystallized LaLuO3 exhibits luminescence properties that could be used in detection. There are a wide variety of techniques for deposition of thin films. The examples are thermal evaporation (also known as vacuum vapour deposition), electron-beam evaporation, magnetron sputtering, chemical vapour deposition (CVD) and molecular beam epitaxy (MBE) [8÷10]. Pulsed laser deposition was already used to grow amorphous LaLuO3, mainly as high-K gate dielectrics [11], but barely crystallized LaLuO3 films were grown by this technique. For this reason, in the present work to obtain crystallized LaLuO3 thin films PLD technique was used and the morphology and chemical composition of thin films were investigated. I więcej »

Cienkie warstwy LaCoO3 na bazie perowskitu wykonane metodą ablacji laserowej

Jarosław Szelc Agnieszka Kopia Łukasz Cieniek

Perowskity należą do najbardziej zasobnych minerałów w skorupie ziemskiej. Szacuje się, że ponad 50% obj. skorupy ziemskiej ma strukturę perowskitu [1]. Materiały te swoją nazwę otrzymały od minerału CaTiO3 opisanego po raz pierwszy w 1830 r. przez geologa Gustawa Rose, który nazwał je na cześć mineraloga rosyjskiego, L. A. Perowskiego. Ogólny wzór, którym opisuje się perowskity, to ABX3. A i B to jony metali, a X to wodór, tlen, azot, węgiel lub halogenki; najczęściej jest to jednak tlen. Natura jonu B wywiera główny wpływ na właściwości perowskitu, np. SrTiO3 jest izolatorem, gdy w miejsce B podstawi się Co czy Fe, to perowskit będzie miał przewodnictwo mieszane. Te różnice w przewodnictwie mogą być wyjaśnione przez różne konfiguracje elektronowe jonu B [2, 3]. Niektóre perowskity typu ABO3 zawierające metal przejściowy w położeniu B są uważane za materiały o mieszanym przewodnictwie. Ze względu na ich duże przewodnictwo jonowe i elektronowe materiały na bazie perowskitów LaCoO3 znalazły zastosowanie jako membrany tlenowe, elektrody oraz katalizatory utleniające oraz czujniki tlenowe [4]. Obecnie istnieje wiele typów perowskitów o mieszanym przewodnictwie, które są stosowane jako membrany do separacji tlenu. Jednym z typów tych materiałów są perowskity oparte na ceramice LaCoO3 domieszkowane strontem. Transport jonów tlenu w tego typu materiałach odbywa się przez wakancje, które powstają w wyniku domieszkowania trójwartościowego jonu La dwuwartościowym jonem Sr [5]. Perowskity na bazie LaCoO3 cieszą się dużym zainteresowaniem ze względu na unikatową cechę jaką jest zmiana stanu spinowego Co3+, co prowadzi do niezwykłych właściwości fizycznych. Wraz ze wzrostem temperatury stan spinowy LaCoO3 zmienia się ze stanu niemagnetycznego - niskospinowego (LS), do stanu średniospinowego (IS) w temperaturze 100 K, a następnie staje się mieszanką stanu IS oraz stanu wysokospinowego (HS) w temperaturze ok. 300 K [6, 7]. W celu osiągnięci więcej »

Dylatometryczna metoda detekcji efektów termomechanicznych w powłokach gradientowych CrCN/CrN

Piotr Myśliński Łukasz Szparaga Adam Gilewicz Roman Olik Jerzy Ratajski

Intensywny rozwój technologii przeciwzużyciowych powłok PVD osadzanych na powierzchniach roboczych narzędzi do maszynowych obróbek metali i drewna oraz wzrastające wymagania dotyczące parametrów eksploatacyjnych narzędzi wymuszają stosowanie zróżnicowanych badań diagnostycznych nowo opracowanych powłok. W tym zakresie wyprzedzająca znajomość stabilności termicznej właściwości powłok istotnych z punktu widzenia trwałości narzędzi jest bardzo ważnym elementem w procesie doboru parametrów technologii projektowanych struktur przeciwzużyciowych [1÷6]. Użytkowanie narzędzi w złożonych węzłach tribologicznych powoduje często cieplne aktywowanie szeregu procesów mikroi makroskopowych. Są nimi przede wszystkim relaksacja naprężeń, rozrost ziaren materiału powłoki, procesy dyfuzji, jak również degradacja chemiczna i mechaniczna struktury powłok [7÷11]. Efektem tych procesów i ich synergii są między innymi zmiany stanu naprężeń w powłokach [12]. W opracowanej metodzie podczas izotermicznego wyżarzania lub liniowych zmian temperatury systemu podłoże-powłoka PVD są odwzorowywane oddziaływania cieplne na powłokę, jakie mają miejsce w rzeczywistych warunkach eksploatacji struktur przeciwzużyciowych PVD. Cechy wyróżniające opracowaną metodę polegają na tym, że monitorowanie zmian naprężeń w powłoce odbywa się podczas przebiegu zastosowanej obróbki cieplnej, a przedmiotem pomiarów są zmiany temperatury i przemieszczeń liniowych podłoża [1÷5, 13, 14]. Wsród powłok przeciwzużyciowych na szczególną uwagę zasługują tzw. powłoki gradientowe. Należą one to do grupy materiałów FGM (Functionally Graded Materials), które charakteryzują się ciągłą zmianą parametrów fizykochemicznych w funkcji zmiennych przestrzennych. Stosowanie powłok gradientowych umożliwia redukcję naprężeń na granicach warstwa/podłoże oraz pomiędzy warstwami powłoki wielowarstwowej. Prowadzi to do polepszenia mechanicznych właściwości powłok, w tym np. zwiększenia adhezji powłoki więcej »

Ewolucja strefy dwufazowej podczas dyfuzji wzajemnej w stopach potrójnych

Katarzyna Tkacz -Śmiech Bartłomiej Wierzba Andrzej Nowotnik Marek Danielewski

Zjawisko dyfuzji wzajemnej ma istotne znaczenie w ważnych technologiach materiałowych, takich jak otrzymywanie warstw i materiałów gradientowych albo spawanie dyfuzyjne. Jego zrozumienie i umiejętność modelowania są decydujące w projektowaniu i otrzymywaniu stabilnych połączeń dyfuzyjnych w materiałach. Najprostszy model dyfuzji wzajemnej opisuje ją jako ruch atomów w jednowymiarowej parze dyfuzyjnej, powstałej z połączenia dwóch metali. Strefa dyfuzyjna, jaka tworzy się w takim układzie, składa się zwykle z szeregu warstw związków międzymetalicznych i jednofazowych roztworów stałych. Sekwencja i grubości poszczególnych warstw mogą być określone przez porównanie profili stężeń pierwiastków z diagramem równowagi fazowej w danym układzie. Biorąc jednak pod uwagę, że stosowane komercyjnie materiały zawierają na ogół wiele pierwiastków stopowych, proste przedstawienie dyfuzji w parze podwójnej (dwuskładnikowej) nie jest wystarczające. Kluczowym, ale jak dotychczas nierozwiązanym, problemem związanym z dyfuzją wzajemną w stopach wieloskładnikowych jest możliwość przewidywania morfologii wielofazowej strefy dyfuzyjnej, która tworzy się w obszarze złącza. W zależności od wyjściowego składu chemicznego łączonych materiałów oraz warunków procesu (temperatury i ciśnienia) tworząca się strefa może mieć złożoną mikrostrukturę i zróżnicowany skład fazowy. Strefa dyfuzyjna w układach trójskładnikowych, A-B-C, może się składać z warstw jedno- i dwufazowych [1, 2]. W takim przypadku wygodnie jest przedstawić zmiany stężenia poszczególnych pierwiastków w parze dyfuzyjnej w postaci ścieżki dyfuzji odwzorowanej na przekroju izotermicznym diagramu równowagi fazowej. Ścieżka taka łączy brzegowe składy pary dyfuzyjnej i przechodzi przez pola faz, które mogą się tworzyć (ale niekoniecznie się tworzą) w czasie dyfuzji [3]. Jeśli ścieżka dyfuzji wchodzi w pole dwufazowe (np. α + β) pod pewnym kątem do konody, to w próbce tworzy się warstwa więcej »

Gas boriding of Inconel 600 alloy

Natalia Makuch Michał Kulka Piotr Dziarski

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 wear and abrasion resistance comparable to sintered carbides. Borided layers can be often characterized by more than double increase in the wear resistance of metal parts that were previously carburized, nitrided, nitrocarburized, or hard chrome plated in numerous applications. The selection of material is very important. The possibilities of borides formation with different materials are generally known. Boriding can be applied to a wide range of steel alloys, including carbon steel, low alloy steel, tool steel and stainless steel. Low alloy steels that have been carburized can be subsequently boronized and then rehardened. Boriding of steels generally results in the formation of FeB and Fe2B needle-like microstructure at the surface. The boride layers are characterized by many advantageous properties: high hardness of iron borides (up to 2000 HV), high abrasive wear resistance, the advantageous profile of residual stresses, high heat resistance, high corrosion resistance in acid and alkaline solutions, high resistance to influence of liquid metals and alloys and high hardness at increased temperatures [1÷7]. The main disadvantage of these layers is their brittleness, especially of FeB boride [3, 5, 7]. There are several factors that cause this brittleness: first, the FeB and Fe2B have a high hardness, second, a large hardness gradient exists between the boride layer and the substrate. There are many methods, which can lessen the brittleness of the boride layers. The top three methods are: obtaining a single-phase Fe2B layer [6, 7], the production of multicomponent and complex boride layers [8÷15] and laser heat treatment (LHT) after boriding [16÷20]. The borocarburizing process [11÷15] leads to the formation of hybrid l więcej »

Hartowanie i borowanie laserowe stali konstrukcyjnej C45

Aneta Bartkowska Aleksandra Pertek -Owsianna Damian Przestacki

Wiele różnych części maszyn i urządzeń wymaga zastosowania materiałów o zwiększonej trwałości warstwy wierzchniej. Dlatego producenci poszukują twardych i wytrzymałych stali, które wydłużą okres eksploatacyjny, co zredukuje koszty naprawy zużywanych części. Na rynku znajduje się wiele nowoczesnych stali, takie jak Hardox, stale z borem, które charakteryzują się zwiększoną odpornością na zużycie przez tarcie [1÷4]. Stale te są dość drogie, dlatego w wielu przypadkach, gdy nie jest wymagana odporność na obciążenia udarowe materiału, można zastosować obróbkę powierzchniową popularnych stali konstrukcyjnych [4÷14]. W ostatnich latach w celu kształtowania właściwości warstwy wierzchniej tradycyjna obróbka cieplna i cieplno-chemiczna jest zastępowana przez obróbkę laserową. W obróbce tej ważnymi parametrami są: gęstość mocy wiązki laserowej, prędkość skanowania wiązką względem obrabianej powierzchni, a także sposób wzajemnego usytuowania ścieżek laserowych. Nowoczesnym rozwiązaniem technologicznym jest laserowa obróbka cieplna [7÷14], dzięki której można obrobić dowolną powierzchnię wyrobu, aby uzyskać pożądane właściwości. Jedną z proponowanych obróbek cieplno-chemicznych może być borowanie dyfuzyjne, które zwiększa trwałość obrabianych części i narzędzi [6, 7]. W pracy przedstawiono laserowę modyfikację powierzchni obejmującą hartowanie laserowe i borowanie laserowe stali C45. Badaniu wpływu parametrów obróbki laserowej poddano w pracy stal C45, którą wybrano jako przedstawiciela stali konstrukcyjnej niestopowej. Zastosowana obróbka pozwala na zwiększenie twardości powierzchni stali przy zachowaniu plastycznego rdzenia. METODYKA BADAŃ Badania przeprowadzono na próbkach ze stali C45 o składzie chemicznym przedstawionym w tabeli 1. Próbki miały kształt pierścienia o wymiarach: D = 20 mm, d = 12 mm, h = 12 mm. Hartowanie i borowanie laserowe przeprowadzono za pomocą lasera technologicznego CO2 firmy TRUMPH typu TLF 2600 Turbo o m więcej »

Hybrydowe warstwy wierzchnie wytwarzane na bazie nawęglania niskociśnieniowego i azotonasiarczania do zastosowań w regeneracji części maszyn

Piotr Kula Konrad Dybowski Sebastian Lipa Jacek Sawicki Radomir Atraszkiewicz Robert Pietrasik Adam Krasiński

Zespół działań pozwalających przywrócić lub poprawić własności użytkowe części zużytych lub uszkodzonych na drodze regeneracji określa się mianem posunięć proekologicznych. Takie bowiem działanie eliminuje znacznie konieczność utylizacji zużytych części maszyn i urządzeń. Jeśli dodatkowo efektem końcowym jest produkt o zwiększonej trwałości w porównaniu z pierwotnie wykonanym detalem to niewątpliwie są to rozwiązania jak najbardziej zasadne. Obecnie w celu znacznego polepszenia własności eksploatacyjnych detalu w miejscu uszkodzenia elementu wprowadza się zaawansowaną technologię nakładania warstw wierzchnich należących do grupy obróbek high technology [1]. Przykładem tej techniki jest technologia plazmowego nakładania powłok. Jest to jednak technologia droga, stosowana głównie w przemyśle lotniczym, kosmicznym lub medycznym - implantologii. Wobec tego poszukiwanie nowych technik regeneracji, które spełniałyby podwyższone wymagania eksploatacyjne, a przy tym byłyby tanie w zastosowaniu jest jak najbardziej korzystne [2÷5]. W artykule przedstawiono sposób na znacznie prostszą technologię regeneracji części maszyn niż wspomniana obróbka high technology. Koncepcja ta oparta została na wykorzystaniu warstw hybrydowych, w której zastosowanie uniwersalnego materiału odtworzeniowego pozwoliło na użycie określonej obróbki powierzchniowej zwiększającej trwałość regenerowanego elementu. Taka warstwa hybrydowa została zbudowana z warstwy gradientowej z powłoką przeciwzużyciową, co zapewnia poprawę własności wytrzymałościowych przy jednoczesnym zmniejszeniu oporów tarcia. Na materiał odtworzeniowy wytypowano stal 17CrNi6-6, której skład chemiczny umożliwia zastosowanie obróbki cieplno-chemicznej, jakim jest nawęglanie niskociśnieniowe. Wytworzona w taki sposób warstwa wierzchnia gwarantuje zwiększenie własności wytrzymałościowych. Następnie na tak obrobioną warstwę nałożono powłokę przeciwzużyciową, niskotarciową. WYKONANIE WARSTWY HYBR więcej »

Jubileusz 70-lecia Profesora Zbigniewa Gawrońskiego

Profesor Zbigniew Gawroński jest absolwentem Wydziału Mechanicznego Politechniki Łódzkiej, który ukończył z wyróżnieniem w roku 1969, otrzymując dyplom magistra inżyniera o specjalności "Metaloznawstwo i Obróbka Cieplna". W tym samym roku został zatrudniony w macierzystej uczelni na stanowisku asystenta w ówczesnej Katedrze Metaloznawstwa i Obróbki Cieplnej. W 1974 roku uzyskał stopień doktora nauk technicznych, broniąc z wyróżnieniem rozprawę pt.: "Wpływ wanadu na strukturę i właściwości stopów Cu-Ti". Kolejny awans naukowy, stopień doktora habilitowanego, uzyskał w roku 1999 na podstawie rozprawy: "Wpływ stanu naprężeń własnych w warstwach azotowanych na zużycie o charakterze zmęczenia stykowego". W 2001 r. otrzymał angaż na stanowisko profesora więcej »

Kompozyty elastomerowe z dodatkiem grafenu lub MWCNT modyfikowanych plazmochemicznie

Mariusz Siciński Dariusz Bieliński Hieronim Szymanowski Anna Piątkowska Joanna Kleczewska Tomasz Gozdek Klaudia Kwiatos

Napełniacze węglowe są powszechnie stosowane w przemyśle gumowym, a ich najważniejszą funkcją jest poprawa właściwości mechanicznych wulkanizatów. W przypadku sadzy, grafenu czy nanorurek węglowych większa polarność powierzchni skutkuje tendencją do aglomeracji napełniacza w niepolarnej matrycy kauczukowej [1]. Skutkiem jest obniżenie oczekiwanego efektu wzmacniającego związane ze zmniejszeniem aktywnej powierzchni cząstek napełniacza zdolnych do oddziaływań z makrocząsteczkami kauczuku [2]. Brak lub niewielka ilość aktywnych grup chemicznych na powierzchni cząstek badanych materiałów mocno ogranicza oddziaływania na granicy faz matryca-napełniacz. Obecnie proponowane metody kompatybilizacji takiego układu są niewystarczające. W ostatnich latach czołowe światowe jednostki naukowo-przemysłowe zajmujące się technologią gumy pracują nad zastosowaniem plazmy niskotemperaturowej do modyfikacji napełniaczy [3, 4]. Zarówno grafen, jak i nanorurki węglowe od momentu odkrycia przyciągają uwagę różnorodnych środowisk naukowych. Ze względu na unikatowe właściwości mechaniczne, elektryczne oraz cieplne [5] stały się jednymi z najbardziej obiecujących materiałów mogących mieć zastosowanie jako zaawansowane napełniacze w różnego rodzaju kompozytach, m.in. polimerowych [6]. Okazuje się jednak, że problemem jest uzyskanie kompozytu o zadowalającej dyspersji cząstek napełniacza. Odpowiedzialna jest za to mało aktywna warstwa wierzchnia nanorurek węglowych oraz grafenu, z amorficzną warstwą węgla, zmniejszająca oddziaływania na granicy faz matryca-napełniacz. Aglomeracja, szczególnie w przypadku nanorurek węglowych tworzących swego rodzaju splątane kłębki, sprawia, że uzyskany kompozyt nie osiąga oczekiwanych właściwości wytrzymałościowych. Jako jeden ze sposobów na zmianę aktywności chemicznej napełniaczy węglowych proponuje się sfunkcjonalizowanie ich grupami kwasowymi, aminowymi czy fluorowymi, przez tworzenie wiązań kowalencyjnych [7]. Cor więcej »

Laser-borided layer formed on Inconel 600 alloy

Michał Kulka Natalia Makuch Piotr Dziarski Damian Przestacki

Nickel and its alloys are known for their excellent resistance to corrosion and oxidation. Therefore, these materials are often used wherever corrosive media or high temperature are to be expected. As a consequence, they are used predominantly in the chemical engineering industry (tanks and apparatus construction), the petroleum industry and in turbine construction. However, the poor wear resistance, as an important disadvantage, causes the limited using of these alloys. Under conditions of appreciable mechanical wear (adhesive or abrasive), these materials have to characterize by suitable wear protection. Processes used for protecting steels, such as nitriding, carburizing or case-hardening, can not be successfully used for Ni-based alloys. The diffusion boronizing could be the thermochemical treatment, which improves tribological properties of nickel and its alloys. It was shown in literature data that they can be borided efficiently using different methods [1÷8] without sacrificing corrosion resistance. This boriding process results in formation of nickel borides at the surface. However, the powder-pack boronizing using commercial Ekabor powder containing SiC [1÷3] is not preferred because of formation of porous silicide layer at the surface. As a consequence, relatively low hardness is usually obtained at the surface (within the range from 750 HV to 980 HV). Fluidized bed technology is not also proper to boronizing of nickel. In spite of using fluidized bed without SiC the obtained layers are characterized by low hardness (about 870 HV) and thickness of 35 μm [4]. The better results were obtained in case of using powders without SiC, e.g. Ekabor Ni powder specially prepared for Ni-based alloys. The powder-pack boronizing of pure nickel using this agent results in formation of thick boride layers (up to 100 μm) of high hardness (1300 HK) [5]. Inconel alloys are also good candidates for boronizing by powder-pack me więcej »

