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)

Zeszyt 2014-6

kup! (PDF) - 4.72 zł »

Dostęp do Wirtualnej Czytelni - archiwalne e-zeszyty czasopisma

kup! - 12h za 73.80 zł »

kup! - 4h za 43.05 zł »

kup! - 1h za 24.60 zł »

Właściwości kompozytów MMC zawierających węgliki z układu Ti-Mo-C wytwarzanych metodą nadtapiania SLS/M

ANNA BIEDUNKIEWICZ PAWEL FIGIEL DARIUSZ GRZESIAK WITOLD BIEDUNKIEWICZ RAFAŁ WRÓBEL MARTA KRAWCZYK ANNA STASIUKIEWICZ

WPROWADZENIE Kompozyty zawierające wieloskładnikową ceramikę są przedmiotem badań i coraz szerszych zastosowań w inżynierii materiałowej [1, 2]. Spośród ceramiki umacniającej TiC jest jednym z najbardziej odpowiednich materiałów, ponieważ ma duży moduł Younga, dobrą stabilność termiczną, małą gęstość i chemiczną kompatybilność z tytanem [3]. Materiały otrzymywane w wyniku umocnienia osnowy tytanowej przez dodatek Mo2C lub VC charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi i są stabilne w wysokiej temperaturze. Znalazły one zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i zbrojeniowym [4]. Wielkość cząstek ceramicznych ma znaczący wpływ na wytrzymałość, ciągliwość i zużycie kompozytów metalicznych. Zmniejszenie wielkości cząstek ceramicznych przyczynia się do poprawy właściwości mechanicznych tych kompozytów np., wytrzymałości i obniżenia podatności na kruche pękanie [5÷7]. Selektywne laserowe nadtapianie (SLM - Selective Laser Melting), najnowsza technologia wytwarzania, umożliwia realizację szybkiej produkcji bezpośrednio z proszków trójwymiarowych części z ich kompleksowym ukształtowaniem [8, 9]. W przeciwieństwie do konwencjonalnych procesów opartych na technikach ubytkowych SLM bazuje na przyrostowej metodzie wytwarzania (MIM - Material Incremental Manufacturing) i ma szereg zaawansowanych cech, tj. otrzymywanie elementów o złożonych kształtach bez konieczności stosowania form czy odlewania, dużą elastyczność procesu i szeroki zakres materiałów nadających się do zastosowania [10]. W tej pracy, trójwymiarowe (3D) próbki nanokom więcej »

Kompozyty magnetyczne zbudowane na bazie amorficznego wypełniacza o różnych gradacjach połączone lepiszczem epoksydowym

KATARZYNA BŁOCH

WPROWADZENIE W przemyśle energetycznym poszukiwane są nieustannie nowoczesne materiały o dobrych parametrach magnetycznie miękkich i dobrej formowalności, które można by było wykorzystać jako rdzenie magnetyczne do budowy energooszczędnych i ekologicznych transformatorów [1]. Wiadomo, że ferromagnetyczne materiały amorficzne oraz otrzymane na ich podstawie materiały nanokrystaliczne w zależności od składu chemicznego cechują się dobrymi parametrami magnetycznie miękkimi [2]. Niestety wymiary litych, otrzymanych w procesie produkcyjnym ferromagnetycznych materiałów amorficznych i nanokrystalicznych są zbyt małe, aby była możliwość wytworzenia na ich podstawie rdzenia magnetycznego. Obecnie amorficzne i nanokrystaliczne rdzenie magnetyczne są wytwarzane z taśm, których średnia grubość wynosi 40 μm. Taśma taka jest zwijana w toroid, jednakże pomiędzy zwojami taśmy tworzą się mikroskopijne szczeliny powietrza, które wpływają na pogorszenie parametrów użytkowych tych rdzeni. Nowoczesne materiały fizyki ciała stałego oraz inżynierii materiałowej nazywane kompozytami magnetycznymi są złożone z metalicznego wypełniacza ferromagnetycznego o strukturze amorficznej lub nanokrystalicznej oraz lepiszcza polimerowego [3÷5]. Formowalność tego typu kompozytów jest nieograniczona, a ich właściwości magnetyczne i mechaniczne zależą głównie od paramentów wypełniacza oraz jego wielkości i zawartości w objętości kompozytu [6, 7]. W pracy przedstawiono wyniki badań wykonanych dla kompozytu magnetycznego z amorficznym wypełniaczem stanowiącym 97% mas. kompozytu. Pozostałą część wypełniała ży więcej »

Numeryczna analiza wpływu rodzaju śrutu na właściwości technologicznej warstwy wierzchniej poddanej procesowi kulowania