Laserowa modyfikacja struktury i właściwości wybranych gatunków stali

Mikołaj Popławski Adam Piasecki Marcin Marchewka

Technologia napawania, metalizacji natryskowej, cięcia i żłobienia ze względu na stosowanie tych samych lub podobnych urządzeń i tych samych źródeł ciepła jest zaliczana do procesów pokrewnych procesom spawalniczym. Napawanie polega na nakładaniu warstwy ciekłego metalu na powierzchnię obrabianego przedmiotu przy jednoczesnym topieniu podłoża. Napawanie znajduje zastosowanie do pokrywania powierzchni różnych gotowych części maszyn i narzędzi warstwą bardziej odporną na ścieranie, uderzenie lub korozję niż metal podstawowy. Istotnym zastosowaniem napawania jest także regeneracja części metalowych, które zostały zużyte wskutek wytarcia lub wyłamania. Przykładem jest regeneracja walców hutniczych, obrzeży kół wagonowych i tramwajowych, powierzchni uszczelniających dużych zaworów, narzędzi kuźniczych, odlewów ciśnieniowych, jak również narzędzi do głębokiego tłoczenia [1]. Nanoszony materiał może występować w postaci: proszku, elektrod otulonych lub drutu, a jako nowoczesne źródło ciepła można zastosować laser. Laserowa obróbka powierzchni zapewnia uniwersalne rozwiązania w zakresie laserowego powlekania, hartowania, stapiania i/lub dyspergowania. W warunkach dużego zużycia ściernego współpracujących części zastosowanie laserowej obróbki cieplnej dla dwuetapowo przygotowanej w procesie nawęglania i borowania warstwy materiału wydaje się niezastąpione [2]. W przypadku stali austenitycznych, w których nie można wykorzystać zmieniającej właściwości przemiany fazowej, zastosowanie laserowej obróbki odkształcającej (LSP - Laser Shock Processing) powoduje odkształcenie plastyczne i wprowadzenie naprężeń ściskających do warstwy wierzchniej obrabianej stali austenitycznej [4]. W zależno więcej »

Mikroobróbka laserowa przednich kontaktów elektrycznych w krzemowych ogniwach słonecznych

LESZEK A. DOBRZAŃSKI Małgorzata Musztyfaga-Staszuk

Postęp w zakresie produkcji ogniw słonecznych o coraz większej sprawności dokonuje się w ostatnich latach zwłaszcza dzięki wykorzystaniu nowoczesnych technik laserowych, umożliwiających automatyzację i intensywny rozwój poszczególnych etapów wytwarzania. Jedną z wytwórczych operacji ogniwa słonecznego jest wykonanie elektrody przedniej o wymaganym rozmiarze i kształcie, zagłębieniu w materiał półprzewodnikowy, mikrostrukturze bez porów i pęknięć oraz najmniejszej rezystancji jej połączenia z podłożem, z zastosowaniem odpowiedniego składu pasty. W związku z tym zainteresowanie tą tematyką badawczą wydaje się jak najbardziej uzasadnione i trafne. Rozwój krzemowych ogniw słonecznych W ostatnich kilkunastu latach obserwuje się wzrost zainteresowania pozyskiwania energii elektrycznej z ogniw słonecznych, pomimo wysokich cen utrzymania tych źródeł energii. W wyniku dużych zapasów płytek krzemowych wytwarzane na ich bazie ogniwa słoneczne zdominowały rynek. Prognozuje się nawet, że aktualny stan dominacji utrzyma się aż do roku 2020. Do najważniejszych technologii zalicza się wytwarzanie ogniw słonecznych na bazie krzemu krystalicznego oraz cienkowarstwowego [1÷3]. Rozwój nowych technologii z użyciem ogniw słonecznych wymaga wykonywania dalszych badań w wybranych obszarach przemysłu fotowoltaicznego (tab. 1). Zestawienie zdolności produkcyjnych dla technologii krystalicznych przedstawiono na rysunku 1, natomiast na bazie krzemu cienkowarstwowego na rysunku 2. Materiał do badań i przygotowanie pró bek Badania wykonano na płytkach z krzemu monokrystalicznego typu p domieszkowanego borem o grubości ~330 μm oraz polu powierzchni 25 cm2. Do badań zastosowano proszek srebra o granulacji <40 nm, szkliwo ceramiczne i nośnik organiczny. Wyboru składu chemicznego past dokonano doświadczalnie. Na rysunku 3 przedstawiono schemat doboru materiału do badań i przygotowania próbek, opracowany na podstawie przeglądu piśmiennictwa w celu z więcej »

Mikrostruktura i właściwości tribokorozyjne dyfuzyjnych warstw chromokrzemowanej i chromowanej

IWONA BAUER

Maszyny i narzędzia, które znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, podczas eksploatacji ulegają często nadmiernemu zużyciu. W celu poprawy ich właściwości użytkowych w licznych ośrodkach naukowych są prowadzone prace nad udoskonalaniem technologii spełniających te oczekiwania [1÷6]. Urządzenia stosowane w przemyśle cukrowniczym są wykonane z różnorodnych materiałów, a charakterystyka środowiska, w którym pracują, wpływa na ich nadmierną eksploatację wskutek czynników mechanicznych, tribologicznych, korozyjnych lub ich łącznego oddziaływania [7÷10]. Specyfika warunków pracy związana z ciągłym cyklem produkcyjnym wymaga bezawaryjności i trwałości eksploatacyjnej maszyn. Korzystnym rozwiązaniem jest zakup nowoczesnej bazy maszynowej, np. warników z komorą parową typu "plaster miodu", ekstraktorów pionowych, dekantatorów pośpiesznych, pomp próżniowych i gazowych czy wielu innych. Związane jest to z wysokimi kosztami, które w efekcie końcowym wpływają na cenę produkcji cukru. Dla wielu maszyn cukrowniczych poszukuje się więc rozwiązań, które wpływają na zwiększenie ich trwałości eksploatacyjnej przy niskich kosztach ich wytwarzania lub regeneracji. W procesie chromokrzemowania są wytwarzane warstwy, które mają dobre właściwości użytkowe, tj. odporność na zużycie przez tarcie i korozję. Chromokrzemowaniu poświęcono między innymi prace [11÷15], natomiast niewiele jest doniesień literaturowych dotyczących badań tribokorozji warstw chromokrzemowanych wytwarzanych na części maszyn pracujących w przemyśle cukrowniczym [16]. W prezentowanej pracy podjęto próbę oceny właściwości tribokorozyjnych warstw chromokrzemowanych w warunkach oddziaływania gęstwy cukrowej, na którą narażone są urządzenia związane z produkcją cukru. W celu porównawczym przeprowadzono badania warstw chromowanych wytwarzanych metodą proszkową. MATERIAŁ I Wytwarzanie Warstw Warstwy wytwarzano na próbkach wykonanych ze stali C90U, której skład chemiczny we więcej »

Mikrostruktura warstw węgloazotowanych na stali austenitycznej

Paweł Kochmański Jolanta Baranowska Paweł Giza Mieczysław Wysiecki

Chromowo-niklowa, odporna na korozję stal o strukturze austenitycznej jest materiałem bardzo szeroko stosowanym w technice z powodu bardzo dobrych właściwości antykorozyjnych. Jednakże istnieją przypadki, gdy jej zastosowanie jest ograniczone ze względu na niewystarczającą odporność na zużycie tribologiczne. Odporność ta, a w szczególności na zużycie ścierne, może być poprawiona przez zwiększenie twardości. Twardości stali austenitycznej nie można zwiększyć za pomocą obróbki cieplnej, gdyż nie zachodzą w niej żadne możliwe do wykorzystania przemiany fazowe, a umocnienie przez zgniot może okazać się niewystarczające lub proces wytwarzania nie przewiduje obróbki plastycznej. W takich przypadkach alternatywą mogą być techniki inżynierii powierzchni, na przykład azotowanie, nawęglanie lub węgloazotowanie. Podstawowym warunkiem stawianym technologicznym warstwom azotowanym na stali odpornej na korozję jest właśnie zachowanie tej odporności. Utrata odporności korozyjnej całkowicie dyskwalifikuje daną metodę utwardzania warstwy wierzchniej. Azotowanie zarówno gazowe, jak i jarzeniowe w klasycznym dla azotowania zakresie temperatury, czyli od 530 do 580°C prowadzi do wytworzenia na stali austenitycznej warstw o znacznie pogorszonej odporności korozyjnej zawierających znaczną ilość wydzieleń azotków chromu i/lub żelaza [1]. Obecnie wiadomo, że zachowanie odporności korozyjnej warstwy azotowanej na stali austenitycznej jest możliwe wtedy, gdy jest ona zbudowana z tzw. fazy S zwanej także austenitem rozszerzonym. Fazę tę zaobserwował jako pierwszy Ichii [2] na stali austenitycznej azotowanej techniką jarzeniową w temperaturze 400°C. Jej duża twardość i dobra odporność korozyjna zadecydowały o bardzo dużym zainteresowaniu tzw. obróbkami niskotemperaturowymi. Obejmują one procesy azotowania [1÷3], nawęglania [4÷6] i węgloazotowania [7÷9]. Cechą wspólną tych procesów jest prowadzenie obróbki w temperaturze nie wyższej niż 500°C. Powstająca więcej »

Modelowanie fizyczne szkliwienia powierzchni powłokowych barier cieplnych typu Gd2Zr2O7 podczas obróbki laserowej

Andrzej Grabowski Grzegorz Moskal Anna Jasik Marta Mikuśkiewicz

Powłokowe bariery cieplne (TBC - thermal barier coatings) są stosowane w celu ochrony powierzchni metalicznych w gorącej sekcji turbin gazowych. Ma to zapewnić zwiększenie trwałości i bezpieczną eksploatację w warunkach długotrwałej pracy silnika w wysokiej temperaturze. Zazwyczaj powłoki tego typu stanowi system dwóch warstw. Zewnętrznej, natryskiwanej plazmowo w powietrzu, ceramicznej warstwy izolującej na bazie częściowo stabilizowanego tlenkiem itru tlenku cyrkonu oraz warstwy wewnętrznej, podkładowej natryskiwanej plazmowo w próżni z proszków typu Ni(Co)CrAlY. Zewnętrzna, porowata warstwa ceramiczna spełnia rolę izolacji cieplnej, natomiast wewnętrzna warstwa podkładowa zapewnia z jednej strony odporność na utlenianie i korozję wysokotemperaturową, z drugiej kompensuje różnice w wartościach współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej warstwy ceramicznej i stopu podłoża [1, 2]. Podstawową cechą morfologiczną warstwy ceramicznej jest obecność porów i pęknięć wertykalnych oraz horyzontalnych. Rolą celowo kreowanej siatki pęknięć i porów jest zwiększenie zdolności izolacyjnych warstwy ceramicznej, ale także zmniejszenie naprężeń wewnętrznych. Z drugiej strony obecność pęknięć i porów obniża podstawowe właściwości mechaniczne, a także negatywnie wpływa na odporność na utlenianie i korozję wysokotemperaturową całego systemu TBC [1÷4]. Obecność pęknięć i porów ułatwia penetrację warstwy ceramicznej przez powietrze i agresywne gazy robocze oraz ciekłe osady solne, co ułatwia proces degradacji warstw TBC. Infiltracja powietrza wewnątrz powłoki powoduje przyspieszoną degradację warstwy podkładowej i przyrost grubości tlenków TGO (thermally grown oxides). W konsekwencji następuje przyspieszone pękanie i odpadanie warstwy ceramicznej [5]. Proces infiltracji może zostać spowolniony przez przetopienie powierzchni warstwy ceramicznej za pomocą wiązki laserowej. Operacja ta pozwala na zmniejszenie chropowatości warstwy wierzchniej, więcej »

Modelowanie procesu pulsacyjnego nawęglania stali

Marek Zajusz Katarzyna Tkacz-Śmiech Kamil Dychtoń Bartłomiej Wierzba Marek Danielwski

Nawęglanie jest cieplno-chemiczną metodą modyfikacji warstwy wierzchniej stali, która istotnie zwiększa jej twardość i odporność na zużycie. Efekty nawęglania, tj. właściwości użytkowe i czas pracy elementów poddanych obróbce, zależą od grubości wytworzonej strefy dyfuzyjnej (zwykle około 1÷1,5 mm) oraz zawartości i rozmieszczenia węgla w tej strefie. Dlatego jest wymagany staranny dobór parametrów technologicznych procesu, z których najważniejsze to: temperatura, czas nawęglania oraz parametry atmosfery nawęglającej. Od parametrów tych zależą: współczynnik przenoszenia węgla przez granicę faz β i współczynnik dyfuzji węgla w stali [1÷6]. W celu uzyskania jak najlepszych rezultatów metody nawęglania są nieustannie modyfikowane. Jednocześnie coraz większy nacisk kładzie się na efektywne projektowanie procesu, umożliwiające dobór parametrów technologicznych i lepszą kontrolę technologii bez konieczności powtarzania wielu eksperymentów. Do szczególnie perspektywicznych technik nawęglania należy ekologiczna metoda nawęglania próżniowego z użyciem acetylenu w roli prekursora węgla [6]. Jej stosowanie pozwala zredukować czas procesu, a materiały poddane obróbce cechuje wysoka jakość. Nawęglanie próżniowe może być realizowane z wykorzystaniem techniki pulsacyjnej w następujących po sobie cyklach nawęglania (nasycania) i wyżarzania (dyfuzji) [7]. W każdym etapie nawęglania powierzchnia substratu jest nasycana węglem, potem dopływ gazu jest przerywany i węgiel dyfunduje w głąb próbki. Głębokość nawęglania i rozmieszczenie węgla w warstwie wierzchniej stopu mogą być modyfikowane między innymi przez dobór czasu nawęglania i wyżarzania oraz liczby impulsów. W tej pracy opisano model i metodę numeryczną umożliwiające projektowanie procesu nawęglania pulsacyjnego i optymalizację jego parametrów technologicznych. Proponowany model został zbudowany za podstawie równań konstytutywnych, w których uwzględniono dyfuzję węgla i składników więcej »

Morfologia powłok z fazy S osadzanych metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego

Sebastian Fryska Jolanta Baranowska

Chromowo-niklowa stal austenityczna należy do grupy najważniejszych materiałów konstrukcyjnych. Wykonuje się z niej szeroką gamę produktów począwszy od przedmiotów codziennego użytku po zaawansowane elementy w technologiach kosmicznych. Podstawą zaletą tej grupy stali jest bardzo dobra odporność na korozję. Jest ona efektem dużej zawartości chromu, zapewniającego zdolność do wytwarzania pasywnej powłoki tlenkowej. Znaczenie i wykorzystanie stali austenitycznej można by znacznie zwiększyć, pokonując jej podstawowe ograniczenia, do których należą mała twardość i odporność na zużycie tribologiczne. W tym celu od wielu lat prowadzi się badania nad technologiami inżynierii powierzchni, które pozwoliłby na poprawę tych charakterystyk, bez ograniczania odporności korozyjnej. Szczególną rolę odgrywają procesy tzw. niskotemperaturowej obróbki cieplno-chemicznej. Należą do nich procesy azotowania i nawęglania prowadzone w temperaturze <500°C [1]. W takich warunkach dochodzi do tworzenia warstw wierzchnich zbudowanych z tzw. fazy S, którą cechuje duża twardość, odporność na zużycie tribologiczne oraz dobra odporność korozyjna, porównywalna z materiałem podłoża [2÷4]. Faza S jest fazą typu azotkowego, którą można opisać wzorem MxN, gdzie M oznacza wszystkie pierwiastki stopowe wchodzące w skład austenitu [5]. Jest to faza o szerokim zakresie stężeń azotu, które może się zmieniać w zakresie 10÷50% at. Faza ta może być również otrzymywana metodami PVD. Możliwość otrzymywania tego typu powłok w efekcie reaktywnego rozpylania magnetronowego została potwierdzona przez wielu badaczy [6÷10]. Wykazano, że jest możliwe otrzymanie fazy S zarówno węglowej, jak i azotowej [6, 7] w szerokim zakresie stężeń tych pierwiastków. Jednocześnie proces ten umożliwia dość łatwe sterowanie zawartością pierwiastków w pozycjach międzywęzłowych przez zmianę składu atmosfery roboczej. Ponieważ zawartość pierwiastków międzywęzłowych w tych powłokach, w przeciwieńst więcej »

Naprężenia skurczowe materiałów kompozytowych o małym skurczu polimeryzacyjnym

MONIKA DOMARECKA MIECZYSŁAW JARONIEK ANNA SOKOŁOWSKA KRZYSZTOF SOKOŁOWSKI IWONA. M. SZYNKOWSKA DOROTA RYLSKA Michał Krasowski JERZY SOKOŁOWSKI

Dzięki postępowi w technologii materiałów polimerowych, jaki dokonał się w ostatnich dziesięcioleciach, opracowano i wprowadzono do lecznictwa wiele materiałów kompozytowych o coraz to lepszych właściwościach użytkowych. Modyfikacje kompozytów obejmowały głównie zmiany w składzie wypełniaczy, ale także wprowadzano nowe monomery (np. UEDMA, BisEMA) czy układy katalityczne istotnie poprawiające właściwości użytkowe materiałów [1, 2]. Dzięki dobrym właściwościom materiałów kompozytowych w ostatnich latach lekarze coraz częściej wykorzystują je przy rekonstrukcji twardych tkanek zębów, wykonując z nich blisko połowę wszystkich wypełnień [3]. Materiały kompozytowe nie są jednak idealnymi materiałami do rekonstrukcji twardych tkanek zębów. Ze stosowaniem kompozytów wiążą się pewne problemy wynikające z występowania zjawiska skurczu polimeryzacyjnego towarzyszącego sieciowaniu materiału. Wartość skurczu objętościowego typowych kompozytów dentystycznych szacuje się na 2÷3%, a materiałów typu flow ok. 5% [2, 4]. Skutkiem skurczu polimeryzacyjnego materiału zamkniętego w ubytku i połączonego z jego ścianami jest powstanie naprężeń skurczowych w materiale oraz na granicy tkanek i materiału rekonstrukcji kompozytowej [5, 6]. Naprężenia skurczowe wraz z naprężeniami powstającymi przy zmianach temperatury oraz przy mechanicznych obciążeniach są przyczyną defektów pobrzeży wypełnień [7], które dobrze udokumentowano m.in. w badaniach in vitro wypełnień V klasy wg Blacka [5, 8, 9] i w zębach odbudowanych za pomocą wkładów ceramicznych [10]. Defekty pobrzeży prowadzą do utraty szczelności oraz mikroprzecieku i są przyczyną większości niepowodzeń w leczeniu stomatologicznym, m.in.: nadwrażliwości pozabiegowej, powikłań zapalnych miazgi zębów, przebarwień pobrzeży wypełnień, a także wtórnej próchnicy zębów [11]. W celu zapobiegania tym powikłaniom podejmowano próby zmniejszenia skurczu polimeryzacyjnego materiałów kompozytowych. Aw i Nicholls [ więcej »

Naprężenia własne występujące w obszarze temperatury generowanej w przedmiocie obrabianym podczas frezowania

WOJCIECH STACHURSKI PIOTR ZGÓRNIAK JACEK SAWICKI DARIUSZ OSTROWSKI BARTŁOMIEJ JANUSZEWICZ

W wyniku procesu technologicznego podczas wytwarzania wyrobu obciążona zostaje powierzchnia materiału i pewien obszar pod tą powierzchnią. W obróbce ubytkowej obciążenia mogą przyjmować postać od typowego obciążenia siłami do złożonych procesów fizyczno- chemicznych zależnych od fizycznego mechanizmu procesu. Cechy warstwy wierzchniej (WW) są skutkami tych obciążeń. Ze względu na ocenę właściwości użytkowych wyrobów jedną z ważniejszych cech WW, charakteryzującą jej właściwości mechaniczne, są naprężenia własne [1÷4]. Naprężenia własne powstają w wyniku niejednorodności oddziaływań zewnętrznych, głównie mechanicznych i cieplnych. Na użytek technologii wprowadzono jakościowe modele powstawania naprężeń własnych w WW. Najbardziej rozpowszechniony jest model mechaniczny (zimny) i model cieplny. Są to modele dla idealnych przypadków granicznych [1, 2]. Rozpatrując model cieplny, należy zwrócić uwagę na to, że na skutek ciepła wytworzonego w procesie obróbki powstaje pole temperatury, które w zależności od mocy źródeł ciepła i intensywności cząstkowych strumieni cieplnych w strefie skrawania ma złożoną postać, a jego rozkład jest nierównomierny. Zasięg obszaru obejmującego temperaturę generowaną podczas skrawania wnika głęboko w przedmiot obrabiany [2, 5÷8]. Z tego powodu, zdaniem autorów, należy zbadać wpływ oddziaływania temperatury skrawania na naprężenia własne. W prezentowanym artykule przedstawiono badania dotyczące wyznaczania rozkładu temperatury w materiale obrabianym oraz określania wpływu temperatury na wartość naprężeń własnych. Badania zostały przeprowadzone podczas frezowania walcowego, które jest metodą skomplikowaną pod względem kinematyki obróbki [3, 4]. Dlatego nie jest możliwe bezpośrednie przeniesienie wyników badań dostępnych w literaturze, a odnoszących się do wpływu temperatury na naprężenia własne w prostszych procesach obróbki, takich jak skrawanie ortogonalne czy toczenie. warunki badań eksperymentalnyc więcej »

Nawęglanie próżniowe materiałów spiekanych w piecu próżniowym Seco/Warwick typu 25VPT z hartowaniem w helu

Michał Bazel Łukasz Piechowicz Maciej Korecki

Metody wytwarzania metali z ich proszków są skupione w gałęzi przemysłu i nauki pod nazwą metalurgia proszków. Proces metalurgii proszków jest ekonomiczną metodą wielkoseryjnej produkcji elementów o niewielkich wymiarach i prostych kształtach, w wyniku której uzyskuje się w pełni zwarte sprasowane komponenty. Metodami metalurgii proszków wytwarza się m.in. metale trudno topliwe (np. wolfram, molibden, tantal, iryd), spieki metali i niemetali wykazujących znaczne różnice temperatury topnienia, materiały porowate na łożyska samosmarujące. Do najważniejszych zalet tej metody wytwarzania należą: -- kompleksowy kształt (bez konieczności obróbki skrawaniem), -- duża (wymiarowa) precyzja wykonania, -- bardzo dobra jakość powierzchni (chropowatość), -- niezawodność i powtarzalność produkcji masowej, -- możliwość samosmarowania (wypełnienie złączonych porów materiału olejem zapewnia stałe smarowanie podczas pracy ciernej), -- jednorodna mikrostruktura, -- możliwość tworzenia mikrostruktury niemożliwej do otrzymania metodą przetapiania, -- redukcja masy (ze względu na pory element jest od 5 do 25% lżejszy niż wykonany metodą odlewania), -- możliwość tłumienia drgań (ponownie wynik oddziaływania porów), -- metoda przyjazna środowisku. Elementy wykonane za pomocą metalurgii proszków niejednokrotnie należy obrobić cieplnie lub cieplno-chemicznie. Jest to jak najbardziej możliwe do wykonania, należy mieć jednak świadomość pewnych ograniczeń, jakie pojawiają się podczas obróbki tak wykonanych komponentów. Uniwersalny piec próżniowy typu VPT25 [1] wyprodukowany przez Seco/Warwick Europe S.A. jest dedykowany do wykonywania miedzy innymi nawęglania próżniowego. W pracy zaprezentowano opis pieca VPT25 oraz przykłady nawęglania próżniowego materiałów spiekanych. OPIS PIECA VPT25 Piec przemysłowy typu 25.0VPT-4035/36IQN produkcji Seco/ Warwick Europe S.A. to uniwersalny, jednokomorowy piec próżniowy przeznaczony między innymi do nawęglania p więcej »

Numeryczne prognozowanie wpływu naprężeń własnych na wartości granicy zmęczeniowej koła zębatego hartowanego indukcyjnie

Przemysław Siedlaczek Jacek Sawicki Tomasz Kubiak

Jednym z ważniejszych efektów wywołanych przez większość powierzchniowych obróbek umacniających jest wytworzenie określonych stanów naprężeń własnych, które wywierają wpływ na właściwości eksploatacyjne obrabianych elementów maszyn i urządzeń. Naprężenia własne mogą zostać wytworzone na skutek działania procesu mechanicznego, np. skrawania, nagniatania, piaskowania i śrutowania, wprowadzających zwykle naprężenia małego zasięgu (do 200 μm), jak i obróbki cieplnej, cieplno-chemicznej, walcowania, kucia oraz spawania, wprowadzających naprężenia własne dużego zasięgu (>200 μm). W zależności od parametrów procesu technologicznego powstałe naprężenia własne mogą być zarówno rozciągające, jak i ściskające [1]. W elementach pracujących pod obciążeniem zachodzi superpozycja tego przestrzennego stanu naprężeń własnych z, przeważnie kierunkowymi, naprężeniami oddziaływań zewnętrznych [2]. Skutkiem jest zmiana wartości i kierunku składowych amplitudy wynikowego tensora naprężeń efektywnych, a przy dużych obciążeniach prowadzi do redystrybucji naprężeń własnych. W obliczeniach analitycznych często zaniedbywany jest fakt przestrzenności stanu naprężeń. Efektem tego są rozbieżności między obserwowaną eksperymentalnie, a przewidywaną trwałością elementów konstrukcyjnych. Aby temu zapobiec, jest konieczne poznanie wartości i kierunku naprężeń własnych. Nie jest to zadanie proste, głównie z powodu konieczności weryfikacji eksperymentalnej. Rozszerzenie zastosowania metod numerycznych na etapie projektowym o symulacje technologiczne pozwala poprawić przewidywalność rozkładu naprężeń własnych i wywołanych obciążeniem, a także zaplanować odpowiednią obróbkę w celu uzyskania żądanych właściwości technologicznej warstwy wierzchniej. Wielu autorów stara się odwzorować zjawiska zachodzące w czasie hartowania za pomocą zaawansowanych modeli materiałowych i technik symulacyjnych [3÷5]. Powstało na tej kanwie wiele narzędzi i dodatków do prog więcej »

Obróbka laserowa powierzchni krzemu polikrystalicznego

Leszek A. Dobrzański Aleksandra Drygała

Rozwój cywilizacyjny niesie ze sobą coraz większe zapotrzebowanie na energię elektryczną. Obecnie człowiek wykorzystuje energię zmagazynowaną w pokładach węglowych i ropopochodnych, których zasoby są ograniczone, co więcej korzystanie ze źródeł kopalnych wiąże się z emisją gazów cieplarnianych i niesie ze sobą zagrożenie ekologiczne. Niezbędne jest zatem szukanie nowych rozwiązań energetycznych [1, 2]. Obecnie uwaga skupia się na odnawialnych źródłach energii, w tym między innymi na energii promieniowania słonecznego. Słońce jest niewyczerpywalnym i podstawowym źródłem energii na Ziemi. Całkowita moc promieniowania słonecznego szacowana jest na około 3,826×1026 W [3]. Do górnych warstw atmosfery Ziemi w ciągu roku dociera promieniowanie słoneczne o gęstości strumienia 1367 W/m² [1, 4]. Część tego promieniowania jest odbijana w kosmos oraz pochłaniana przez atmosferę. Mimo to energia słoneczna absorbowana przez Ziemię w ciągu roku jest około 10 razy większa od energii możliwej do uzyskania ze wszystkich znajdujących się w Ziemi paliw kopalnych. W Polsce energia jaka dociera do powierzchni to około 1000 kWh/(m2×rok). Udział energetyki solarnej w ogólnym rankingu wykorzystania energii odnawialnej w Polsce jest jednak niewielki [1, 2, 5]. Obecnie energia promieniowania słonecznego podlega konwersji fotochemicznej, fotoelektrycznej, fototermicznej. Fotowoltaika obecnie bardzo dynamicznie się rozwija i należy przypuszczać, że wkrótce będzie coraz powszechniej stosowana. Energia słoneczna bezpośrednio przetwarzana w ogniwach fotowoltaicznych na energię elektryczną nie powoduje żadnych szkodliwych emisji, może być wszechstronnie stosowana i jest zgodna z ideą zrównoważonego rozwoju. Ogniwa słoneczne odznaczają się dużą niezawodnością, stabilnością pracy i długą żywotnością. Jednak dalszy rozwój fotowoltaiki jest związany z postępem w dziedzinie nauk materiałowych i technologii [1, 2, 4]. Do najważniejszych czynników ograniczają więcej »

Ocena jakości wybranych systemów areologicznych zawierających powłokę CrN

Irena Pokorska Marek Betiuk

Warstwy azotków chromu wykazują dużą twardość, dobrą odporność na zużycie przez tarcie, dobrą odporność na erozję i korozję w podwyższonej temperaturze. Od wielu lat prowadzi się szerokie badania nad poszukiwaniem ich metod wytwarzania, strukturą, własnościami i zastosowaniami. Dane literaturowe wskazują na duże zainteresowanie przemysłu warstwami azotków chromu [1÷4]. Wytwarza się je głównie różnymi metodami PVD, takimi jak reaktywne magnetronowe rozpylanie katodowe, katodowe odparowanie łukowe czy IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Interesującym kierunkiem badań jest zastosowanie warstw CrN w różnych systemach areologicznych [5]. W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i właściwości warstw powierzchniowych typu WC/C + CrN-Cr oraz CrN-Fe(N) na stali narzędziowej X37CrMoV5-1 (WCL). Szczególną uwagę zwrócono na problematykę oceny jakości zróżnicowanych systemów areologicznych na podstawie wyników badań z zastosowaniem metod DSI i Recatest (próba zarysowania + zgład sferyczny). metodyka badań Badania przeprowadzono na próbkach z ulepszonej cieplnie (560 HV0,5) stali X37CrMoV5-1 (WCL) z warstwami powierzchniowymi typu: WC/C + CrN-Cr oraz CrN-warstwa azotowana Fe(N). Powłoki WC/C + CrN-Cr oraz CrN wytworzono za pomocą metody Arc-PVD, a warstwę azotowaną Fe(N) w procesie azotowania gazowego. Badania metalograficzne Badania metalograficzne prowadzono na powierzchni zgładów sferycznych wykonywanych na stanowisku Kulotester kulą łożyskową ze stali ŁH15 o średnicy 30 mm. Precyzyjne wykonanie zgładu w ściśle określonym miejscu rysy umożliwiło dodatkowe oprzyrządowanie Kulotestera. Składało się ono ze stołu obrotowo- -krzyżowego, uchwytu próbki i mikroskopu z celownikiem optycznym. Proces tarcia w jednym obszarze prowadzono z przerwami, w trakcie których oczyszczano węzeł tribologiczny (przemywanie acetonem) i oceniano głębokość zgładu sferycznego przez pomiar średnicy wytarcia. Pomiary ilościowe grubości i głębokości ujawni więcej »

Ocena stopnia ogrzania cząstek proszku FeAl w procesie natryskiwania gazodetonacyjnego (GDS

Cezary Senderowski Andrzej Panas Józef Paszula Zbigniew Bojar

Nakładające się wzajemnie i związane ze sobą efekty procesów fizykochemicznych podczas detonacji gazowej mają kluczowy wpływ na osiągnięcie i utrzymanie temperatury natryskiwanych cząstek w bardzo krótkim czasie oddziaływania medium gazowego podczas przejścia fali detonacyjnej (10-7÷10-5 s), jak i w warunkach adiabatycznego rozprężania się gazowych produktów spalania detonacyjnego (ok.10-3 s). Dlatego kompleksowa analiza wyników właściwości termo-gazo-kinetycznych gazowego strumienia detonacyjnego pozwoli ujawnić rozmiar graniczny cząstki FeAl, która zachowa stan stały w momencie zderzenia z materiałem podłoża. Jednak uzyskanie w pełni miarodajnych wyników badań dotyczących oceny stanu ogrzania cząstek proszkowego materiału powłokowego w warunkach GDS jest znacząco utrudnione. Problemy eksploatacyjne i obliczeniowe wynikają przede wszystkim z nakładających się wzajemnie, związanych ze sobą efektów towarzyszących procesom fizykochemicznym w detonacji gazowej [1÷7]. Efekty te szczegółowo obrazuje zmiana parametrów termodynamicznych i prędkości przepływu strumienia gazowego w strefie oddziaływania fali detonacyjnej (FD), do momentu aż osiągnie on odkryty koniec lufy [1÷3]. Za wylotem z lufy działa podążające za falą uderzeniową gazowe produkty spalania detonacyjnego doświadczają zjawiska przepływu falowego, z serią następujących po sobie zmian - kolejno kompresji i ekspansji [4]. Falowa struktura przepływu naddźwiękowego strumienia metalizacyjnego z tworzącymi się dyskami Macha jest dość szybko wygaszana w wyniku wzajemnego tarcia molekuł gorącego gazu z powietrzem z atmosfery, wywołanego wytworzeniem turbulentnej warstwy ścinającej o lepkim tłumieniu [1]. Niemniej jednak cykliczne zmiany prędkości i temperatury produktów gazowych, mające miejsce bezpośrednio po ich wylocie z lufy działa GDS (do momentu osiągnięcia przez strumień prędkości poddźwiękowej), wywierają również istotny wpływ na końcową prędkość i stopień ogrzania cz więcej »

Ocena wytrzymałości połączenia ceramiki dwukrzemowo-litowej z materiałem kompozytowym

Barbara Łapińska IWONA M. SZYNKOWSKA Jerzy Sokołowski KINGA BOCIONG Monika Łukomska -Szymańska

Odbudowa utraconych tkanek twardych zębów za pomocą pełnoceramicznych, stałych uzupełnień protetycznych, także w bocznych odcinkach łuków zębowych, stała się możliwa dzięki zastosowaniu nowych, wysokowytrzymałych ceramik dentystycznych. Długotrwały sukces kliniczny stosowania takich uzupełnień protetycznych, wykonanych z wysokowytrzymałej ceramiki szklanej na bazie dwukrzemianu litu, zależy od możliwości uzyskania trwałego połączenia z tkankami zęba za pomocą cementów [1]. Dużą odporność mechaniczną ceramika ta zawdzięcza obecności dużej ilości kryształów dwukrzemianu litu zatopionych w szklistej masie krzemionki oraz ich zwartej strukturze. O trwałości połączenia ceramiki dentystycznej z materiałami na bazie żywic kompozytowych decyduje uzyskanie chemicznego wiązania powierzchni ceramiki z żywicą za pośrednictwem silanu oraz możliwość zakotwiczenia żywicy w mikroretencyjnej strukturze powierzchni ceramiki [2÷6]. W celu rozwinięcia powierzchni ceramiki i stworzenia korzystnych warunków dla retencji żywicy kompozytowej są stosowane różne sposoby wstępnego przygotowania powierzchni ceramiki do adhezyjnego łączenia z materiałami kompozytowymi [7]. Metodami standardowo polecanymi są obróbka strumieniowo-ścierna, trawienie kwasem fluorowodorowym oraz silanizacja [8÷10]. Podaje się, że trawienie ceramiki szklanej wzmocnionej dwukrzemianem litu kwasem fluorowodorowym nie pozwala na uzyskanie zadowalającego wzoru retencyjnego na jej powierzchni [11]. Inni autorzy podają, że struktura krystaliczna tej ceramiki sama w sobie stanowi o jej retencyjności. Dlatego też część autorów badań i klinicystów skłania się ku tradycyjnemu cementowaniu uzupełnień wykonanych z tej ceramiki. Jednakże problem ich wewnątrzustnej naprawy za pomocą materiałów kompozytowych pozostaje nadal nierozwiązany. Celem pracy była ocena wytrzymałości połączenia materiału kompozytowego z ceramiką szklaną wzmocnioną dwukrzemianem litu w zależności od sposobu przygotow więcej »

Odporność korozyjna stopu tytanu Ti6Al4V azotowanego jarzeniowo na potencjale katody i w obszarze plazmy w różnej temperaturze obróbki