PAULINA BYCZKOWSKA JACEK SAWICKI MARIUSZ STEGLIŃSKI

WPROWADZENIE Dynamiczny wzrost zainteresowania lekkimi materiałami funkcjonalnymi sprawia, że poszukiwane są coraz to tańsze metody optymalizacji procesów ich obrabiania. Materiałami klasyfikowanymi do tej grupy są niektóre stopy aluminium, m.in. AL7075 czy AL2024. Ich korzystny iloraz właściwości do masy sprawia, że są nadal materiałem badań [1÷5]. Wadą stopów aluminium jest jednak brak odporności na zużycie tribologiczne, jak i zmęczenie stykowe, dlatego stopy te są poddawane obróbce plastycznej. Procesem wpływającym na właściwości stopów aluminium jest między innymi kulowanie (shot peening) [6]. Kulowanie jest jedną z metod nagniatania dynamicznego stosowaną do umacniania części maszyn, w celu zwiększania wytrzymałości [7]. Kulowanie jest realizowane przez wywieranie zmiennego nacisku na powierzchnię obrabianego, metalowego elementu przez twardszy element (kulki, śrut) [8]. Efektem stosowania tego rodzaju obróbki jest powstanie odkształceń plastycznych i wytworzenie ściskających naprężeń własnych w warstwie wierzchniej obrabianego elementu [9]. Podczas procesu kulowania można dobierać takie parametry, jak: rodzaj i granulację śrutu, intensywność śrutowania, pokrycie powierzchni [10]. Od tych parametrów zależy rozkład wartości naprężeń oraz ich zasięg w obrabianym materiale. Uzyskanie oczekiwanych właściwości wytrzymałościowych stopów wiąże się z przeprowadzeniem wielu prób, w celu znalezienia najkorzystniejszych parametrów obróbki. Jedną z możliwości analizy rozkładu oraz wartości naprężeń wywołanych odkształceniem są metody numeryczne. Parametrem wpływającym na stan naprężeń w technologicznej warstwie wierzchniej, według pracy [11], jest średnica śrutu. Zastosowanie śrutu odlewanego o średnicy 0,92 mm powoduje większy wzrost granicy zmęczenia badanych tytanowych próbek niż po nagniataniu śrutem o średnicy 0,39 mm. Podobną zależność uzyskali autorzy pracy [12], w której dla śrutu o większej średnicy stwierdzili zwiększe więcej »

Metody dekoracji wyrobów ceramicznych i szklanych za pomocą promieniowania laserowego

DANUTA CHMIELEWSKA ANDRZEJ OLSZYNA KRZYSZTOF SZAMAŁEK ROMAN GEBEL JAN MARCZAK ANTONI SARZYŃSKI MAREK STRZELEC

Proces zdobienia lub znakowania ceramiki i szkła w skali przemysłowej polega na naniesieniu dekoracji farbą ceramiczną na gotowy wyrób i następnie utrwaleniu tej farby w procesie wypalania. Stosowane powszechnie techniki nanoszenia dekoracji to kalka ceramiczna, natrysk, sitodruk bezpośredni i malowanie ręczne, przy czym istnieje coraz więcej zautomatyzowanych procesów produkcyjnych [1, 2]. Konwencjonalny proces dekoracji i znakowania farbami ceramicznymi jest jednak wciąż czasochłonny i bardzo energochłonny. Stosowany w produkcji masowej sitodruk wymaga jednego sita dla każdego koloru, co znacznie zwiększa koszt procesu przy małych seriach. Energochłonność procesów jest związana z dodatkowym wypalaniem wyrobów w wysokiej temperaturze. W poszukiwaniu metod obniżenia energochłonności i kosztów produkcji wyrobów ceramicznych i szklanych zwrócono uwagę na możliwość wykorzystania najnowszych osiągnięć technik inżynierii powierzchni, zapewniających miejscowe (punktowe), kontrolowane zmiany temperatury odpowiadające potrzebom wypalenia określonych wzorów powierzchniowych i znaków. Idealnie do tego celu nadaje się wysokoenergetyczne, monochromatyczne promieniowanie laserowe. Za podstawową wadę znakowania laserowego uważało się dotychczas wysoki koszt inwestycyjny, który jednak w sposób istotny obniża się w ostatnich latach wraz z dostępem do coraz tańszych i prostszych w eksploatacji, technologicznych systemów laserowych średniej i małej mocy (lasery pompowane diodowo, w tym lasery światłowodowe i dyskowe oraz lasery CO2). Prace w dziedzinie laserowej dekoracji wyrobów szklanych i ceramicznych są realizowane od kilku lat w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych (ICiMB) we współpracy z Instytutem Optoelektroniki WAT [3÷7]. W artykule opisano dwie metody dekoracji wyrobów szklanych i ceramicznych. W pierwszej z nich na podłoże szklane jest nanoszony materiał barwny, specjalnie opracowany dla tego procesu w ICiMB, a promieniowa więcej »

Mikrostruktura i właściwości stali HS6-5-2-5 poddanej procesowi wymrażania kriogenicznego

ALEKSANDER CISKI

WPROWADZENIE Zastosowanie wymrażania kriogenicznego wynika nie tylko z potrzeby zmniejszenia zawartości austenitu szczątkowego. Znaczenie mają również procesy zachodzące w strukturze martenzytu w zachodzących równocześnie różnych wariantach przemiany γ → α z odpowiednio dobraną szybkością. Wcześniejsze badania autorów [1] świadczą o tym, że podczas wymrażania istotny wpływ na właściwości stali oprócz przemiany austenitu w martenzyt ma kinetyka wydzielania się faz umacniających, zwłaszcza nanowęglików. Wydzielenia te, obserwowane za pomocą wysokorozdzielczego transmisyjnego mikroskopu elektronowego, były identyfikowane jako koherentne lub półkoherentne węgliki o strukturze krystalicznej typu B1 [1]. Analiza przeprowadzonych doświadczeń [1, 2] potwierdza występowanie wczesnych etapów zarodkowania nanowęglików podczas nagrzewania po wymrażaniu kriogenicznym. W stalach szybkotnących z martenzytu, w przedziale od temperatury -100°C do +250°C wydzielają się koherentne węgliki lub węglikoazotki typu α' (Mo, V, Fe)6(C, N)2 i V(C, N), o strukturze NaCl (B1) oraz węglik ε o składzie zbliżonym do Fe2,4C, niezaliczany do węglików specjalnych [3]. Mechanizm i kinetyka rozpadu martenzytu z wydzielaniem węglika ε są poznane najlepiej, gdyż wydziela się on na ogół w dodatniej temperaturze, które pozwalają na użycie szeregu metod badawczych, w tym metod rentgenograficznych. Niniejsze opracowanie jest próbą dokonania opisu zjawisk inicjowanych wymrażaniem, zachodzących w stali szybkotnącej HS6-5-2-5 podczas procesu odpuszczania, mających wpływ na podwyższenie właściwości użytkowych narzędzi. Identyfikacja zjawisk zachodzących podczas wymrażania kriogenicznego, a w szczególności zmian dokonujących się w substrukturze, strukturze dyslokacyjnej i morfologii faz uczestniczących w przemianach oraz wpływu tych zmian na właściwości mechaniczne stali szybkotnących, wydaje się być kwestią kluczową. Dokonanie opisu zjaw więcej »

Mikrostruktura i właściwości cienkich powłok węglowych modyfikowanych borem

ANDRZEJ CZYŻNIEWSKI

Wytwarzane na bazie węgla cienkie powłoki węglowe typu a-C, a-C:H oraz cienkie powłoki węglowe modyfikowane metalami i niemetalami typu X-C:H (X = W, Ti, Si, B, F i in.), często określane wspólnym mianem DLC (Diamond-Like Carbon), są przedmiotem intensywnych badań od wielu lat ze względu na ich unikatowe właściwości, w szczególności mały współczynnik tarcia oraz dużą odporność na zużycie przez tarcie w warunkach tarcia suchego. Jednakże z uwagi na znaczne zróżnicowanie powyższych właściwości zależnie od rodzaju powłoki, wilgotności atmosfery, rodzaju środka smarowego, temperatury czy rodzaju materiału współpracującego z powłoką bardzo ważnym zagadnieniem jest wybór powłoki o odpowiednich właściwościach dla określonych zastosowań tribologicznych. W przypadku niemodyfikownych powłok DLC proces tarcia suchego uwarunkowany jest zjawiskami grafityzacji i utleniania powłoki oraz przeciwpróbki, w wyniku których w strefie styku powstają substancje grafitopodobne oraz produkty utleniania współtrącego materiału [1, 2]. Badania w tym zakresie prowadzone dla powłok modyfikowanych metalami i niemetalami pokazują, że w procesie tarcia oprócz grafityzacji i utleniania powłoki istotną rolę odgrywają powstające podczas tarcia tlenki pierwiastków zastosowanych do modyfikacji [3, 4]. Badania skojarzeń ciernych z udziałem elementów pokrytych cienkimi powłokami na bazie węgla w olejach zawierających dodatki uszlachetniające pokazują, że dodatki te nie wpływają znacząco na współczynnik tarcia, natomiast zużycie pokrytych elementów silnie zależy od składu chemicznego oleju [5, 6]. Badania właściwości tribologicznych powłok na bazie węgla w wodzie wskazują na ich korzystne właściwości tribologiczne w obecności wody [7, 8]. Nieliczne badania powłok węglowych modyfikowanych borem pokazują, że charakteryzują się one amorficzną strukturą, a ich właściwości mechaniczne i tribologiczne silnie zależą od parametrów wytwarzania [9÷11]. Celem niniejszej pra więcej »

Synteza wielościennych nanorurek węglowych metodą katalityczno-chemicznego osadzania z fazy gazowej

ANNA DOBRZAŃSKA-DANIKIEWICZ DAWID CICHOCKI WERONIKA WOLANY DARIUSZ ŁUKOWIEC

WPROWADZENIE Od momentu pierwszych publikacji na ich temat do dnia dzisiejszego nanorurki węglowe są intensywnie badane, głównie ze względu na szerokie możliwości ich zastosowania, m.in.: w elektronice, optoelektronice, medycynie, przemyśle tekstylnym i sportowym, są także często dodawane jako faza umacniająca w kompozytach przeznaczonych na elementy konstrukcyjne. Cylindrycznie zwinięte warstwy grafenowe, zakończone połówkami fulerenów, mogą być modyfikowane w różny sposób w celu zwiększenia ich możliwości aplikacyjnych [1÷8]. W celu zastosowania nanorurek węglowych w nowoczesnych materiałach inżynierskich jest konieczne opracowanie metody umożliwiającej efektywną produkcję wysokiej jakości nanorurek jednościennych (SingleWall Carbon NanoTubes - SWCNTs) oraz wielościennych (MultiWall Carbon NanoTubes - MWCNTs). Obecnie wyróżnia się trzy podstawowe metody syntezy CNTs: wyładowanie w łuku elektrycznym, ablacja laserowa oraz chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD). Metoda CVD ze względu na dość niski koszt i możliwość łatwej aplikacji na skalę przemysłową jest najatrakcyjniejszą technologią dedykowaną syntezie materiałów nanostrukturalnych [9÷14]. Katalityczno-chemiczne osadzanie z fazy gazowej (Catalytic Chemical Vapour Deposition - CCVD), które umożliwia masową syntezę nanorurek wysokiej jakości, charakteryzuje się obecnością katalizatora podczas syntezy. Metoda ta polega na katalitycznym rozkładzie węglowodoru (np. CH4, C2H4, C6H6, C2H2, C6H12) w wysokiej temperaturze (600÷1200°C) na powierzchni metalicznej nanocząsteczki katalizatora (np. Fe, Ni, Mo, Co lub mieszanina tych metali). Kontrola pirolizy katalitycznej odbywa się przez odpowiedni dobór katalizatora, gazu węglowodorowego, temperatury i czasu procesu. W ten sposób można wytwarzać pionowo zorientowane jedno- i wielościenne nanorurki węglowe na różnym podłożu: szkle, ceramice lub waflu krzemowym z naniesionymi warstwami buforowymi oraz cienką warstwą katalizatora więcej »