AGNIESZKA BROJANOWSKA KAROL POPŁAWSKI MICHAŁ TARNOWSKI ELWIRA MARCINIAK JERZY ROBERT SOBIECKI

Dwufazowe stopy tytanu α + β są materiałem konstrukcyjnym o małej gęstości, dużej wytrzymałości mechanicznej, największym współczynniku wytrzymałości właściwej oraz dużej odporności korozyjnej w wielu środowiskach [1÷3]. Są one stosowane w wielu gałęziach przemysłu, m.in. w lotnictwie, medycynie, motoryzacji. Ograniczeniem w stosowaniu stopu tytanu Ti6Al4V jest m.in. mała twardość i dość niska odporność na zużycie przez tarcie, a w przypadku zastosowań biomedycznych zjawisko metalozy, tj. przenikania składników stopu do otaczającego implant środowiska biologicznego [2, 4]. Metody inżynierii powierzchni, m.in. azotowanie jarzeniowe, pozwalają wyeliminować te wady oraz zwiększyć właściwości mechaniczne stopu tytanu Ti6Al4V [2, 5÷8]. Konwencjonalny proces azotowania jarzeniowego jest realizowany na potencjale katody (obrabiany element stanowi katodę - rys. 1a). W tym przypadku istotne znaczenie dla tworzenia się dyfuzyjnej warstwy azotowanej ma proces rozpylania katodowego [9÷12]. Problemem jest jednak wytwarzanie jednorodnych warstw na elementach o skomplikowanych kształtach, mających ostre krawędzie czy otwory. W tych miejscach pojawia się tzw. efekt krawędziowy - powstała warstwa charakteryzuje się odmiennym składem chemicznym i topografią powierzchni w porównaniu z warstwami wytworzonymi na płaskich powierzchniach obrabianych detali. Z tego powodu w procesie azotowania jarzeniowego jest stosowane wyładowanie impulsowe lub obróbka w obszarze plazmy (active screen plasma - rys. 1b) pozwalające wyeliminować efekt krawędziowy i umożliwiające wytworzenie jednolitej warstwy na całej powierzchni obrabianego detalu [13÷20]. Eliminacja efektu krawędziowego i efektu katod wnękowych jest możliwa dzięki odizolowaniu elektrycznemu obrabianego elementu od katody (rys. 1b). Dodatkowo zastosowano tzw. aktywny ekran (rys. 1b). Umożliwia on swobodny przepływ mieszaniny gazowej i stanowi katodę. Nagrzewanie obrabianego elementu nastę więcej »

Pasywacja chemiczna i powłoka SiC jako sposoby poprawy odporności na korozję elektrochemiczną stopu dentystycznego z grupy Co-Cr-Mo-W Wirobond C

DOROTA RYLSKA BOGDAN WENDLER JERZY SOKOŁOWSKI JOLANTA SOKOŁOWSKA MONIKA ŁUKOMSKA-SZYMAŃSKA

Powszechnie stosowane stopy metali, tj. stopy Co-Cr-Mo-W oraz stopy o małej zawartości metali szlachetnych w porównaniu z tytanem oraz stopami o dużej zawartości metali szlachetnych charakteryzują się zdecydowanie gorszą odpornością korozyjną i powodują znacznie silniejszą odpowiedź biologiczną ze strony ustroju [1]. Od lat są prowadzone badania mające na celu zabezpieczenie powierzchni stopów przed oddziaływaniem agresywnego środowiska, co w przypadku zastosowań medycznych wiąże się z poprawą ich właściwości biologicznych [2, 3]. Jedną z metod jest zastosowanie powłok ochronnych, w tym powłok nanoszonych metodami PVD. Zyskały one popularność dzięki ich wytrzymałości oraz dobrym własnościom biologicznym. Coraz większym zainteresowaniem cieszą się powłoki węglika krzemu (SiC), które łączą bardzo dobre właściwości fizykochemiczne i mechaniczne [4÷9]. Silne wiązania atomowe pomiędzy krzemem i węglem oraz budowa krystalograficzna zbliżona do diamentu odpowiadają za dużą wytrzymałość i twardość, odporność na zużycie oraz dobrą odporność na utlenianie i korozję. Wymienione własności fizykochemiczno-mechaniczne składają się na wydłużenie czasu użytkowania pokrytych elementów nawet w agresywnym środowisku, jakim jest z pewnością jama ustna [10, 11]. Prowadzone badania są ukierunkowane na poprawę właściwości materiałów ceramicznych oraz udoskonalenie metod ich osadzania na biomateriałach metalicznych, a co za tym idzie zmierzają do uzyskania warstw o jak najlepszych właściwościach. Powłoka ochronna powinna wykazywać większą odporność niż podłoże i stanowić jak najlepszą barierę dyfuzyjną. Zasadniczą miarą właściwości ochronnych powłok naniesionych na materiały metaliczne jest poziom odporności korozyjnej [12÷14]. Biokompatybilność stopów Co-Cr-Mo-W jest związana z dużą odpornością na korozję wynikającą z samoistnego tworzenia się warstw pasywnych na ich powierzchni [15÷23]. Niestety dla tychże stopów stwierdzano niejednokrotnie uwaln więcej »

Poprawa odporności korozyjnej stopu Wironit przez modyfikację jego powierzchni

DOROTA RYLSKA BOGDAN WENDLER JERZY SOKOŁOWSKI

Stopy metali wykorzystuje się w protetyce stomatologicznej m.in. ze względu na trwałość i korzystne właściwości mechaniczne. Stosowane są zarówno stopy metali szlachetnych, jak i stopy nieszlachetne, których głównymi składnikami są: żelazo, kobalt, chrom, nikiel i tytan [1]. Są one stosowane w protetyce, ponieważ obecnie praktycznie brak jest alternatywnych materiałów, które miałyby porównywalne z nimi właściwości fizykochemiczne i mechaniczne, a jednocześnie byłyby konkurencyjne pod względem ekonomicznym. Stosowane w protetyce stopy na osnowie kobaltu służą jako materiał konstrukcyjny protez stałych, ruchomych i szkieletowych. Obecność metalu lub stopu w jamie ustnej wiąże się z ryzykiem występowania procesów fizykochemicznych, które w konsekwencji mogą powodować powstanie stanów patologicznych organizmu. Metal, który przylega bezpośrednio do tkanki może prowadzić do destabilizacji prawidłowego funkcjonowania ustroju komórkowego [2÷6]. Aby wyeliminować wzajemne oddziaływanie pomiędzy implantem a organizmem stosuje się różnego rodzaju procesy technologiczne, tj.: obróbkę cieplną (homogenizacja stopu) lub uszlachetnianie powierzchni. Ma to zapewnić implantowi przebywającemu w ludzkim organizmie prawidłową pracę bez jednoczesnego wywoływania negatywnych skutków w otaczającym go środowisku [7]. Obecnie najczęściej stosowaną metodą zabezpieczania wszczepów przed korozją jest uszlachetnianie powierzchni [8]. Można rozróżnić dwa rodzaje tego typu modyfikacji: fizykochemiczna, która powoduje zmianę składu chemicznego powierzchni i własności fizycznych implantu oraz biochemiczna, która polega na wytwarzaniu związków organicznych ułatwiających przyłączanie biologicznie aktywnych cząsteczek do powierzchni [9]. Uszlachetnienia powierzchni można dokonać przez wytwarzanie warstw tlenkowych metodą zol-żel, implantację powierzchni jonami między innymi O2, Si, N, Cr, Ar, Xe. Metoda ta znacznie poprawia odporność korozyjną stopów, co jest zw więcej »

Powłoka ReB2 na podłożach z węglików spiekanych i stali szybkotnącej

ADAM RYLSKI

Twarde materiały są przedmiotem szczególnego zainteresowania ze względu na liczne zastosowania technologiczne [1]. Jednakże prawie wszystkie materiały supertwarde, tj. takie, których twardość wynosi więcej niż 40 GPa [2÷4]: diament, regularny azotek boru i inne, są drogie, gdyż występują w warunkach naturalnych w bardzo ograniczonych ilościach, bądź też wytwarza się je, stosując bardzo wysokie ciśnienie i temperaturę [1]. Dlatego są prowadzone prace nad wytwarzaniem materiałów supertwardych pod ciśnieniem atmosferycznym. Chung i wsp. [3] otrzymali supertwardy materiał o twardości w skali Vickersa 55,5 GPa, który nie wykazuje aktywności chemicznej względem stopów żelaza i nie wymaga stosowania wysokiego ciśnienia podczas jego syntezy. Tym materiałem jest dwuborek renu ReB2. Materiał ten krystalizuje w układzie heksagonalnym (należy do grupy przestrzennej P63/mmc) i ma parametry sieci: a = 2,900 Ǻ i c = 7,478 Ǻ [1, 2]. Autorzy pracy [3] sugerują, że przyczyną tak dużej twardości ReB2 jest duża gęstość elektronów walencyjnych (ren jest drugim w kolejności pierwiastkiem pod względem największej gęstości elektronów ze wszystkich metali przejściowych), a także wiązanie kowalencyjne (bowiem bor, węgiel i azot tworzą najsilniejsze wiązania kowalencyjne). Jednakże autorzy prac [5, 6] uważają, że dwuborku renu nie należy zaliczać do materiałów supertwardych, ponieważ w swoich badaniach tego materiału uzyskali twardość w skali Vickersa odpowiednio 20 GPa i 31 GPa. Zarówno prace badawcze, jak i rozważania teoretyczne dotyczące stabilności, właściwości mechanicznych i fizycznych dwuborku renu [1, 5÷15] charakteryzują go jako materiał objętościowy. W dostępnej bazie literatur więcej »

Powłoki CrN na wewnętrznych powierzchniach rur i cylindrów

Marek Betiuk

Wewnętrzne powierzchnie cylindrów i rur są dla technik PA PVD trudnym problemem technologicznym zwłaszcza podczas modyfikacji ferromagnetyków. Do podstawowych czynników odpowiedzialnych za zjawiska fizykochemiczne zachodzące w przestrzeni reakcyjnej tworzonej w niskotemperaturowej plazmie i na jej granicy z ciałem stałym należą: rodzaj, stężenie, droga swobodna reagentów, wartości i geometria pól: elektrycznego, magnetycznego i cieplnego [1÷4]. W badaniach nad technologią plazmową w ograniczonej przestrzeni jest uwzględniana możliwa najmniejsza odległość między modyfikowaną powierzchnią a źródłem jonów pierwiastków metalicznych i gazowych. Parametr ten powinien gwarantować niezawodną pracę źródła plazmy i oczekiwane własności nowego tworzonego systemu areologicznego na wewnętrznych powierzchniach rur i cylindrów. Powierzchnie wnętrza rury można modyfikować powłokami typu PVD, np.: Ta, Cr, CrN z zastosowaniem magnetronów: -- cylindrycznych, -- liniowych, -- kątowych. W 1991 roku zapoczątkowano w Instytucie Technologii Eksploatacji badania nad magnetronami liniowymi i cylindrycznymi [5]. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych magnetronów cylindrycznych i linowych, które można zastosować do modyfikacji powierzchni wewnętrznej rur i cylindrów scharakteryzował K. Miernik [6]. Najnowszym rozwiązaniem źródeł magnetronów cylindrycznych są układy z rotującą katodą i ruchomym systemem magnetycznym [8]. Ten typ źródła plazmy znalazł zastosowanie w procesach modyfikacji powierzchni wielkogabarytowych tafli szklanych, taśm folii i włóknin z tworzyw sztucznych. Istotną zaletą magnetronów o symetrii cylindrycznej jest wysoki stopień wykorzystania (powierzchni rozpylania) materiału katody metalicznej sięgający do 96%, natomiast w magnetronach płaskich nie przekracza 40% [7, 11]. Modyfikacja powierzchni rur i cylindrów Modyfikacja powierzchni wewnętrznych rur i cylindrów z zastosowaniem technik PA PVD jest zagadnieniem trudnym. Podstawowym więcej »

Projekt NOWOCZESNE TECHNOLOGIE MATERIAŁOWE STOSOWANE W PRZEMYŚLE LOTNICZYM

Projekt "Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym" jest odpowiedzią polskiego środowiska naukowego, działającego w obszarze inżynierii materiałowej, na wyzwania zawarte w priorytetach strategicznych dokumentów europejskich i krajowych dotyczących rozwoju społeczno-gospodarczego. Celem projektu jest ukierunkowanie prac badawczych realizowanych w branży lotniczej na dziedziny, które mają lub będą miały decydujący wpływ na poprawę pozycji konkurencyjnej polskiej gospodarki na świecie. Cel ten jest zgodny z celem głównym POIG "Rozwój polskiej gospodarki w oparciu o innowacyjne przedsiębiorstwa" ze szczególnym uwzględnieniem przedsiębiorstw ze Stowarzyszenia Grup Przedsiębiorców Przemysłu Lotniczego "Dolina Lotnicza". Rozwiązania technologiczne, które powstają w wyniku realizacji projektu wpływają na rozwój polskich firm przez podniesienie poziomu ich innowacyjności, a w konsekwencji stymulują rozwój gospodarki zarówno w skali regionalnej, jak i w skali kraju. Do realizacji projektu powołane zostało konsorcjum złożone z 11 wiodących w dziedzinie inżynierii materiałowej jednostek naukowo-badawczych: Politechnika Rzeszowska (Lider konsorcjum), Politechnika Śląska (Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii), Politechnika Lubelska, Politechnika Częstochowska, Politechnika Łódzka, Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN w Warszawie, Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku, Instytut Lotnictwa w Warszawie, Instytut Technicznych Wojsk Lotniczych w Warszawie, Uniwersytet Rzeszowski. W ramach projektu są realizowane zadania badawcze związane z najbardziej zaawansowanymi i dynamicznie rozwijającymi się dziedzinami inżynierii materiałowej oraz nowoczesnych technik wytwarzania w przemyśle lotniczym. Tematyczny układ zadań badawczych projektu obejmuje 15 głównych zadań, w tym w Politechnice Śląskiej są realizowane: ZB7 Plastyczne kształtowanie stopów magnezu (kucie precyzyjne, tłoczenie, wyciskanie) Kierownik: pr więcej »

Projektowanie długookresowych procesów azotowania gazowego na przykładzie stali 32CDV13

Jerzy Michalski Kryspin Burdyński Piotr Wach Zbigniew Łataś Jan Tacikowski

Proces azotowania przebiega w warunkach wymuszonego przepływu atmosfery azotującej. Ilość azotu biorącego udział w tworzeniu się warstwy azotowanej zależy od temperatury, natężenia przepływu i składu atmosfery wlotowej. O kinetyce i składzie fazowym warstwy azotowanej decyduje relacja między strumieniami azotu z atmosfery do powierzchni stali i strumieniem azotu dyfundującego w głąb stali. Podczas procesu azotowania w sposób kontrolowany można regulować tylko strumień azotu z atmosfery azotującej do azotowanej powierzchni stali [1]. Cechą szczególną, a zarazem zaletą procesu regulowanego azotowania gazowego, jest możliwość wytwarzania warstw azotowanych z przypowierzchniową warstwą azotków żelaza z dokładnością do kilku mikrometrów, niezależnie od wymaganej grubości efektywnej warstwy roztworowej. Wśród tych warstw szczególne znaczenie mają warstwy z ograniczoną grubością przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza poniżej 10 μm i grubości efektywnej gr + 100 nie mniejszej niż 220 μm. Wytworzenie warstwy azotowanej o takiej budowie wymaga realizacji dwustopniowych procesów długookresowych trwających powyżej 12 h. Pierwszy stopień procesu jest prowadzony najczęściej przy wartościach potencjału azotowego z obszaru trwałości fazy ε według układu Lehrera. Podczas jego trwania następuje wzrost przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza ze znacznym udziałem fazy ε. Celem drugiego stopnia procesu prowadzonego przy niższych wartościach potencjału azotowego z obszaru trwałości fazy γʹ według układu Lehrera jest ograniczenie kinetyki wzrostu grubości przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza, przy jednoczesnym wzroście grubości warstwy roztworowej, dla której źródłem azotu jest warstwa azotków utworzona w pierwszym stopniu procesu [2, 3]. W zależności od wymagań dotyczących grubości warstwy azotków żelaza i grubości efektywnej warstwy roztworowej należy dobierać czas pierwszego i drugiego więcej »

Rola pasywacji anodowej jako czynnika modyfikującego powierzchnię stopu dentystycznego z grupy Co-Cr-W-Mo obrabianego metodą frezowania

DOROTA RYLSKA IWONA. M. SZYNKOWSKA JERZY SOKOŁOWSKI GRZEGORZ SOKOŁOWSKI

Stosowane obecnie biomateriały metaliczne, od stali nierdzewnej typu AISI 316 po stopy tytanu, zapewniają uzyskanie pożądanych właściwości wytrzymałościowych, dobre własności technologiczne ułatwiające stosowanie nowoczesnych metod kształtowania i wykończenia powierzchni oraz dobrą odporność na korozję [1]. Nadal problemem pozostaje zagrożenie korozją o charakterze lokalnym. Stopy Co-Cr-W-Mo, mimo że w porównaniu z topionymi próżniowo stalami typu 316 LVM o obniżonej zawartości zanieczyszczeń czy zwiększonej zawartości azotu (stal REX 743) charakteryzują się znacznie lepszymi parametrami korozyjnymi, są ciągle zagrożone korozją wżerową [2, 3]. Naturalnie powstająca warstwa samopasywna nie zawsze spełnia postawione przed nią zadania ochronne w warunkach środowiska biologicznego. Z przeprowadzonych wcześniej badań wynika, że zastąpienie technologii odlewania frezowaniem [4] zwiększa jednorodność stopu, a tym samym jednorodność warstwy pasywnej na jego powierzchni. Dodatkowe zabiegi uszlachetniania powierzchni (polerowanie, pasywacja, anodowanie, nakładanie powłok) zmierzają ku dalszemu podniesieniu odporności korozyjnej. Pasywacja chemiczna wymuszona, zachodząca pod wpływem silnie utleniających kąpieli, pozwala uzyskać poprawę odporności korozyjnej dzięki wzmocnieniu i pogrubieniu warstwy tlenkowej [5]. Kolejnym zabiegiem jest elektrochemiczne utlenianie. Na przykład dla stopów tytanu zastosowanie tego zabiegu powoduje, że grubość warstwy tlenków na powierzchni tytanu i jego stopu Ti6Al4V wzrasta około 10-krotnie (od 20÷40 Å po polerowaniu do 436 Å po pasywacji oraz anodowaniu), dając zwiększoną odporność na korozję lokalną [6]. Metody pasywacji elektrochemicznej charakteryzują się szerokim zakresem parametrów polaryzacji, różnorodnością stosowanych elektrolitów oraz sposobów przygotowania powierzchni metalu, dają w efekcie warstwy różniące się grubością, budową i własnościami. Są to procesy wytwarzania warstw pasywn więcej »

Rozporządzalność azotu jako parametr uzupełniający kontrolę procesów azotowania gazowego w atmosferach rozcieńczanych azotem