Charakterystyka nanokompozytów typu MWCNT-Pt

ANNA DOBRZAŃSKA-DANIKIEWICZ DARIUSZ ŁUKOWIEC

Interdyscyplinarna wiedza o nanostrukturach oraz technologiach ich wytwarzania jest w ostatnich latach przedmiotem uwagi wielu ośrodków naukowych na całym świecie, czemu towarzyszy gwałtowny rozwój badań naukowych w tym zakresie. Dużym zainteresowaniem naukowców cieszą się także nanorurki węglowe (ang.: Carbon NanoTubes - CNTs), będące obiektami zbudowanymi ze zwiniętych w rulon płaszczyzn grafenowych, których średnica wynosi od ułamka do kilkudziesięciu nanometrów, podczas gdy ich długość może osiągać nawet kilka mikrometrów. Ze względu na swoje unikatowe własności elektryczne, mechaniczne, cieplne, magnetyczne i optyczne nanorurki węglowe są obecnie przedmiotem wielu intensywnych badań. Warunkiem praktycznego wykorzystania potencjalnych możliwości aplikacyjnych nanorurek węglowych na szeroką skalę jest umiejętność budowania z nich, w sposób planowy i kontrolowany, większych struktur oraz łączenia ich z innymi materiałami. W literaturze znajdują się opisy metod pokrywania nanorurek węglowych różnymi rodzajami nanocząstek, w tym [1, 2]: SiO2, TiO2, Ti, Pd, Ag, Pt, Au, Cu, CdS, CdSe, CdTe. Wyniki prezentowane w publikacjach naukowych [1÷4,] potwierdzają możliwość otrzymywania nanokompozytów typu CNT-NPs (Carbon NanoTubes-NanoParticles), jednak w praktyce wydajność opisywanych metod nie zawsze jest zadowalająca. Nadal są konieczne badania umożliwiające optymalizację proponowanych rozwiązań. W szczególności jest widoczne zapotrzebowanie na opracowanie technologii bardziej wydajnych, powtarzalnych, lepiej dostosowanych do konkretnych zastosowań oraz umożliwiających osadzanie nanokryształów o założonej morfologii i dyspersji. Nanokompozyty typu nanorurki węglowe-nanocząstki stanowią wartościowy materiał ze względu na kombinację unikatowych właściwości fizykochemicznych swoich komponentów. Oba składniki charakteryzują się dużą powierzchnią właściwą i dobrym przewodnictwem elektrycznym. Nanorurki węglowe, mające gęstość około 1,3 więcej »

Struktura i właściwości mechaniczne nanokompozytowych powłok MoS2(Ti, W) z międzywarstwą Cr

JAKUB GAWROŃSKI ŁUKASZ KACZMAREK WOJCIECH PAWLAK PIOTR NOLBRZAK

WPROWADZENIE Zapotrzebowanie na materiały niskotarciowe w prężnie rozwijających się przemysłach lotniczym, motoryzacyjnym czy AGD stale wzrasta. Wynika to z konieczności wytwarzania coraz bardziej efektywnych, bezawaryjnych części maszyn i urządzeń o jak najmniejszej masie. Dlatego np. producenci odlewów ciśnieniowych wykazują duże zainteresowanie poprawą odporności na zużycie wybranych elementów wykonanych z lekkich stopów na bazie aluminium. Stopy te charakteryzują się jednak niskimi właściwościami tribologicznymi i jest konieczna odpowiednia modyfikacja ich powierzchni w celu nadania im odporności na ścieranie. Materiały o takich właściwościach można uzyskać w wyniku modyfikacji ich powierzchni, stosując m.in. szereg metod CVD oraz PVD [1÷3]. Szerokie spektrum osadzanych pierwiastków i możliwość sterowania właściwościami powłok w trakcie procesu osadzania daje duże możliwości technologiczne. Można wytwarzać powłoki przeznaczone dla węzłów tarciowych pracujących w wysokiej temperaturze (powyżej 300°C) [4÷6], jak również warstwy na bazie węgla [7÷12] czy dwusiarczku molibdenu [13], dla których temperatura pracy jest niższa, a utleniająca atmosfera nie ma negatywnego wpływu na wytworzone warstwy [14]. W pracy badano mikrostrukturę, właściwości mechaniczne i odporność na zużycie nanokompozytowych powłok MoS2(Ti, W) z międzywarstwą Cr. METODYKA BADAŃ W pracy na podłożu z modyfikowanego siluminu wytworzono powłokę na bazie dwusiarczku molibdenu z dodatkami tytanu i wolframu MoS2(Ti, W) oraz międzywarstwą chromu mającą za zadanie zwiększenie adhezji głównej powłoki do podłoża [15]. Ze względu na dużą porowatość siluminu i późniejsze problemy z odpowiednią adhezją nanoszonych warstw silumin poddano zabiegowi rafinacji [16]. Skład chemiczny próbek określony metodą spektroskopii rentgenowskiej przedstawiono w tabeli 1 więcej »

Charakterystyka zmian wielkości krystalitów w warstwie tlenków powstałych na stali 13CrMo4-5 długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze

MONIKA GWOŹDZIK

Obecnie coraz więcej uwagi poświęca się elementom pracującym długotrwale w podwyższonej temperaturze [1÷6] ze względu na budowę nowych jednostek wysokosprawnych oraz modernizację istniejących już bloków energetycznych. Awarie tego typu urządzeń energetycznych są również wynikiem szerokorozumianej korozji wysokotemperaturowej [7], gdyż wysokotemperaturowe utlenianie stali pracujących dla energetyki zależy m.in. od [8÷10]: - rodzaju stali, - parametrów eksploatacyjnych elementu, - rodzaju napływu spalin. Skład spalin jest zmienny i zależy od rodzaju paliwa, a także od warunków jego spalania. W normalnych warunkach (przy obecności tlenu w spalinach) na powierzchni stali tworzy się warstwa pasywna pełniąca ochronną rolę metalu. Sytuacja ta ulega drastycznej zmianie, gdy powstawanie ochronnej warstwy tlenków ulegnie zaburzeniu, np. przez pojawienie się w spalinach agresywnych składników, takich jak: niedopalony węgiel, chlorki, siarczki czy siarczany. Narastają wówczas grube osady, które wpływają niekorzystnie na warstwę ochronną stali. MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ Materiał do badań stanowiły próbki ze stali 13CrMo4-5 pobrane ze stali eksploatowanej w temperaturze 525°C przez czas 73 000 godzin. Analiza składu chemicznego stali została wykonana metodą emisyjnej spektroskopii iskrowej na emisyjnym spektrometrze iskrowym firmy Spectro (tab. 1). Badania warstwy tlenków przeprowadzone na powierzchni zewnętrznej ścianki rury obejmowały: więcej »

Kinetyka wzrostu warstw w procesie RFCVD

STANISŁAWA JONAS JANUSZ JAGLARZ KAROL KYZIOŁ MARTA JANUŚ ELŻBIETA MURAWSKA

W projektowaniu technologii cienkich warstw i powłok, w tym również technologii chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD - Chemical Vapour Deposition) istotne jest poznanie kinetyki i mechanizmu procesu. Znajomość ta umożliwia optymalizację warunków technologicznych formowania, czyli uzyskanie warstw o ściśle określonej grubości i strukturze. Szybkość wzrostu warstw zależy od parametrów procesu osadzania. Wpływa na nią również geometria reaktora. Badania szybkości wzrostu warstw w warunkach CVD prowadzi się zwykle eksperymentalnie. Teoretyczne jej oszacowanie jest bardzo trudne ze względu na złożoność równań opisujących zjawiska transportu masy i energii oraz procesy chemiczne, na które składają się reakcje homoi heterogeniczne na powierzchni ciała stałego [1]. Na podstawie danych eksperymentalnych i poszukiwaniu odpowiednich korelacji pomiędzy parametrami procesu CVD a szybkością wzrostu warstw w pracach [2, 3] podano ogólne zależności na szybkość wzrostu warstw w zależności od temperatury, ciśnienia, szybkości przepływu oraz mocy generatora plazmy (dla CVD wspomaganej plazmowo - PACVD). Zaskakujące jest natomiast to, że w literaturze brak jest danych dotyczących kinetyki wzrostu, czyli wpływu czasu osadzania na grubość warstw. W projektowaniu reakcji chemicznych CVD zakłada się zwykle liniowy wzrost grubości z upływem czasu. Jedynie w pracy [4] autorzy na podstawie pomiaru grubości warstw w funkcji czasu nie potwierdzają liniowej kinetyki wzrostu w przypadku osadzania warstw węgloazotku krzemu na podłożu ze szkła kwarcowego. Szybkość wzrostu warstwy przyjmuje największą wartość na początku procesu, a potem monotonicznie maleje do zera. Taki przebieg autorzy przypisują zmniejszaniu się ilości centrów aktywnych na powierzchni wraz z upływem czasu osadzania. Nie tłumaczą oni jednak, jakie miejsca na powierzchni stanowią centra aktywne, na których w pierwszym etapie produkty pośrednie powstające w wyniku reakcji homogenicznyc więcej »