Kryspin Burdyński Jerzy Michalski Piotr Wach Zbigniew Łataś

Wymagania stawiane nowoczesnym konstrukcjom wymuszają konieczność opracowywania nowych i udoskonalania istniejących procesów uszlachetniania materiałów. Od wielu lat procesami takimi są obróbki cieplno-chemiczne, a wśród nich regulowane azotowanie gazowe. Zasadniczą zaletą azotowania jest jego dość niska temperatura (500÷600°C) w porównaniu na przykład z nawęglaniem, które prowadzi się w temperaturze powyżej 900°C. Azotowanie gazowe można realizować z wykorzystaniem czterech rodzajów atmosfer: jednoskładnikowej atmosfery amoniaku NH3, dwuskładnikowej atmosfery amoniaku rozcieńczanej zdysocjowanym amoniakiem NH3-NH3zd lub azotem NH3-N2 oraz atmosfery trójskładnikowej rozcieńczanej zdysocjowanym amoniakiem i azotem NH3-NH3zd-N2. Atmosferę azotującą niezależnie od jej rodzaju charakteryzują trzy główne parametry: potencjał azotowy Np, stopień dysocjacji amoniaku α oraz rozporządzalność azotu atmosfery azotującej mN2. Pierwszy, potencjał azotowy, określa potencjalne możliwości atmosfery azotującej z punktu widzenia tworzenia się faz azotowych α, γʹ i ε według układu Lehrera [1]. Potencjał azotowy wyrażany jest ilorazem ciśnień cząstkowych amoniaku do wodoru zgodnie z równaniem [2]: N p p p =( ) NH H 3 2 1,5 (1) gdzie: Np - potencjał azotowy, p - ciśnienie cząstkowe, NH3 - amoniak, N2 - azot. Drugi, stopień dysocjacji, jest ilościowym parametrem określającym jaka część amoniaku musi ulec rozkładowi, aby dostarczyć azotu in statu nascendi niezbędnego do utworzenia warstwy azotowanej i osiągnięcia równowagi określonej potencjałem azotowym. Trzeci z kolei, rozporządzalność azotu, jest parametrem, który wiąże stopień dysocjacji amoniaku z parametrem technologicznym, tj. natężeniem przepływu atmosfery wlotowej Fw i zawiera informację o ilości azotu (w gramach na minutę) uzyskiwanego podczas procesu azotowania gazowego dla określonego stopnia dysocjacji amoniaku i określonego natężenia przepływu a więcej »

Struktura i właściwości warstw węglowych na polietero-eteroketonie wytwarzanych metodą RF-CVD

Bogusław Rajchel Michał Tarnowski Jadwiga Kwiatkowska Tomasz Borowski Tadeusz Wierzchoń

Polietero-eteroketon (PEEK) ze względu na swoją biozgodność oraz odporność na działanie płynów fizjologicznych i korzystne własności mechaniczne jest materiałem, z którego są powszechnie wytwarzane elementy protez układu kostnego człowieka [1, 2]. Właściwości te można poprawić, formując na ich powierzchni powłoki węglowe, również domieszkowane aktywnymi biologicznie pierwiastkami. W szczególności zarówno uwodornione amorficzne powłoki węglowe (a-C:H) [3÷5], jak i uwodornione amorficzne powłoki węglowe domieszkowane azotem (a-C:N:H) [3, 6, 7] mogą poprawić własności użytkowe elementów protez wykonanych z PEEK. Własności fizykochemiczne tego typu powłok zależą od parametrów metody zastosowanej do ich uformowania. W prezentowanej pracy omówiono własności i mikrostrukturę powłok typu a-C:N:H uformowanych metodą RF-CVD na powierzchni polietero-eteroketonu PEEK-T [3]. Przedstawiono parametry powłok uzyskane z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej i AFM, konfokalnej dyspersyjnej mikrospektroskopii ramanowskiej oraz próby zarysowania [8]. W prezentowanej pracy szczególną uwagę zwrócono na morfologię powierzchni powłoki, na naprężenia w powłoce oraz jej adhezję do podłoża. METODYKA BADAŃ Warstwy amorficznego uwodornionego węgla modyfikowanego azotem (a-C:N:H, zawartość azotu ok. 19% at.) wytwarzano na szlifowanym na papierach ściernych o gradacji do 2000 kompozycie polimerowym PEEK T, zawierającym 15% włókien węglowych i 5% grafitu. Powłoki uformowano w procesie RF-CVD (Radio Frequency CVD) w atmosferze metanu, azotu oraz argonu (5:1:1), przez 15 minut, pod ciśnieniem w komorze roboczej 1 Pa, stosując moc generatora RF równą 600 W. Warstwy miały grubość około 300 nm i zostały poddane badaniu przyczepności w próbie zarysowania (urządzenie Revetest firmy ICM) przy wzrastającym nacisku od 1 do 3 N wgłębnikiem diamentowym Rockwella. Długość rysy wykonanej w trakcie badania wynosiła 5 mm. W badaniach topografii powierzchni wykorzystano więcej »

Struktura warstw krzemowanych wytwarzanych metodą kontaktowo-gazową na niobie i stopie niobu

MARCIN ZAWADZKI LUCJAN SWADŹBA BOGUSŁAW MENDALA GRZEGORZ MOSKAL Bartosz Witala RADOSŁAW SWADŹB A SEBASTIAN TOCZEK

Stopy niobu ze względu na ich małą gęstość, wysoką temperaturę topnienia oraz dużą wytrzymałość w podwyższonej temperaturze stanowią alternatywę dla obecnie stosowanych nadstopów niklu w wytwarzaniu elementów gorących sekcji turbin gazowych [1÷4]. Jednak główną wadą stopów niobu jest mała odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze [4÷6]. Dotychczasowe badania związane ze zwiększeniem odporności na utlenianie przez wprowadzenie do składu chemicznego stopów niobu pierwiastków typu Ti, Cr, Hf, Si oraz Al wykazały znaczne zwiększenie odporności na utlenianie tych stopów, ale w dalszym ciągu jest to niewystarczające, aby stopy te mogły być stosowane na elementy eksploatowane w wysokiej temperaturze [7÷11]. W celu zwiększenia odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze są prowadzone badania nad zastosowaniem warstw ochronnych na stopach niobu, wytwarzanych różnymi metodami z wykorzystaniem różnych koncepcji ochrony podłoża przed utlenianiem [12÷16]. Spośród metod mających zastosowanie do wytwarzania warstw ochronnych na stopach niobu najszersze zastosowanie znalazła metoda kontaktowo-gazowa. Proces jest wykonywany w mieszaninie proszku o określonym składzie chemicznym, który znajduje się w pojemniku umieszczonym w piecu o temperaturze 750÷1050°C. W skład mieszaniny proszku wchodzi proszek pierwiastka dyfundującego, tlenek glinu jako obojętny wypełniacz, dodawany, aby zapobiec spiekaniu i stapianiu się mieszaniny proszków, oraz aktywator najczęściej halogenek (np. NH4Cl), który stanowi katalizator, a produkty jego rozkładu powodują usunięcie powietrza z retorty [17, 18]. Celem pracy jest charakterystyka mikrostruktury oraz składu chemicznego i fazowego warstw krzemkowych wytworzonych metodą kontaktowo-gazową na podłożu z niobu oraz ze stopu niobu C-103. MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ Badania wykonano na próbkach z niobu oraz stopu niobu C-103 o składzie chemicznym (% mas.): 10% Hf, 1% Ti, 0,16% Ta, 0,18% W, 0,26% Zr. Próbki więcej »

Surface layer of austenitic stainless steel formed by alloying with REE using high intense pulsed plasma beams (HIPPB)

Bożena Sartowska Marek Barlak Lech Waliś Wojciech Starosta Jan Senatorski

Austenitic stainless steels are used in different industrial applications, due to their very good corrosion resistance - for example: nuclear and petrochemical industries, pulp and paper chemical, food and chemical processing and biomedical industries. But simultaneously austenitic stainless steels have poor tribological properties. Improvement of the wear resistance of austenitic stainless steels without loss of corrosion resistance is very important direction in materials engineering. Oxidation of austenitic stainless steel is the point of interest of many authors [1÷3]. Corrosion of supercritical water oxidation (SCWO) vessels has become one of the major problems in industrial application. Common reactor materials, like stainless steels, can be used in the SCWO systems [3, 4]. Improvements of useful properties of austenitic stainless steel can be achieved using different surface treatment, for example: resolidification techniques or enrichment of the surface layer with reactive elements. High oxygen affinity elements such as Y, Ce, La, Er and other rare earth elements (REE) added to steels in small amounts can improve their resistance for electrochemical corrosion [5], oxidation-including high temperature oxidation [1, 5] and wear [6]. REE can be alloyed during the steel making process or can be added to the surface region of materials using different surface modification techniques. Examples of such modification processes are as follow: ion implantation [5, 7], sol-gel coating [7], pulsed plasma beams [8, 9]. Pulsed energy can be delivered to the surface of a given material by laser, electron, ion and plasma beams [2, 9, 10, 11]. When high intensity, short duration ion or plasma pulses hit a material, they can modify the structure of its near-surface region. The main difference between laser & electron and ion & plasma beams relies upon the fact that these last two media can deliver to material energy and also the foreign i więcej »

Synteza warstw tlenku glinu w argonie metodą MOCVD

Agata Sawka Andrzej Kwatera

Warstwy Al2O3 syntezowane metodą CVD z następujących reagentów AlCl3-H2-CO2 lub AlCl3-H2O(para)-CO [1] znalazły zastosowanie do otrzymywania narzędzi skrawających węglików spiekanych stosowanych do obróbki skrawaniem stopów o bardzo precyzyjnym składzie (ok. 0,0001%). Narzędzia takie są stosowane do wytwarzania metalowych części takich urządzeń, jak np. roboty. Taśmy montażowe z zamontowanymi robotami muszą pracować bezawaryjnie przez kilka lat. W związku z tym roboty muszą być w tym czasie niezawodne. Niezawodność elementów tych urządzeń uzyskuje się przez bardzo restrykcyjne wymagania odnośnie do składu chemicznego stopów, z których są wykonane, a także ich budowy. Takie elementy metalowe są otrzymywane często za pomocą obróbki skrawaniem i jest ważne, aby nie były zanieczyszczane w trakcie tego procesu materiałem pochodzącym z narzędzi skrawających, których ostrze w trakcie skrawania może nagrzewać się do temperatury nawet ponad 800°C. Dlatego warstwy muszą się cechować bardzo dobrą adhezją do podłoża, a także dużą czystością i gładkością. Ustalono optymalną grubość tych warstw na ok. 5 μm. W dotychczasowej technologii są syntezowane w postaci monowarstw lub multiwarstw grubości kilku mikrometrów przez kilkadziesiąt godzin w temperaturze powyżej 1000°C na uprzednio osadzonej pośredniej ciągłej warstwie TiN, TiC lub Ti(C, N) [2, 3]. Zadaniem warstwy pośredniej jest zapobieganie dyfuzji kobaltu z podłoża do syntezowanej warstwy Al2O3, którego obecność w tak wysokiej temperaturze sprzyja syntezie warstwy o nadmiernie wydłużonych krystalitach fazy α-Al2O3 [4, 5]. Warstwy Al2O3 tak syntezowane zawierają fazę κ-Al2O3 i/lub α-Al2O3. Faza κ-Al2O3 jest metatrwała i dość miękka, o małych ziarnach, które w warstwach wchodzących w skład multiwarstwy mogą mieć rozmiary rzędu nanometrów. Faza α-Al2O3 jest trwała, twarda i ma ziarna o znacznej wielkości (rzędu mikrometrów) [6]. Należy nadmienić, że bezpośred więcej »

Tailoring of multilayer structure to tribological conditions

Łukasz MAJOR JUERGEN M. LACKNER BOGUSłAW MAJOR

Wear is a result of one or complex processes like: erosion, abrasion, impact, metal-to-metal contact, oxidation, and corrosion. Several classification schemes of wear have been developed to understand wear processes. One or more fundamental wear mechanisms may play a crucial role in a real process including a mechanical damage [1]. In many devices, damage generally occurs by means of adhesive, abrasive, corrosive or fatigue wear [2]. The tribology-related engineering applications for highly stressed components require development of new multifunctional thin film systems providing superior mechanical, tribological, chemical etc. performance. It could be achieved by joining properties of different type of materials in multilayer coatings [3÷9]. Currently, a surface modification pays much attention. A set of alternate layers of hard and soft phases as well as appropriate buffer layer close to the substrate, can lead to coating quality improvement and increase adhesion to the substrate [10÷18]. Multilayer coatings are composed of alternately stacked layers of hard and soft phases with thicknesses of a few to tens of nanometers. A combination of alternate layers may lead to considerable hardness and high flexibility as well as good adhesion to substrates. Possible cracks propagation through ceramic coating can be stopped at the ceramic/metallic interface due to a plastic flow. Energy of brittle cracking is compensating by the plastic deformation. However, in some sorts of application, like tribological coatings for medical application, namely, surgical tools, an amount of metallic phase has to be limited. Otherwise, such coatings may lead to the metalosis, i.e. the metal ions adverse interaction with human organism. The titanium nitride (TiN) is of a special interest due to its corrosion resistance, high hardness and bio- compatibility [19, 20]. The other promising material for wear resistant application is amorphous hydrogenated ca więcej »

The effect of steel substrate type on properties of surface layer produced from Co-based alloy powder by laser cladding

Dariusz Bartkowski Andrzej Młynarczak Adam Piasecki Bartłomiej Dudziak

Laser cladding consists in remelting the coating materials, which are in the powder form with the small as possible substrate material in order to create a new surface layer. Co-based alloy powders and Ni-based alloy powders are most commonly used. Through this method of materials surfacing, it is possible quick repair of damaged machine parts [1], as well as create a one- and multilayer coatings [2] on tools which are exposed on frictional wear in exploitation. Laser cladding technology allows to placement of powdered materials directly into the laser beam in inert gas shielded. In this way, it is possible to avoid oxidation both powder and material substrate. The coating material is carefully cladded on product of any shape through the use of specialized 5-axis device or robot arm equipped with a specially designed powder feeding system. Selection of parameters like power and diameter of laser beam, feed rate, powder feed rate, feed rate of the shielding gas and carrier gas, allows to produce the cladding layer with desired thickness and definite proportion of powders components. The properties of the surface layer after laser cladding device also depends on the substrate properties, and mainly on its chemical composition. The effect of substrate material is expressed mainly through phase changes in the heat-affected zone, and to a lesser extent, through the substrate components participation in cladding layer. Currently, laser cladding is one of the most advanced technologies in surface science and engineering, but reasonable results can be obtained by a detailed study the influence of various parameters on the surface layer więcej »

The influence of Stellite-6/WC powder mixture composition on selected properties and microstructure of surface layers produced by TIG method

Adam Piasecki Mikołaj Popławski Dariusz Bartkowski IWONA BAUER

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÷4]. TIG surfacing (Tungsten Inert Gas) also called GTAW method (Gas Tungsten Arc Welding) belongs to the welding methods for surface layers production. The advantages of this method, in comparison with other welding methods, are as follows: high deposition rate, manoeuverability, large-scale availability, low cost and compatibility with a wide range of materials [1, 3, 4]. Co-base alloys consist of complex mixed carbides in a Co-Crbased solid solution strengthened alloyed matrix. These alloys are resistant to corrosion, erosion, abrasion and sliding wear and retain these properties at high temperatures, where they are also resist to oxidation [4, 6]. The major advantages of tungsten carbide WC are high hardness 2400 HV, a certain amount of plasticity and good wettability by molten metals [3÷5]. In spite of widely used cobalt alloys as metallic matrix in which carbides are distributed (including WC), it is difficult to find information about the influence of TIG surfacing process parameters on the microstructure of padding welds. EXPERIMENT OBJECTIVE, RANGE AND PROCEDURE The aim of the study was to produce the hard surface layer on the relative cheap substrate. Therefore, the surfacing Stellite-6/WC powder mixture was carried out on S355 structural steel. The microstructure, hardness, brittleness, and chemical and phase composition of surface layers was studied. Four kinds of mixtures were used for the surfacing. Chemical composition of added material was shown in Table 1. The tungsten carbides used in the study were in the więcej »

Uogólnienie metody Boltzmanna-Matano

Wojciech Skibiński Bartłomiej Wierzba Marek Danielewski

Brak danych termodynamicznych w układach wieloskładnikowych jest jednym z głównych problemów podczas modelowania procesów dyfuzji w ciałach stałych [1]. Istniejące bazy danych współczynników dyfuzji są bardzo ubogie dla układów trój- i więcej składnikowych. Do tej pory brak było prostej metody pozwalającej na szybkie wyznaczenie współczynników dyfuzji chemicznej, w szczególności o silnej zależności od ułamka molowego pierwiastka tworzącego mieszaninę. Za początek nowoczesnego podejścia do modelowania procesów dyfuzji uważa się eksperyment Kirkendalla i Smigelskas, którzy udowodnili, że dyfuzja w ciele stałym zachodzi przez strumień wakancji, a nie przez bezpośrednią wymianę atomów, jak wcześniej uważano. Rok po tym odkryciu Darken zainspirowany wynikiem eksperymentu Kirkendalla rozwinął teorię dyfuzji chemicznej atomów - opisał ruch atomów względem sieci krystalicznej. Współczynniki dyfuzji wzajemnej w układach dwuskładnikowych wyznacza się za pomocą analizy Boltzmanna-Matano [2], opierając się na eksperymentalnym profilu stężeń w parze dyfuzyjnej. Taką analizę zaczyna się od wyznaczenia płaszczyzny Matano, czyli płaszczyzny początkowego połączenia pary dyfuzyjnej, względem której całka profilu stężeń po procesie dyfuzji, po obu stronach płaszczyzny jest sobie równa [3, 4]. Profil ten jest jednym z głównych wyników eksperymentalnego badania dyfuzji. Można go uzyskać za pomocą metod ilościowych i półilościowych, takich jak mikroanaliza rentgenowska (EPMA), metoda EDS (EDX) i innych, które pozwalają na uzyskanie wyniku w postaci stężenia składnika jako funkcji położenia w obszarze dyfuzji [5]. Płaszczyzna Matano jest ustalona arbitralnie i nie zmienia się w trakcie trwania procesu, a płaszczyzny sieciowe poruszają się względem niej z prędkością dryftu. W szczególności płaszczyzna Kirkendalla, która przed procesem dyfuzji pokrywa się z płaszczyzną Matano, a po procesie jest wyznaczona przez położenie markerów, porusza się ze zn więcej »

Wear resistance improvement of pure titanium by laser boriding

Piotr Dziarski Natalia Makuch Michał Kulka

Titanium and its alloys are known for their excellent mechanical and chemical properties. Some exceptional properties are characteristic of titanium alloys: very high strength-to-weight ratio (even at high temperature), high stiffness, toughness, low elastic modulus and, finally, excellent biocompatibility. They possess also excellent corrosion resistance because of the formation of a continuous and stable oxide film on their surface. However, the poor wear resistance, as an important disadvantage limits the potential use of these alloys [1÷3]. Therefore, these materials have to be protected against friction and wear. Among its numerous applications, titanium is widely applied for biomedical implants: bone screws, hip and knee joints, heart pumps or dental posts. However, its poor tribological properties in comparison with other biomedical materials such as Co-Cr alloys [4] and Al2O3 ceramics are a limiting factor when employed as a bearing material in articulating joint implants [5]. The diffusion boronizing could be the thermochemical treatment, which improves tribological properties of titanium and its alloys. It was shown in literature data [2, 3, 6÷10] that titanium and its alloys can be borided efficiently, but the use of conventional methods is limited owing to relatively long processing time, and only a thin layer is produced. Titanium can be boronized without sacrificing corrosion resistance. The boriding process results in formation of two types titanium borides (TiB and TiB2) at the surface. TiB2 borides grow as solid monolithic layer at the surface while the TiB borides occur below and predominantly grow as pristine whiskers, generally perpendicular to the surface [2, 3, 6÷10]. In work [2] a 10 μm thick continuous boride layer, composed of TiB2 and TiB phases, was formed on the surface of a Ti-6Al-4V alloy using a pack boriding technique in commercial Ekabor II powder at 1100°C for 2.5 h. The hardness of the bo więcej »