Charakterystyka powłok z tlenoazotku glinu osadzanych metodą PED i PL

ROMAN JĘDRZEJEWSKI JOANNA PIWOWARCZYK PAWEŁ KOCHMAŃSKI JOLANTA BARANOWSKA

Tlenoazotek glinu (ALON, od angielskiego aluminium oxynitride) jest polikrystalicznym materiałem ceramicznym o wzorze chemicznym Al(64+x)/3O32-xNx, gdzie 2 ≤ x ≤ 5 [1÷4]. Ma sześcienną strukturę krystaliczną. Strukturę krystaliczną stabilizuje azot [2÷4]. ALON jest transparentny dla długości fali w zakresie od ultrafioletu (UV) do średniej podczerwieni (MWIR), 0,1÷6,0 μm [2, 5÷6]. Charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi, przede wszystkim wytrzymałością i twardością [1, 5÷6]. Jest odporny na wysoką temperaturę i korozję [4]. Szczegółowa charakterystyka ALON przedstawiona została w tabeli 1. Transparentność w szerokim spektrum promieniowania elektromagnetycznego oraz dobre właściwości chemiczne, mechaniczne i fizyczne tlenoazotku glinu decydują o częstym stosowaniu tego materiału (m.in. okna IR, domeny EM, soczewki) [2÷4, 7]. Konwencjonalne metody otrzymywania ALON obejmują procesy wysokotemperaturowe [1, 5]. Stanowi to ograniczenie stosowania powłok ALON, gdyż mogą być wytwarzane jedynie na podłożach będących w stanie wytrzymać wysoką temperaturę. Dlatego obiecującą alternatywą są metody PVD z wykorzystaniem wysokoenergetycznej wiązki laserowej i elektronowej. Metoda pulsacyjnej ablacji laserowej (PLD) lub pulsacyjnej ablacji elektronowej (PED) pozwala otrzymywać powłoki w temperaturze pokojowej, co poszerza spektrum stosowanego podłoża. Podczas osadzania wiązka elektronowa (metoda PED) lub wiązka laserowa (metoda PLD) jest kierowana w stronę targetu. Wysokoenergetyczna wiązka po dotarciu do powierzchni targetu powoduje jego ablację. Wytwarzana jest plazma, która następnie jest kierowana prostopadle w stronę podłoża. Po dotarciu do powierzchni substratu jest wytwarzana cienka powłoka. Schemat komory do osadzania powłok metodą PLD oraz PED przedstawiono w pracy [8]. Do tej pory nie ukazały się publikacje na temat możliwości wytwarzania powłok ALON metodą PED. Osadzanie metodą PLD było więcej »

Analiza odporności na pękanie powłok wieloskładnikowych na bazie azotku chromu

JOANNA KACPRZYŃSKA-GOŁACKA ADAM MAZURKIEWICZ JERZY SMOLIK

Zmęczenie cieplno-mechaniczne jest jednym z głównych mechanizmów niszczenia narzędzi pracujących w warunkach jednoczesnego działania cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych oraz cyklicznie zmiennych obciążeń termicznych [1]. Cykliczne zmiany gradientu temperatury pomiędzy powierzchnią a rdzeniem materiału są źródłem zmiennych naprężeń cieplnych, które powodują generowanie i propagację siatki pęknięć. Jednoczesne działanie cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych powoduje intensyfikację tego procesu. Bardzo skutecznym działaniem zwiększającym odporność na zmęczenie cieplno-mechaniczne jest kształtowanie właściwości warstwy wierzchniej narzędzi i elementów maszyn z wykorzystaniem nowoczesnych technologii inżynierii powierzchni. Jednym z najbardziej perspektywicznych kierunków rozwoju inżynierii powierzchni są technologie hybrydowe [2], które dają duże możliwości w zakresie kształtowania właściwości funkcjonalnych. Najbardziej znaną i szeroko stosowaną hybrydową technologią inżynierii powierzchni jest połączenie PVD [3]. Jednoczesne występowanie dwóch wymienionych elementów mikrostruktury, tj. warstwy azotowanej oraz powłoki PVD powoduje wzajemne, synergiczne ich współdziałanie, dając bardzo dobre właściwości eksploatacyjne. Warstwa azotowana zwiększa twardość powierzchniową i odporność podłoża na odkształcenia plastyczne, zabezpieczając w ten sposób powłokę PVD przed utratą spójności wewnętrznej i adhezji do podłoża. Natomiast powłoka PVD izoluje azotowane podłoże, ograniczając wpływ czynników zewnętrznych w procesie jego niszczenia. Przykłady praktycznego zastosowania warstw hybrydowych PN+PVD potwierdzają ich skuteczność w zwiększeniu trwałości narzędzi pracujących w bardzo trudnych warunkach eksploatacyjnych. Ze względu na uzyskiwane właściwości warstwy hybrydowe są szeroko stosowane w przemyśle do zwiększania trwałości narzędzi, takich jak matryce do ciśnieniowego odlewania aluminium [4], narzędzia do obróbki plast więcej »

Żaroodporne warstwy Al-Si wytworzone na stopie molibdenu TZM

Molibden należy do grupy metali trudnotopliwych, które charakteryzują się temperaturą topnienia znacznie wyższą niż żelazo, nikiel czy kobalt. Stop TZM o składzie (% mas.): 0,5% Ti; 0,1% Zr; 0,02% C, reszta molibden, ma wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze 1100°C dwa razy większą od czystego molibdenu. Stop ten charakteryzuje się również dobrą odpornością na pełzanie i jest stosowany głównie w przemyśle lotniczym. Może być stosowany jako materiał dysz, zaworów, jak również być wykorzystany na elementy pieców i retort pracujących w wysokiej temperaturze. Jego zastosowania jako materiału do pracy w wysokiej temperaturze zwykle znajdują się poza obszarem zastosowań żarowytrzymałych stopów niklu lub czasem się zazębiają. Czysty molibden może pracować w temperaturze do 1500°C [1], natomiast stop TZM nawet do 1700°C [2] pod warunkiem, że jest to praca w próżni bądź w atmosferze obojętnej. Niestety w środowisku utleniającym stop TZM podobnie jak czysty molibden tworzy lotny tlenek MoO3, co może prowadzić do strat materiału [3]. Tlenek MoO3 nie ma charakteru ochronnego i powstaje na stopie TZM na skutek utleniania molibdenu powyżej temperatury 540°C. Warstwa tlenku ulatnia się powyżej temperatury 790°C, co prowadzi do cyklu powstawanie tlenku-ulatnianie [3]. Wykorzystanie właściwości stopu na elementy pracujące w atmosferze utleniającej jest możliwe przez zastosowanie żaroodpornych warstw lub powłok. Głównym kierunkiem jest wytworzenie na powierzchni stopu warstwy składającej się przede wszystkim z MoSi2 [4]. Coraz częściej jednak warstwy zawierające krzem i molibden zawierają dodatkowo aluminium [5]. W związku z tym wiele prac pojawiających się w ostatnim czasie dotyczy również badań nad układem potrójnym Al-Mo-Si [6, 7]. MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ Warstwy wytwarzano metodą zawiesinową na podłożu ze stopu molibdenu TZM o składzie chemicznym (% mas.): 0,5% Ti; 0,1% Zr; 0,02% C; reszta molibden. Próbki kilkakrotnie zanurzano w więcej »

Morfologia i właściwości warstw węgloazotowanych na stali odpornej na korozję

PAWEŁ KOCHMAŃSKI PAWEŁ GIZA JOLANTA BARANOWSKA ŁUKASZ KOT MATEUSZ KASAK

Stal ferrytyczna oraz austenityczna odporna na korozję jest szeroko stosowana w przemyśle ze względu na bardzo dobrą odporność korozyjną. Niestety twardość tych gatunków stali jest niewystarczająca w niektórych zastosowaniach. Nie jest możliwe poddanie jej utwardzającym zabiegom obróbki cieplnej, tj. hartowaniu ze względu na małą zawartość węgla. Możliwe w tym przypadku jest zastosowanie obróbki cieplno-chemicznej, np. nawęglania, azotowania lub węgloazotowania. Azotowanie w konwencjonalnym zakresie temperatury (530÷580°C) prowadzi do zwiększonej ilości wydzieleń azotków, co obniża odporność korozyjną [1]. Z tego względu atrakcyjne wydają się potencjalne efekty strukturalne, które można uzyskać w obróbce niskotemperaturowej [2]. W przypadku niskotemperaturowej obróbki stali austenitycznej powstaje w niej tzw. faza S. Według przyjętej hipotezy jest to przesycony roztwór azotu lub węgla w austenicie. Dzięki wbudowanym międzywęzłowo w sieć przestrzenną austenitu węglowi lub azotowi faza S ma większy parametr sieciowy i większą twardość w porównaniu z austenitem. Faza ta ma również bardzo dobrą odporność na korozję. Podczas węgloazotowania niskotemperaturowego stali austenitycznej odpornej na korozję dochodzi do wytworzenia dwustrefowej warstwy. Strefa zewnętrzna składa się z azotowej fazy S, natomiast wewnętrzna z węglowej fazy S [3]. Uzyskuje się dzięki temu łagodniejszy gradient twardości od warstwy w kierunku rdzenia [4]. W literaturze można spotkać tylko nieliczne doniesienia na temat tego rodzaju obróbki zastosowanej do stali ferrytycznej odpornej na korozję. Yan i wsp. zajmujący się procesem formowania warstw na stali utwardzanej wydzieleniowo 17-4PH nie stwierdzili występowania strefowej budowy warstw, tak jak w przypadku stali austenitycznej [5÷7]. Zidentyfikowano obecność dodatkowej fazy, tj. "poszerzonego ferrytu" w warstwie przypowierzchniowej. Warstwy przez nich uzyskane wykazywały odporność korozyjną zbliżoną do m więcej »

Laser alloying of 316L steel with boron

MICHAŁ KULKA DARIA MIKOŁAJCZAK NATALIA MAKUCH PIOTR DZIARSKI

AISI 316L austenitic stainless steel is known for its most effective balance of carbon, chromium, nickel and molybdenum for corrosion resistance. Therefore, this material is often used for high temperature, aggressively corrosive conditions and nuclear reactor applications. However, the poor wear resistance, as an important disadvantage, causes the limited using of this steel. Under conditions of appreciable mechanical wear (adhesive or abrasive), the materials have to characterize by suitable wear protection. With a low hardness (200 HV) and an austenitic microstructure which cannot be hardened by heat treatment, there is no easy way to improve its wear resistance [1]. Processes used for protecting the constructional or tool steels, such as nitriding, carburizing or boriding, were developed in order to produce the surface layers which could improve the wear behaviour of austenitic steel [2÷11]. Glow discharge assisted lowtemperature nitriding was studied by the papers [2, 3]. The process, carried out at 440°C for 6 h, resulted in formation of a thin layer (4 m) consisting of chromium nitrides (CrN) as well as austenite supersaturated with nitrogen [2]. The layer produced at 550°C (823 K) for 6 h was characterized by the thickness about 20 m [3], and iron nitrides (Fe4N) were additionally observed in microstructure with using the higher process temperature [3, 4]. The chromium nitrides Cr2N also were identified in the nitrided layer [5]. Low temperature plasma carburizing was a thermochemical treatment designed so as to achieve a good combination of wear and corrosion resistance in stainless steels [6÷9]. The process at the temperature below 520°C (793 K) produced the layer consisting only of the austenite supersaturated with carbon, and characterized by an expanded lattice [6÷9], while the chromium carbides, expanded austenite and martensite occurred after carburizing at higher temperature [6]. The layers obta więcej »

Synteza i właściwości fizykochemiczne krzemionki typu SBA-15 aktywowanej jonami miedzi