Właściwości hydrofobowych powłok krzemionkowych wytwarzanych metodą zol-żel

KATARZYNA PORĘBSKA BOŻENA PIETRZYK WITOLD JAKUBOWSKI

Adhezja mikroorganizmów do powierzchni materiałów biomedycznych jest wstępnym warunkiem ich kolonizacji. Wynikiem kolonizacji powierzchni przez bakterie może być rozwinięcie się biofilmu bakteryjnego, stanowiącego źródło oportunistycznych infekcji towarzyszące stosowaniu tych materiałów. Uważa się, że przyleganie bakterii jest zapoczątkowane przez wiązania elektrostatyczne, oddziaływania hydrofobowe i siły Van der Waalsa miedzy powierzchnią bakterii a powierzchnią abiotyczną [1]. W układach biologicznych oddziaływania hydrofobowe są zwykle uważane za najsilniejsze ze wszystkich niekowalencyjnych oddziaływań dalekiego zasięgu [2]. Hydrofobowość jest zatem ważną cechą materiałów o właściwościach antybakteryjnych, gdyż większa hydrofobowość może powodować łatwiejsze usuwanie bakterii, wpływając przez to na zmniejszenie adhezji bakterii do różnych materiałów biomedycznych [3, 4]. Właściwości hydrofobowe mogą hamować pewne interakcje bakterii z powierzchnią, co można wykorzystać do ochrony powierzchni przed tworzeniem biofilmu bakteryjnego [5]. Hydrofobowość powierzchni można uzyskać, stosując modyfikacje powierzchni za pomocą kwasów tłuszczowych o długich łańcuchach, fluorosilanów czy powłok tlenków metali [6]. Jednymi z najczęściej wykorzystywanych są powłoki bazujące na hydrofobowych właściwościach silanów [7]. Podstawowym składnikiem jest SiO2, czyli bezwodnik kwasu krzemowego H2SiO3, który nie reaguje z wodą. Jednak sama krzemionka nie wystarcza do uzyskania dostatecznie silnego efektu braku zwilżalności. Konieczne jest wprowadzenie dodatkowych substancji, które podtrzymywałyby ten efekt, tzw. hydrofobizatorów. Wytworzone cząstki krzemianowe powodują powstawanie zarówno reaktywnych grup Si-OH, jak i niereaktywnych grup Si=O na powierzchni. Reaktywne grupy dostarczają miejsc dla dalszego chemicznego procesu modyfikacji powierzchni, który pozwala zmienić własności powierzchni. Funkcjonalizacja koloidów krzemionkowych pozwala na więcej »

Właściwości systemów areologicznych a właściwości rdzeni, warstw wierzchnich i powłok

Tadeusz Burakowski

system Areologiczny Zaproponowanie przeze mnie w 2002 r. pojęcia areologia, czyli nauka o powierzchni [1] jako naturalna konsekwencja wymagało sformułowania podstaw teoretycznych tej dyscypliny naukowej [2]. Oprócz wcześniejszego uściślenia pojęć warstwa wierzchnia (WW) i powłoka (P) [3], konieczne stało się wprowadzenie pojęcia system areologiczny (SA) i wynikających stąd konsekwencji merytorycznych i formalnych. W 2004 r. wprowadziłem do areologii pojęcie systemu areologicznego, który zdefiniowałem jako system fizyczny następująco [4÷6]: "System areologiczny (powierzchniowy) stanowi warstwową kompozycję różnych materiałów lub tych samych chemicznie materiałów, lecz o różnych właściwościach fizycznych, uzyskiwany jest w ramach procesu technologicznego wytwarzania, służy do uzyskania żądanych właściwości powierzchniowych kompozycji materiałów, przy czym właściwości systemu zmieniają się w trakcie eksploatacji. System areologiczny jest tworzony w wyniku współdziałania kompozycji materiałów i technologii" [4, 6]. W 2013 r. przedstawiłem definicję tego systemu jako systemu funkcjonalnego: "System areologiczny - 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" [6]. Areoelementy Każdy system areologiczny SA składa się z: minimum 2 (rdzeń R + warstwa wierzchnia WW) i maksimum 3 (rdzeń R + warstwa wierzchnia WW + powłoka P) areolementów głównych i ewentualnie kilku areoelemntów dodatkowych, np. warstwa przejściowa, podkładowa, podpowłoka. W zależności od ich liczby i konfiguracji (podawanych w kolejności operacji technologicznych wytwarzania systemu) rozróżnia się [4]: -- system areologiczny rdzeniowy SAR (zwany również bezpowłokowym), -- system areologiczny powłokowy SAP. Struktur więcej »

Wpływ długotrwałego wyżarzania na mikrostrukturę dyfuzyjnych warstw aluminidkowych wytwarzanych metodą CVD na podłożu stopu MAR M200 + Hf

Marek Góral Marcin Zawadzki Maciej Pytel Kamil Dychtoń Andrzej Nowodnik Ryszard Filip

W nowoczesnych konstrukcjach silników lotniczych dąży się do obniżenia zużycia paliwa przez podniesienie temperatury pracy na pierwszych stopniach turbiny. Determinuje to rozwój nowoczesnych materiałów stosowanych na łopatki turbin - monokrystalicznych nadstopów niklu oraz warstw ochronnych. Do najczęściej stosowanych zalicza się dyfuzyjne warstwy aluminidkowe, które bazują na fazie międzymetalicznej β-NiAl. Stanowią one ochronę powierzchni łopatek turbin przed utlenianiem i korozją. Warstwyte są wytwarzane czterema metodami: kontaktowo-gazową (pack cementation), zawiesinową (slurry), gazową bezkontaktową (VPA, Vapour Phase Aluminizing) oraz chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD, Chemical Vapour Deposition). W przemyśle lotniczym są stosowane najczęściej metody VPA oraz CVD [1]. W celu zwiększenia odporności na utlenianie stosuje się modyfikację warstw aluminidkowych innymi pierwiastkami, w szczególności platyną. Platyna rozpuszcza się w roztworze stałym fazy β-NiAl lub tworzy wydzielenia fazy PtAl2 [2]. Proces wytwarzania warstwy Pt-Al obejmuje nakładanie Pt metodą galwaniczną, a następnie aluminiowanie metodą gazową lub CVD. Rosnące ceny platyny determinują zastosowanie innych, tańszych pierwiastków poprawiających odporność na utlenianie warstw aluminidkowych. Duże nadzieje wiąże się z wprowadzaniem cyrkonu. Pierwiastek ten wprowadza się najczęściej metodą CVD z zewnętrznego generatora, w którym tworzy się ZrCl4 [3]. We Francji [4] opracowano proces CVD, w którym prekursor stanowi ZrOCl2·8H2O. Przeprowadzone próby utleniania cyklicznego wykazały zwiększenie odporności korozyjnej warstw zawierających Zr w porównaniu z warstwami modyfikowanymi platyną. Stwierdzono, że cyrkon wpływa na pierwsze etapy utleniania. Badania prowadzone przez Prescotta i wsp. [5] wykazały, że utlenianie β-NiAl + Zr jest spowodowane odrdzeniową dyfuzją aluminium przez θ-Al2O3 w początkowym okresie oraz odrdzeniową Zr i Al więcej »

Wpływ jakości powłoki emaliowanej na niszczenie blach wymienników ciepła

Adam Hernas Grzegorz Moskal Jarosław Juściński

regeneracyjne , obrotowe podgrzewacze powietrza i spalin Prawidłowa praca elektrowni wymaga udziału nie tylko głównych urządzeń typu kotły czy turbozespoły, lecz również wielu urządzeń pomocniczych i instalacji wspomagających, np. związanych z odsiarczaniem spalin. Do instalacji tych zalicza się również podgrzewacze powietrza i spalin. Czynnikami, które zdecydowały o szerokim zastosowaniu obrotowych podgrzewaczy powietrza, jako urządzeń pomocniczych kotła, są przede wszystkim [1]: -- wprowadzenie regeneracyjnego podgrzewania wody zasilającej (190÷275°C), co zmniejszyło wielkość powierzchni ogrzewalnej podgrzewacza wody, a więc ograniczyło możliwość wykorzystania ciepła zawartego w uchodzących spalinach, -- korzyści wynikające z zastosowania w paleniskach i młynach podgrzanego powietrza (wstępne osuszenie paliwa, poprawa warunków zapłonu i spalania paliwa w palenisku), co ma wpływ na zmniejszenie straty wylotowej (zwiększenie sprawności) kotła, -- zwiększenie sprawność kotła o 1% na każde 15÷25°C przyrostu temperatury powietrza. Podgrzewacze powietrza dzielą się na rekuperacyjne i regeneracyjne. W pogrzewaczach rekuperacyjnych nie ma części ruchomych, a wymiana ciepła odbywa się przez powierzchnie metalowe (rury i płyty) z jednej strony omywane spalinami, a z drugiej powietrzem. Podgrzewacze rekuperacyjne płytowe są wykonane z blach o krawędziach powyginanych tworzących kieszenie (szczeliny), w których na przemian płyną spaliny (pionowo) oraz powietrze (poziomo). Regeneracyjne obrotowe podgrzewacze powietrza (ROOP) typu Ljungströem (od nazwiska szwedzkiego konstruktora Fredrika Ljungströema) są powszechnie stosowane w kotłach energetycznych. Obrotowe podgrzewacze powietrza (OPP), zwane LUVO (z niem. Luft Vorwärmer - podgrzewacz powietrza), służą do podgrzewania powietrza doprowadzanego do komory paleniskowej kotła i niezbędnego dla prawidłowego przebiegu procesu spalania oraz do podgrzewania powietrza transportującego pył więcej »

Wpływ mikroprzetapiania laserowego stali 100CrMnSi6-4 na jej twardość i mikrostrukturę

Wojciech Napadłek Tadeusz Burakowski Wojciech Chrzanowski Dariusz Zasada Agnieszka Laber

Obróbka laserowa (oprócz cięcia, spajania i perforowania), jak wszystkie rodzaje obróbek powierzchniowych, ma za zadanie zmianę właściwości geometryczno-fizykochemicznych warstw powierzchniowych z istniejących na pożądane. Te właściwości to głównie kształtowanie (indywidualne lub łączne) [1]: -- topografii (stereometrii) powierzchni przez zmniejszanie lub zwiększanie chropowatości powierzchni, rzeźbienie powierzchni, -- właściwości fizycznych przez zwiększenie twardości, umocnienie, ale również nadanie innych specyficznych cech, -- właściwości prowadzących do poprawy właściwości użytkowych tribologicznych, zmęczeniowych, -- właściwości chemicznych, głównie odporności korozyjnej, ale również właściwości katalitycznych, absorpcyjnych i innych. Mikroobróbka laserowa, podobnie jak obróbka laserowa, pozwala na modyfikację i łączenie powierzchni materiałów, a także na ich gięcie, rozcalanie i polerowanie. Niektóre technologie obróbki laserowej mogą być realizowane również w skali makro, ale nie wszystkie i nie zawsze [1]. Obróbka laserowa powierzchni jest stosowana w cyklu technologicznym wytwarzania. Ponieważ umożliwia obróbkę wybranych, niewielkich obszarów materiału, to jednocześnie pozwala na minimalizację odkształceń mechanicznych w wyniku oddziaływania cieplnego, sprowadzając je wyłącznie do strefy oddziaływania cieplnego i powstania naprężeń własnych. Zakres zastosowań nagrzewania laserowego jest szeroki, ponieważ nagrzewanie wsadu odbywa się najczęściej w powietrzu, co ułatwia operowanie wiązką promieniowania, którą można dotrzeć do trudno dostępnych elementów wsadu [2]. MATERIAŁY STOSOWANE NA ŁOŻYSKA Toczne Łożyska toczne składają się z dwóch pierścieni, elementów tocznych oraz koszyka. W zależności od kierunku głównego obciążenia są one klasyfikowane na łożyska poprzeczne oraz łożyska wzdłużne. W zależności od typu elementów tocznych dodatkowo wyróżnia się łożyska kulkowe oraz łożyska wałeczkowe, które dalej są dzielone więcej »

Wpływ mikrostruktury żeliwa sferoidalnego na powłokę ochronną podczas cynkowania zanurzeniowego

Dariusz Kopyciński Edward Guzik Andrzej Szczęsny

Cynkowanie zanurzeniowe jest jedną z najczęściej stosowanych metod ochrony przed korozją stopów żelaza z węglem zarówno pod względem skuteczności, jak i czasu ochrony, nawet przez okres kilkudziesięciu lat. Obecnie w produkcji armatury przemysłowej żeliwo znajduje coraz większe zastosowanie i coraz istotniejsze staje się jego właściwe zabezpieczenie przed korozją, jak i czas eksploatacji [1÷9]. Często występująca opinia, że jedynie żeliwo powierzchniowo odwęglone nadaje się do cynkowania zanurzeniowego przestaje mieć uzasadnienie, ponieważ w zakładach zajmujących się metalizowaniem odlewów to właśnie odlewy z żeliwa sferoidalnego stanowią większość ich produkcji. Jednocześnie brak jest w literaturze szerokich i kompleksowych badań dotyczących reakcji zachodzących podczas cynkowania zanurzeniowego odlewów z żeliwa sferoidalnego, w aspekcie oddziaływania wydzieleń grafitu kulkowego na powłokę ochronną zarówno w przypadku wad powierzchniowych, jak i jakości powłoki cynkowej. Należy pamiętać, że wielkość i liczba wydzieleń grafitu kulkowego będzie się zmieniała w zależności od odległości od powierzchni zewnętrznej odlewu, co prowadzi do zwiększonej średnicy kulek grafitu wewnątrz odlewu, który to obszar może zostać odsłonięty w wyniku obróbki mechanicznej (odcinanie nadlewów) i reagować z ciekłym cynkiem podczas procesu metalizacji zanurzeniowej. Również interesujące jest zagadnienie oddziaływania osnowy metalowej żeliwa na kinetykę wzrostu powłoki podczas metalizacji zanurzeniowej odlewu. Metodyka badań Przeprowadzone badania miały głównie na celu sprawdzenie, jaki wpływ mają wydzielenia grafitu kulkowego jako składnika struktury żeliwa sferoidalnego na kinetykę wzrostu powłoki cynkowej podczas metalizacji zanurzeniowej. W tym celu zostały wykonane odlewy o wymiarach: 5×100×100 mm, 10×100×100 mm, 20×100×100 mm oraz 30×100×100 mm z żeliwa gatunku EN- -GJS-500-7 podczas zalewania ciekłym metalem form z masy klasycznej bentonitow więcej »

Wpływ nanofluidów zastosowanych podczas hartowania na właściwości warstwy azotowęgloutwardzonej

Wojciech Gęstwa

Istnieje wiele opracowań dotyczących procesów azotonawęglania, które mają szerokie zastosowanie w przemyśle. Opracowano wiele nowych metod, do których można zaliczyć azotonawęlanie gazowe, fluidalne, próżniowe i jonowe. Należy stwierdzić, że azotonawęglanie jest procesem trudnym do opisu w zakresie termodynamicznym, ale daje duże możliwości kształtowania struktury elementu azotonawęglanego przez sterowanie parametrami procesu dyfuzyjnego i obróbki cieplnej stosowanej po nim. Ze względu na postać ośrodka nasycającego węglem i azotem wśród metod azotonawęglania można wyróżnić następujące sposoby: nasycanie proszkowe lub pastowe, nasycanie kąpielowe, nasycanie gazowe, nasycanie fluidalne, nasycanie jonowe i nasycanie próżniowe [1÷8]. Każdy z tych sposobów ma swój zakres zastosowania zależny od jego zalet i wad, co stwarza określone możliwości ich wykorzystania w przemyśle. Proces azotonawęglania wymaga zastosowania po jego realizacji hartowania i niskiego odpuszczania. Hartowanie pozwala uzyskać strukturę martenzytyczną lub bainityczną zapewniającą odpowiednie własności mechaniczne. Odpuszczanie natomiast powoduje w wytworzonej warstwie martenzytycznej redukcję naprężeń zmniejszających występowanie pęknięć w warstwie wierzchniej lub na powierzchni. Wytworzenie wymaganych własności w warstwie wierzchniej i rdzeniu projektowanych elementów stalowych wymaga uzyskania odpowiedniej struktury, którą otrzymuje się w wyniku zastosowania odpowiedniego sposobu oziębiania. Detale stalowe podczas procesu hartowania mogą być: -- podczas hartowania z podchłodzeniem ochładzane z piecem do temperatury austenityzowania warstwy w sposób kontrolowany, -- ochładzane do temperatury około 500°C z piecem, a następnie ponowne nagrzewanie do temperatury austenityzowania, z której chłodzenie następuje z szybkością zapewniającą zahartowanie wytworzonej warstwy azotonawęglanej. W obróbce cieplnej można stosować ośrodek z grupy nanofluidów. W pracy [9] więcej »

Wpływ napalania ceramiki dentystycznej na odporność korozyjną stopu Co-Cr-W-Mo Starbond CoS

Grzegorz Sokołowski Dorota Rylska Iwona . M. Szynkowska Jerzy Sokołowski Monika Łukomska-Szymańska

Spośród dostępnych stopów dentystycznych najczęściej w wykonawstwie stałych uzupełnień protetycznych licowanych porcelaną są stosowane stopy na bazie kobaltu oraz niklu i stopy złoto-platynowe. Do najważniejszych czynników decydujących o wyborze stopu należą właściwości mechaniczne, podatność na obróbkę, odporność na korozję i biotolerancja [1]. Stopy metali szlachetnych są cenione za ich dobrą odporność korozyjną wynikającą z małej reaktywności oraz dobrą tolerancję przez tkanki. Jednak ze względu na niskie koszty materiałowe często są preferowane stopy kobaltowo-chromowe (Co-Cr) oraz niklowo-chromowe (Ni-Cr) [2]. Stopy na bazie kobaltu charakteryzują się wytrzymałością, twardością i odpornością na korozję. Chrom zapewnia odporność korozyjną, jeżeli jego zawartość jest w zakresie 16÷30% mas. [3]. Nikiel zwiększa moduł elastyczności, przewodność cieplną i elektryczną stopu, a także obniża temperaturę jego topnienia. Niestety pierwiastek ten nie jest pozbawiony wad - ze względu na duży potencjał alergizujący stopy zawierające Ni nie powinny być stosowane u pacjentów z alergią kontaktową na ten pierwiastek [4]. W celu zwiększenia estetyki uzupełnienia protetycznego na metalową podbudowę napala się porcelanę, najczęściej na całą powierzchnię podbudowy kontaktującą ze środowiskiem jamy ustnej. W szczególnych przypadkach licowanie porcelaną obejmuje jedynie powierzchnię przedsionkową korony bądź mostu. Często pozostawia się bez licowania porcelaną językową i dodziąsłową część korony. Obszary niepokryte porcelaną stanowią potencjalne źródło uwalniania jonów metali w wyniku procesów korozyjnych przebiegających w jamie ustnej [5]. Ponadto obróbka cieplna, jakiej poddawane są stopy metali (oksydacja) i proces napalania porcelany powodują powstawanie tlenków metali oraz zmiany w mikrostrukturze i właściwościach fizycznych stopów [5÷8]. Proces napalania porcelany wymaga zastosowania wysokiej temperatury w zakresie 950÷1010°C, co powoduje więcej »

Wpływ pasywacji elektrochemicznej stopu Wirobond C na jego własności korozyjne

DOROTA RYLSKA JERZY SOKOŁOWSKI JOLANTA SOKOŁOWSKA MONIKA DOMARECKA

Metalowe tworzywa stomatologiczne stosowane w jamie ustnej tworzą złożony układ elektrochemiczny z otaczającymi tkankami oraz nieustannie są narażone na zmiany oddziaływania środowiska, co przyczynia się do rozwoju korozji i ich stopniowej degradacji [1÷3]. Dlatego dąży się do tego, aby biomateriały metalowe stosowane w protetyce, chirurgii szczękowo-twarzowej, ortodoncji wykazywały dużą biozgodność i biofunkcjonalność [4]. Powinna je charakteryzować między innymi dobra odporność korozyjna, jednorodność składu chemicznego, określony zespół własności mechanicznych i paramagnetyzm [5]. Brak spełnienia tych wymagań może doprowadzić do powstania niekorzystnych reakcji w otaczających tkankach [6]. Aby wyeliminować wzajemne oddziaływanie pomiędzy tworzywem metalicznym (np. stopem na osnowie kobaltu) a organizmem oraz zmniejszyć zdolność do jego niszczenia korozyjnego, stosuje się różnego rodzaju obróbkę powierzchniową, aby zapewnić tworzywom metalowym przebywającym w ludzkim organizmie prawidłową pracę bez jednoczesnego wywoływania negatywnych skutków w otaczającym je środowisku. Dodatkowo pozwala to wydłużyć czas pracy oraz chroni przed różnymi rodzajami korozji (równomierna, galwaniczna, szczelinowa, wżerowa, międzykrystaliczna, erozyjna i naprężeniowa), które mogą występować w jamie ustnej [3,7, 8]. Jedną z metod modyfikacji powierzchni, którą zastosowano w tej pracy jest pasywacja elektrochemiczna. Głównym celem tego procesu jest wywołanie przejścia metalu bądź stopu ze stanu aktywnego w stan pasywny lub poprawienie jakości warstwy pasywnej na stopach samopasywujących się. Proces polega na wytworzeniu lub pogrubieniu na powierzchni obrabianego elementu bardzo cienkiej i zarazem szczelnej warstwy tlenkowej. Wytworzona w ten sposób warstwa tlenkowa stanowi barierę dyfuzyjną i oddziela tworzywo metalowe od środowiska oraz hamuje korozyjne procesy elektrochemiczne [9]. Taka warstwa pasywna na powierzchniach metalicznych implantów więcej »

Wpływ składu chemicznego i struktury powłok PVD i CVD na trwałość eksploatacyjną ostrzy skrawających wykonanych z ceramiki typu Si3N4 oraz sialonu

Marcin Staszuk Daniel Pakuła Leszek A. Dobrzański

Dynamiczny rozwój technologii oraz stosowanie nowych, coraz to lepszych materiałów konstrukcyjnych, a także dążenie do jak najmniejszej energochłonności w procesach produkcyjnych powoduje konieczność stałego zwiększania wymagań w odniesieniu do materiałów narzędziowych w zakresie zwiększenia własności mechanicznych i odporności na zużycie. Ponadto intensywny rozwój automatyzacji i robotyzacji procesów wytwórczych, w tym także obróbki skrawaniem, stawia wysokie wymagania producentom narzędzi skrawających w sferze niezawodności ostrzy, co jest warunkiem konkurencyjności na obecnym rynku [1÷9]. Technologie chemicznego i fizycznego osadzania warstw z fazy gazowej umożliwiają wykonywanie pokryć, których struktura, a także własności są ściśle określone przez odpowiedni dobór pierwiastków budujących nanoszoną powłokę. Tym sposobem powstają twarde, przeciwzużyciowe powłoki, które mają bardzo duże znaczenie w rozwoju różnych gałęzi przemysłu. Elementy pokrywane takimi powłokami odznaczają się większą twardością i odpornością na ścieranie w porównaniu z elementami niepokrytymi warstwą ochronną. Osadzanie twardej warstwy azotków, węglików lub tlenków na powierzchnię materiału m.in. w procesie PVD jest jednym z intensywniej rozwijających się kierunków polepszających własności robocze elementów funkcjonalnych. Twarde powłoki azotków metalu wydłużają eksploatację elementów pokrytych tymi powłokami, zwiększając ich odporność na zużycie i działanie agresywnego środowiska chemicznego [1÷9]. Celem prezentowanej pracy jest zbadanie wpływu składu chemicznego i struktury powłok PVD i CVD na trwałość eksploatacyjną ostrzy skrawających z ceramiki typu Si3N4 oraz sialonu. Metodyka Badań Badania wykonano na płytkach wieloostrzowych z ceramiki Si3N4 oraz sialonowej ceramiki narzędziowej, niepokrywanymi oraz pokrytych w procesie PVD i CVD wielowarstwowymi i gradientowymi powłokami odpornymi na ścieranie (tab. 1). Płytki pokrywano w procesie katodoweg więcej »

Wpływ stopowania laserem diodowym na własności i strukturę warstwy wierzchniej stali narzędziowej do pracy na gorąco

Leszek A. Dobrzański Ewa Jonda

Powierzchniowa obróbka laserowa różnorodnych materiałów zasługuje na szczególną uwagę, gdyż umożliwia wytworzenie warstwy wierzchniej o grubości od dziesiętnych części milimetra do kilku milimetrów o specjalnych własnościach użytkowych, w tym dużej twardości i odporności na ścieranie, przy jednoczesnym zachowaniu niezmiennych własności materiału podłoża. Oprócz wymaganych własności użytkowych obróbka powierzchniowa elementów za pomocą lasera ma także na celu regenerację części maszyn polegającą na odbudowie zużytej powierzchni oraz uzupełnieniu ubytków. Przy właściwym doborze warunków obróbki jest możliwe wykonanie elementów z dużą dokładnością, praktycznie "na gotowo", bez konieczności dodatkowej obróbki wykończeniowej. Najszersze zastosowanie przemysłowe w procesach laserowej obróbki cieplnej materiałów mają obecnie lasery diodowe dużej mocy, a także lasery gazowe CO2 i włóknowe. Lasery diodowe dużej mocy (High Power Diode Laser) stosuje się obecnie m.in. do: hartowania, spawania, lutowania, przetapiania, stopowania, a także wtapiania. W celu zwiększenia własności użytkowych materiałów inżynierskich, zwłaszcza stali, jest stosowane stopowanie laserowe, które zależy głównie od gradientu temperatury, stężenia pierwiastków dyfundujących oraz czasu dyfuzji [1÷7]. Dotychczasowe badania skutków oddziaływania promieniowania laserowego na stale wykazały, że w ich warstwach wierzchnich zachodzą zmiany mikrostruktury i składu chemicznego odmienne od tych zachodzących podczas konwencjonalnej obróbki cieplnej, przez co przedmioty obrabiane tą metodą uzyskują dużą twardość, odporność na korozję, ścieranie i zmęczenie cieplne. Laserowe wzbogacanie warstw wierzchnich w dodatki stopowe ma na celu zmianę własności materiałów w wąskiej strefie przypowierzchniowej dzięki wtapianiu pierwiastków pochodzących z odpowiednio przygotowanej i naniesionej powłoki. Istotą tego procesu jest przetopienie nałożonej warstwy oraz podłoża przez gwałtowne na więcej »

Wpływ struktury wewnętrznej wypełnień kompozytowych na wytrzymałość ich połączenia z materiałem kompozytowym w zależności od sposobu przygotowania powierzchni wypełnień

KRZYSZTOF SOKOŁOWSKI IWONA M. SZYNKOWSKA AGNIESZKA PACYK DOROTA RYLSKA JERZY SOKOŁOWSKI

Stomatologia minimalnie inwazyjna stawia przed lekarzami wyzwania nie tylko w aspekcie technik preparacji tkanek, ale także oceny oraz kwalifikacji wypełnień do rutynowej wymiany lub naprawy. Powszechnie stosowane kompozyty, cechując się wieloma zaletami, wciąż nie są materiałami, które w sposób trwały klinicznie odtwarzają utracone tkanki zęba. To zmusza klinicystów do relatywnie częstej wymiany wypełnień. Zagadnienie możliwości naprawy materiałów kompozytowych w warunkach jamy ustnej jest problemem złożonym, ale i wymagającym wyjaśnienia ze względu na bardzo praktyczne implikacje kliniczne. Wyniki wcześniej prowadzonych badań dowodzą, że wytrzymałość połączenia kompozyt-kompozyt podczas naprawy wypełnienia kompozytowego może osiągać 25÷80% wewnętrznej wytrzymałości kompozytu. Aby więc w tym przypadku uzyskać największą wytrzymałość połączenia korzystne staje się wykorzystanie wiedzy dotyczącej zjawiska adhezji chemicznej oraz mikromechanicznej. Według wielu autorów proces polimeryzacji materiałów kompozytowych stosowanych w stomatologii prowadzi najczęściej do uzyskania współczynnika konwersji na poziomie 55÷75% [1]. Badania przeprowadzone za pomocą spektroskopii w podczerwieni wykazały nawet do 60% zawartości monomerów, które nie zostały związane w prawidłowo spolimeryzowanym kompozycie [2, 3]. Teoretycznie obecność tak dużej ilości wolnych grup metakrylanowych warunkuje możliwość wytworzenia chemicznego połączenia pomiędzy spolimeryzowanym materiałem utwardzonego wypełnienia, a nową porcją nie spolimeryzowanego kompozytu. Niestety ilość tych reaktywnych grup maleje wraz ze starzeniem się i degradacją wypełniania w jamie ustnej. Dlatego jest konieczne stworzenie warunków dla wytworzenia silnego i stabilnego mikromechanicznego połączenia. Najczęściej stosowanymi metodami rozwinięcia powierzchni kompozytu przed jego naprawą są metody mechaniczne: schropowacenie wiertłem z nasypem diamentowym, piaskowanie oraz metody chemicz więcej »

Wpływ teksturowania laserowego na stan technologicznej warstwy wierzchniej stali 41Cr4

Wojciech Napadłek Adam Woźniak

Wały korbowe należą do zasadniczych elementów silnika, które w decydującej mierze wpływają na jego poprawną pracę. Wraz z łożyskami ślizgowymi tworzącymi skojarzenie ślizgowe czop-panewka stanowią jeden z najistotniejszych układów decydujących o trwałości i niezawodności tłokowego silnika spalinowego. Ilość i rodzaj materiałów konstrukcyjnych stosowanych na wały korbowe oraz sposoby obróbki czopów świadczą o ciągłym poszukiwaniu najlepszych rozwiązań, które jednak często sprawiają wrażenie przypadkowych. Można to tłumaczyć tylko różnymi możliwościami techniczno-technologicznymi zakładów produkcyjnych i pomijaniem trudnych, skomplikowanych i nie do końca wyjaśnionych zjawisk towarzyszących współpracy elementów, tworzących skojarzenie czop-panewka. Dobór metod produkcji wałów korbowych jest podporządkowany głównie uzyskaniu jak największej odporności na zużywanie czopa oraz zapewnieniu odpowiednio dużej wytrzymałości zmęczeniowej wału. Podstawowym wskaźnikiem oceny przydatności teksturowanej laserowo warstwy powierzchniowej jest wpływ tak obrobionego czopa na charakter przebiegu współpracy z łożyskiem ślizgowym [1÷6]. Wobec tego celowe wydaje się ustalenie, czy dotychczas przyjęte kryteria i wskaźniki oceny teksturowanej laserowo warstwy powierzchniowej czopa wału korbowego są wystarczające do stwierdzenia jej przydatności do współpracy z łożyskiem ślizgowym. Ograniczona wiedza w zakresie teksturowania laserowego materiału czopa wału korbowego, w tym szczególnie oceny możliwości technologicznych zmian stereometrii warstwy wierzchniej, mikrostruktury i twardości, była powodem podjęcia prezentowanych badań [7÷11] Zweryfikowanie zaproponowanych w pracy parametrów geometrycznych mikrozasobników olejowych wymaga przeprowadzenia cyklu badań tribologicznych na próbkach modelowych w warunkach laboratoryjnych oraz na rzeczywistych wałach korbowych z wytworzonymi mikrozasobnikami, zamontowanymi do silnika spalinowego w konwencjonalnej więcej »

Wpływ temperatury procesu azotowania jarzeniowego na odporność korozyjną warstw azotowanych wytworzonych na tytanie Grade 2 i stopie tytanu Ti6Al7Nb

AGNIESZKA BROJANOWSKA MICHAŁ TARNOWSKI PAWEŁ RUTKOWSKI TADEUSZ WIERZCHOŃ

Tytan i jego stopy znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie jako implanty, instrumentarium medyczne czy też elementy urządzeń medycznych. Charakteryzują się one bowiem dobrymi właściwościami mechanicznymi i dużą biozgodnością [1]. Jednak ze wględu na przechodzenie składników stopu do otaczających tkanek, tj. zjawisko metalozy [2], są prowadzone prace w zakresie wytwarzania nowych stopów tytanu dla potrzeb medycznych, jak też w coraz większym stopniu wprowadza się różne obróbki powierzchniowe zwiększające ich odporność korozyjną, z którą wiąże się bezpośrednio biozgodność [3÷5]. Jest to o tyle istotne, że w przypadku powszechnie stosowanego w medycynie, szczególnie jako implanty kostne, stopu Ti6Al4V składnik stopu (wanad) charakteryzujący się cytotoksycznymi właściwościami przechodzi do otaczających tkanek, bowiem tworzący się tlenek wanadu V2O5 charakteryzuje się dobrą rozpuszczalnością w płynach fizjologicznych. Dlatego stop tytanu Ti6Al4V zastępowany jest m.in. stopem Ti6Al7Nb, a w wielu przypadkach, np. w stomatologii, tytanem. Jednym z perspektywicznych kierunków w inżynierii powierzchni tytanu i jego stopów są procesy obróbek jarzeniowych, w tym proces azotowania jarzeniowego w obszarze plazmy (active screen plasma nitriding). Azotowanie jarzeniowe z wykorzystaniem aktywnego ekranu, określane także jako azotowanie na potencjale plazmy (w obszarze plazmy), jest modyfikacją konwencjonalnego procesu azotowania w warunkach wyładowania jarzeniowego. W procesie tym obrabiane detale są odizolowane od układu elektrycznego i znajdują się wewnątrz tzw. aktywnego ekranu, który pozwala na swobodny przepływ mieszaniny gazowej i stanowi katodę (rys. 1). Obrabiany element nagrzewa się więc głównie w wyniku konwekcji i promieniowania ciepła z ekranu. Podczas procesów w obszarze plazmy jest ograniczone również zjawisko rozpylania katodowego oraz efekt tzw. katody wnękowej, co pozwala na obróbkę detali o niewielkich rozmiarach, ci więcej »

Wpływ twardości podłoża na pitting elementów z powłokami PVD

Michał Michalak Witold Piekoszewski Jan Wulczyński Marian M. Szczerek

Tendencja minimalizowania zużywania surowców i energii w praktyce sprowadza się w dużej mierze do miniaturyzacji urządzeń, a przez to do zwiększania mocy przenoszonej przez kinematyczne węzły tarcia [1]. Wzrost wartości obciążenia przenoszonego przez te węzły wiąże się głównie ze wzrostem ryzyka wystąpienia zacierania lub pittingu elementów trących. Prace idące w tym kierunku skupiają się przede wszystkim na wdrażaniu nowych materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych, technologii konstytuowania warstwy wierzchniej oraz komponowania nowych środków smarowych do wysokoobciążonych węzłów tarcia. Zaistniałemu w ostatnim dziesięcioleciu "przeskokowi technologicznemu" w konstytuowaniu warstwy wierzchniej nie towarzyszył odpowiedni rozwój wiedzy w zakresie mechanizmów tarcia i zużywania ulepszanych w ten sposób elementów trących, szczególnie w smarowanym styku skoncentrowanym. Do innowacyjnych technologii konstytuowania warstw wierzchnich należą technologie laserowe [2], próżniowego nawęglania [3] i azotowania [4] oraz nakładania powłok metodami PVD i CVD [5, 6]. Obecnie powłoki nanoszone tymi metodami z powodzeniem stosuje się do zwiększenia trwałości narzędzi skrawających i formujących. Zastosowanie cienkich powłok przeciwzużyciowych dedykowanych specjalnie na części maszyn pracujące w smarowanym styku jest zagadnieniem nowym i jeszcze słabo rozpoznanym. Dzięki zastosowaniu powłok PVD można znacząco zwiększyć odporność na zacieranie elementów stalowych, nawet z zastosowaniem ekologicznych środków smarowych [7]. Efektu tego nie można było wykorzystać w technice w odniesieniu do wysokoobciążonych elementów maszyn (np. łożyska toczne, koła zębate, rys. 1), ponieważ barierę stanowił wciąż nierozwiązany problem pittingu (rys. 2). Potwierdziły to wyniki badań przeprowadzonych przez jednego z autorów, z których wynika, że nowoczesne, próżniowe metody nakładania powłok PVD na powierzchnie robocze wysokoobciążonych elementów maszyn, w większoś więcej »

Wpływ warunków natryskiwania plazmowego LPPS oraz PS-PVD na mikrostrukturę warstw NiCoCrAlY oraz YSZ

Marek Góral Sławomir Kotowski Tadeusz Kubaszek Kamil Dychtoń Jan Sieniawski

Wytwarzanie powłokowych barier cieplnych (Thermal Barrier Coatings - TBC) jest obecnie jedną z najbardziej efektywnych metod ochrony powierzchni elementów części gorącej silnika lotniczego przed oddziaływaniem spalin. Zastosowanie powłok TBC umożliwia zwiększenie dopuszczalnej temperatury pracy turbiny do 1500°C. Wyższa temperatura pracy zapewnia zwiększenie mocy silnika oraz zmniejszenie zużycia paliwa, podnosząc sprawność silników lotniczych. Prowadzone na świecie badania mają na celu nieustanną poprawę właściwości powłok TBC [1, 2]. Stosowane obecnie powłokowe bariery cieplne składają się z przynajmniej dwóch warstw: warstwy przejściowej oraz wierzchniej warstwy ceramicznej. Warstwa przejściowa (bondcoat) jest osadzana w celu poprawy adhezji warstwy ceramicznej do materiału podłoża. Stosowanie warstwy przejściowej w powłokach TBC wpływa na poprawę odporności przed czynnikami korozyjnymi, takimi jak utlenianie i korozja siarkowo-tlenowa (hot corrosion). Mechanizm ochrony przed utlenianiem i korozją jest związany z tworzeniem się na powierzchni warstwy tlenków (Thermally Grown Oxide - TGO). Najczęściej warstwa TGO składa się z tlenku Al2O3 i Cr2O3. Tlenki te charakteryzują się wolnym tempem wzrostu oraz łatwym tworzeniem się na podłożu metalicznym. W powłokach TBC jako warstwę przejściową stosuje się dyfuzyjne warstwy aluminidkowe lub warstwy na osnowie wieloskładnikowego stopu typu NiCoCrAlY. Warstwy dyfuzyjne bazują na fazie β-NiAl. W celu poprawy jej właściwości jest możliwa modyfikacja warstw Pt, Pd, Zr oraz Hf. Stosowanie wieloskładnikowej warstwy przejściowej typu NiCoCrAlY w porównaniu z warstwami dyfuzyjnymi zapewnia większą niezależność od rodzaju materiału podłoża. Możliwe jest dostosowanie składu warstwy typu NiCoCrAlY do prognozowanych warunków pracy, obciążeń i mechanizmów degradacji, a więc jej skład jest zależny od przeznaczenia [3÷5]. Warstwy przejściowe NiCoCrAlY są wytwarzane metodami natryskiwania pl więcej »

Wpływ warunków wytwarzania na budowę i właściwości korozyjne stopu stomatologicznego Co-Cr-W-Mo Starbond CoS

GRZEGORZ SOKOŁOWSKI JERZY SOKOŁOWSKI DOROTA RYLSKA MAŁGORZATA I. SZYNKOWSKA

Mimo dużej odporności korozyjnej żadne z tworzyw metalicznych stosowanych w praktyce klinicznej stomatologii, łącznie z metalami szlachetnymi oraz tytanem i jego stopami, nie wykazuje pełnej tolerancji biologicznej. Tworzywa metaliczne wprowadzone do organizmu ludzkiego, w agresywnym środowisku, ulegają korozji i wywołują odpowiedź biologiczną ze strony ustroju. Zapewnienie tolerancji biologicznej tym materiałom staje się warunkiem koniecznym dla ich zastosowania jako biomateriałów. Odporność korozyjna metali pozostaje w bezpośrednim związku z ich składem chemicznym, strukturą wewnętrzną i jakością powierzchni [1÷9]. Klasyczne wykonawstwo metalowych elementów materiałów protetycznych oparte było przede wszystkim na technologii odlewania. Warunki sporządzania odlewu w praktyce protetycznej obejmujące sposób odlewania, warunki topienia metali i dokonywania odlewu, atmosferę (powietrze, gaz osłaniający, gaz formujący), temperaturę odlewania mają wpływ na strukturę krystaliczną oraz właściwości mechaniczne stopu, a tym samym na poziom ich tolerancji biologicznej [10÷12]. Częstą przyczyną korozji są błędy technologiczne w trakcie wytwarzania tworzyw metalicznych, w wyniku czego uzyskuje się stopy chemicznie niejednorodne. Niekiedy, mimo przestrzegania procedur odlewania, otrzymuje się odlewy o zróżnicowanej strukturze, które powodują patologię miejscową lub ogólnoustrojową. Publikowane do tej pory prace wskazują, że procedury topienia metalu i sporządzania odlewu niosą ze sobą, oprócz wspomnianych, także inne niekorzystne zmiany w odlewanych elementach, takie jak zmiana struktury fazowej, segregację, obecność defektów odlewu (porowatość, jamki skurczowe) i brak dokładności wynikający ze skurczu stężeniowego i cieplnego. Powodują one pogorszenie właściwości mechanicznych konstrukcji, ale także obniżenie ich odporności korozyjnej, co pociąga za sobą pogorszenie właściwości biologicznych i zwiększenie ich toksycznego działania [13, 1 więcej »

Wpływ zmiany kąta antewersji panewki na zużycie endoprotezy stawu biodrowego

Adrian Mróz Tomasz Wiśniewski Łukasz Łapaj Monika Gierzyńska-Dolna Waldemar Woźniak

Zaawansowany proces destrukcji stawu biodrowego w przebiegu wielu schorzeń może być skutecznie leczony z zastosowaniem endoprotezoplastyki [1]. Dotychczas stosowane endoprotezy wykazywały szereg ograniczeń, spośród których najistotniejszym była podatność na zużycie i związane z nim ryzyko aseptycznego obluzowania [2]. W związku z rozwojem tej dziedziny ortopedii w ostatnich latach do praktyki klinicznej wprowadzono endoprotezy nowej generacji, których konstrukcję oparto na doborze skojarzenia materiałowego typu "metal-on-metal" (MoM) [3, 4]. Elementy endoprotez (głowa-panewka) są wytwarzane ze stopów na osnowie kobaltu (CoCrMo). Para trąca typu MoM charakteryzuje się większą odpornością na zużycie w porównaniu z endoprotezami o skojarzeniu materiałowym typu "metal-polietylen". W porównaniu z endoprotezami ceramicznymi MoM charakteryzują się lepszą udarnością oraz umożliwiają zastosowanie głów o większych średnicach, ograniczając ryzyko zwichnięcia [5]. Generowane w trakcie tarcia produkty zużycia charakteryzują się znacznie mniejszymi rozmiarami od polietylenowych i nie indukują osteolizy [6]. W literaturze medycznej pojawiają się doniesienia, w których autorzy zwracają uwagę na zależność pomiędzy częstotliwością występowania różnego rodzaju niepowodzeń a wzajemnym ustawieniem komponentów endoprotezy [7]. Przedstawiane dotychczas wyniki badań zużycia często ograniczają się jedynie do określenia wartości zużycia liniowego oraz ubytku masy. W związku z tym w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu (INOP) wspólnie z chirurgami z Kliniki Ortopedii i Traumatologii Szpitala Klinicznego im. Wiktora Degi podjęto badania mające na celu określenie wpływu ustawienia komponentów endoprotezy na opory tarcia i zużycie. MATERIAŁ I METODYKA Symulator SBT-01.1 Badania tarciowo-zużyciowe przeprowadzono za pomocą symulatora do badania właściwości tribologicznych endoprotez stawu biodrowego SBT-01.1 (zgłoszenie patentowe Nr P.398471). Konstru więcej »

Wytwarzanie bainitu bezwęglikowego w warstwie wierzchniej stali chromowo-krzemowo-manganowej po nawęglaniu próżniowym

Emilia Skołek Krzysztof Wasiak Janusz Krasoń Wiesława. Świątnicki

Stale o strukturze bainitu bezwęglikowego charakteryzują się bardzo wysokimi właściwościami mechanicznymi, takimi jak: twardość, wytrzymałość na rozciąganie oraz odporność na kruche pękanie przy zachowaniu dużej ciągliwości [1÷3]. Te wyjątkowe właściwości są wynikiem submikronowej lub nanometrycznej wielkości ziaren tego bainitu oraz dość dużej zawartości austenitu szczątkowego [4, 5]. Niestabilny austenit szczątkowy może również wpływać na poprawę odporności na zużycie przez tarcie - dzięki przemianie w martenzyt odkształceniowy pod wpływem działających naprężeń powstałych w wyniku tarcia, podnosi twardość w miejscu styku, co korzystnie wpływa na odporność na ścieranie w porównaniu z próbkami obrobionymi konwencjonalnie [6]. Wytworzenie bainitu bezwęglikowego jest możliwe w stalach o zawartości węgla w zakresie 0,6÷1,1% i zwiększonej zawartości krzemu podczas hartowania z przystankiem izotermicznym w temperaturze bliskiej temperatury początku przemiany martenzytycznej Ms [7]. Przedmiotem pracy jest próba wytworzenia bezwęglikowego bainitu o strukturze nanokrystalicznej w warstwie wierzchniej stali 35CrSiMn5-5-4. W celu zwiększenia zawartości węgla w warstwie wierzchniej stali do poziomu ułatwiającego wytworzenie struktury nanobainitycznej stal poddano procesowi nawęglania próżniowego. Następnie nawęgloną część próbek poddano hartowaniu z przystankiem izotermicznym, a drugą część konwencjonalnemu hartowaniu ciągłemu i niskiemu odpuszczaniu. Dokonano charakterystyki i analizy porównawczej struktury i właściwości uzyskanych warstw wierzchnich w badanej stali. metodyka badań Stal 35CrSiMn5-5-4 o składzie przedstawionym w tabeli 1 poddano obróbce nawęglania próżniowego metodą iniekcyjną w piecu próżniowym 15.0VPT-4022/24N w firmie Seco/Warwick. Nawęglanie wykonano technologią FineCarb® zgodnie z patentem [8]. Nawęglanie przebiegało w temperaturze 1000°C i było podzielone na 10 następujących po sobie procesów nasycania i dyf więcej »

Wytwarzanie niskotemperaturowego bainitu w warstwie nawęglonej stali 38CrAlMo6-10

KAMIL WASILUK EMILIA SKOŁEK WIESŁAW ŚWIĄTNICKI

Postęp technologiczny w wielu branżach przemysłu nierozerwalnie jest związany z rozwojem nowych materiałów o coraz lepszych właściwościach. Oprócz cech użytkowych ważne są także względy ekonomiczne, dlatego są rozwijane nowe generacje stali, których zaletą poza wysokimi parametrami wytrzymałościowymi jest niska cena. Jednym z obiecujących kierunków rozwoju jest wytwarzanie w stali struktury nanokrystalicznej w wyniku przemian fazowych zachodzących w warunkach hartowania z przystankiem izotermicznym [1÷5]. W wyniku wytrzymania izotermicznego stali o odpowiednim składzie chemicznym w zakresie temperatury nieco powyżej Ms otrzymuje się ultradrobnoziarnistą strukturę tzw. bainitu niskotemperaturowego, składającą się z płytek ferrytu bainitycznego rozdzielonych warstwami wzbogaconego w węgiel austenitu resztkowego [2, 5]. Warunkiem koniecznym do uzyskania takiej mikrostruktury w stali jest zawartość węgla 0,6÷1,1% mas. oraz dodatek krzemu lub aluminium, których obecność powoduje zahamowanie wydzielania cementytu [1÷3]. W wyniku hartowania izotermicznego otrzymuje się stal o wytrzymałości mechanicznej Rm = 1926÷2098 MPa, wydłużeniu równomiernym Ar = 3,1÷11,3%, twardości 590÷690 HV30 i odporności na pękanie KIC = 45÷135 MPa∙m0,5 [5, 6]. Jak pokazują prace [7÷9], niskotemperaturowy bainit można również uzyskać w nawęglonych warstwach wierzchnich stali niskowęglowych. Zastąpienie tradycyjnej obróbki stali nawęglanych, tj. hartowania i niskiego odpuszczania, obróbką bainityzacji może przynieść szereg korzyści, m.in. zmniejszenie wielkości naprężeń własnych w warstwie i deformacji obrabianego elementu, a nawet wzrost odporności na zużycie [9]. Celem prezentowanej pracy było wytworzenie struktury bainitu niskotemperaturowego w warstwie nawęglonej stali 38CrAl- Mo6-10. Ze względu na możliwe aplikacje tak obrobionej stali na elementy pracujące w warunkach tarcia przeprowadzono próby porównawcze odporności na zużycie ścierne warstw n więcej »

Wytwarzanie powłok hydroksyapatytu węglanowego metodą zol-żel

Bożena Pietrzyk Daniel Kucharski Sebastian Miszczak

Hydroksyapatyt (HAp) - Ca10(PO4)6(OH)2 jest obecnie uważany za jeden z najważniejszych biomateriałów w chirurgii kostnej ze względu na podobieństwo składu chemicznego i fazowego do mineralnego składnika kości i zdolność do wiązania się z tkanką kostną [1÷4]. Ze względu na raczej niskie właściwości wytrzymałościowe HAp, które dodatkowo maleją w wyniku jego resorpcji po implantacji, ceramika ta nie może być używana jako substytut kości w miejscach silnie obciążonych. Zastosowanie HAp w postaci powłoki na metalowych implantach pozwala na uzyskanie bioaktywności powierzchni implantu i jego trwałe związanie z kością [3÷6]. Istnieje kilka metod wytwarzania powłok HAp na metalowych podłożach, np.: rozpylanie jonowe, impulsowa ablacja laserowa, natryskiwanie cieplne i metoda zol-żel [5÷14]. Metoda zol-żel pozwala na otrzymywanie dobrej jakości powłok bez stosowania wysokiej temperatury wygrzewania i kosztownej aparatury. Metodą tą można otrzymać powłoki o dużej czystości i kontrolowanym składzie fazowym i porowatości. Metoda zol-żel może być wykorzystana do modyfikacji budowy chemicznej HAp w kierunku otrzymywania powłok o budowie zbliżonej do apatytów biologicznych [6, 7]. Naturalny składnik kości, jakim jest biologiczny apatyt, wykazuje zmienność budowy w zależności od pH i składu płynów ustrojowych i może zawierać niewielkie ilości sodu, magnezu, potasu, a także fluoru i chloru. Zawiera także jony węglanowe, które częściowo zastępują w strukturze apatytu zarówno jony fosforanowe (typ B), jak również jony hydroksylowe (typ A) [2, 15, 16]. Hydroksyapatyt węglanowy jest zbliżony do hydroksyapatytu biologicznego, dzięki czemu przyspiesza procesy osteointegracji w porównaniu ze stechiometrycznym hydroksyapatytem, jednak z drugiej strony wykazuje on zwiększoną rozpuszczalność, co może ograniczać czas potrzebny do osiągnięcia wystarczającego stopnia integracji powłoki z kością [15]. Metoda zol-żel może być wykorzystana do otrzymywania p więcej »

Zastosowanie formowania bezciśnieniowego proszków do wytwarzania odpornych na zużycie warstw powierzchniowych

GRZEGORZ MATULA Klaudiusz Gołombek

Rozwój nowoczesnych materiałów odpornych na zużycie ścierne, w szczególności gradientowych materiałów narzędziowych, jest zależny i ściśle związany z technologią wytwarzania, formowania i spiekania proszków [1]. Dotyczy to głównie wytwarzania podłoża materiału narzędziowego. Wysokie wymagania stawiane przez odbiorców tych materiałów wiążą się z zachowaniem względnie dużej ciągliwości rdzenia oraz twardości i odporności na zużycie ścierne powierzchni narzędzia. Niestety własności te wykluczają się wzajemnie, dlatego obserwuje się ciągły oraz dynamiczny rozwój technik modyfikacji powierzchni, głównie PVD i CVD [2]. Głównym problemem w materiałach narzędziowych o jednorodnym rdzeniu i powłokach uzyskiwanych w procesach PVD i CVD są duże naprężenia na granicy powłoka-podłoże. Częściowo problem ten jest rozwiązywany przez stosowanie obniżających te naprężenia międzywarstw, które nakładane są w tym samym procesie technologicznym. Lepszym rozwiązaniem jest stosowanie struktury warstwowej lub gradientowej podłoża materiału narzędziowego [3]. Pierwowzorem materiałów gradientowych są materiały występujące w środowisku naturalnym. Dzięki gradientowej strukturze ich własności znacznie przewyższają własności materiałów jednorodnych [4]. Wytworzenie materiału narzędziowego z proszków o strukturze gradientowej jest technologicznie trudne. W wielu ośrodkach naukowych są prowadzone jednak badania spiekanych materiałów gradientowych. Techniki ich wytwarzania skupiają się głównie na prasowaniu proszków w matrycach zamkniętych lub formowaniu wtryskowym warstwy wierzchniej we wtryskarkach metodą PIM (Powder Injection Moulding). W przypadku prasowania jednoosiowego proszku można uzyskać wypraskę wielowarstwową, co jednak wiąże się z kilkakrotnym zasypywaniem matrycy. W wyniku spiekania wypraski i dyfuzji pierwiastków na granicy pomiędzy warstwami powstaje struktura o charakterze gradientowym, zmieniająca się w kierunku osi prasowania. Opracowana więcej »

Zastosowanie obróbki tribochemicznej do poprawy połączenia kompozyt-kompozyt, uzyskanego podczas naprawy wypełnień

KRZYSZTOF SOKOŁOWSKI ANNA SOKOŁOWSKA IWONA M. SZYNKOWSKA MONIKA DOMARECKA DOROTA RYLSKA JERZY SOKOŁOWSKI

Materiały kompozytowe są obecnie podstawowymi i pod wieloma względami niezastąpionymi materiałami wykorzystywanymi do rekonstrukcji uszkodzonych tkanek zębów. Kompozyty dentystyczne w warunkach jamy ustnej starzeją się, co może prowadzić do degradacji i przebarwień materiału, pogorszenia adaptacji brzeżnej wypełnień i przebarwień pobrzeży, pęknięć w materiale czy utraty retencji, mikroprzecieku i rozwoju wtórnej próchnicy zębów. Standardową procedurą stosowaną po stwierdzeniu uszkodzenia wypełnienia jest jego usunięcie i po opracowaniu tkanek aplikacja i polimeryzacja nowego materiału. W wielu przypadkach można jednak odstąpić od wymiany wypełnień na rzecz ich naprawy [1], co jest klinicznie uzasadnione w kontekście ochrony twardych tkanek zęba niezmienionych próchnicowo [2, 3]. Zabieg taki pozwala na wydłużenie żywotności wypełnień kompozytowych. Problemem, przed którym stają jednak klinicyści, jest uzyskanie dostatecznie wytrzymałego i trwałego klinicznie połączenia materiału kompozytowego z powierzchnią wypełnień kompozytowych podczas ich naprawy. W kontekście wielkości sił wywieranych na zespół materiał-tkanki podczas aktu żucia uzyskanie optymalnej wytrzymałości połączenia kompozyt-kompozyt (k-k) zmniejsza ryzyko wystąpienia różnorodnych powikłań, od przebarwień wypełnienia, przez utratę części wypełnienia, po reakcje zapalne ze strony miazgi i ostatecznie niepowodzenie w leczeniu. Możliwości połączenia chemicznego ze związanym materiałem kompozytowym wynikają z jego budowy i specyfiki sieciowania polimeru. Stopień konwersji stomatologicznych materiałów kompozytowych sięga 55÷75% [4], zatem nawet 40÷50% grup metakrylanowych pozostaje niezwiązanych i może potencjalnie w korzystnych warunkach wytworzyć nowe połączenia. Jednak ilość aktywnych grup metakrylanowych ulega zmniejszeniu wraz ze starzeniem się polimeru, spada więc prawdopodobieństwo uzyskania silnego, chemicznego połączenia. W celu uzyskania trwałego połączenia m więcej »