MAGDALENA LASKOWSKA ŁUKASZ LASKOWSKI KRZYSZTOF FIJAŁKOWSKI MAŁGORZATA KACPRZAK

Pierwsze krzemionki mezoporowate o uporządkowanej strukturze porów zostały uzyskane w roku 1998 przez D. Zhao i współpracowników [1, 2]. Jedną z nich jest wciąż ciesząca się wielkim zainteresowaniem krzemionka typu SBA-15. Materiał ten ma heksagonalnie uporządkowane cylindryczne pory i powstaje na drodze syntezy z użyciem surfaktantu Pluronic P123. Swe niesłabnące zainteresowanie zawdzięcza wyjątkowej budowie oraz neutralności wobec organizmów żywych. Nie wykazuje bowiem działania toksycznego ani drażniącego i spełnia wymagania odnośnie do bezpieczeństwa dla zdrowia ludzi. Otwarta struktura i bardzo duża powierzchnia właściwa sprawiają, iż można by pomyśleć, że to właśnie krzemionkę SBA-15 miał na myśli Richard Feynman wypowiadając słowa "There's plenty room at the bottom" [3]. Jeśli do wszystkich tych zalet doda się możliwość modyfikowania jej właściwości przez funkcjonalizację otrzyma się materiał o nieograniczonych wręcz możliwościach. Krzemionka aktywowana miedzią ma właściwości bakterioi grzybobójcze. Można jednak zwiększyć skuteczność tego typu związków, zastępując klasyczną matrycę krzemionkową materiałem mezoporowatym, zyskując tym samym bardzo dużą powierzchnię czynną, rzędu 700 m2/g. Wynik taki jest praktycznie nieosiągalny nawet dla tak popularnych ostatnio materiałów typu nano. Zakładając jednorodne rozmieszczenie aktywnych molekuł zawierających miedź wewnątrz mezoporowatej, krzemionkowej matrycy, otrzymuje się niezwykle skuteczny materiał katalityczny, co stanowi podstawę jego własności biobójczych. Właśnie krzemionka mezoporowata typu SBA-15 aktywowana grupami propylowo-fosforanowymi zawierającymi atomy miedzi stanowi przedmiot tej pracy. Strukturę tego materiału przedstawiono na rysunku 1. Ciągle są poszukiwane metody wytwarzania tego typu materiałów efektywnie i tanio. Z drugiej strony materiał uzyskany tymi metodami powinien być stabilny w zmiennych warunkach i trwały. Celem pracy autorów było opracowanie s więcej »

Wpływ obróbki powierzchniowej typu duplex na pitting

ANITA MAŃKOWSKA-SNOPCZYŃSKA MICHAŁ MICHALAK WITOLD PIEKOSZEWSKI MARIAN SZCZEREK ADAM RZEPKOWSKI

Do innowacyjnych technologii konstytuowania warstw wierzchnich należą technologie laserowe [1], próżniowego nawęglania [2], i azotowania [3] oraz nakładania powłok metodami PVD i CVD [4, 5]. Obecnie powłoki nanoszone tymi metodami z powodzeniem stosuje się do zwiększenia trwałości narzędzi skrawających i formujących. Cienka warstwa ceramiczna chroni narzędzie przed przegrzaniem i utlenianiem oraz zmniejsza tendencję do sczepiania materiału skrawanego z materiałem ostrza narzędzia, co pozwala na zwiększenie trwałości narzędzia skrawającego, a także na zwiększenie parametrów ich pracy, np. prędkości skrawania [6, 7]. W ostatnich latach rozwój technologii typu duplex spowodował rozwój nowych zastosowań powłok przeciwzużyciowych. Zastosowanie dwustopniowej obróbki typu duplex (warstwa azotowana/TiN) na formy odlewnicze do ciśnieniowego odlewania aluminium spowodowało kilkakrotne zwiększenie ich trwałości [8]. W literaturze spotyka się także opisy nowatorskich prób zastosowania technologii duplex do ochrony powierzchni matryc do obróbki plastycznej na zimno miedzi, aluminium i miękkich stali oraz matryc kuźniczych. Obecnie prawie 80% narzędzi skrawających może być pokrywane cienkimi powłokami przeciwzużyciowymi. Odmienna jest sytuacja w przypadku zastosowanych cienkich, twardych powłok na trące powierzchnie elementów maszyn i urządzeń. Szacuje się, że tylko ok. 2% wszystkich części współpracujących tarciowo pokrywa się tymi powłokami. Istniejący stan wiedzy jednoznacznie wskazuje, że pary kinematyczne, takie jak: koła zębate, łożyska toczne czy mechanizmy krzywka-popychacz, wykonywane głównie ze stali, są narażone, oprócz zużywania ściernego, na zużywanie mogące spowodować awarię urządzenia przez zatarcie czy zmęczenie powierzchniowe (pitting) - rysunek 1. Prowadzone modelowe badania zacierania elementów z naniesionymi metodami PVD powłokami, które tworzyły smarowany styk skoncentrowany, potwierdziły możliwość zwiększenia odporn więcej »

Wybrane metody laserowego periodycznego strukturowania powierzchni

JAN MARCZAK KRZYSZTOF CZYŻ JAN KUSIŃSKI TOMASZ ONYSZCZUK ANTONI RYCYK ANTONI SARZYŃSKI MAREK STRZELEC

Zastosowanie laserowych metod obróbki powierzchniowej stwarza niemal nieograniczone możliwości kształtowania właściwości warstwy wierzchniej różnych materiałów. Właściwości warstwy wierzchniej można modyfikować w różny sposób, tak aby spełniały założone wymagania fizyczne,, chemiczne lub mechaniczne, takie jak np. zwiększenie odporności na ścieranie [1], zmniejszanie oporów przepływu [2], zmiana właściwości tribologicznych [3], zmniejszanie współczynnika odbicia światła [4], zwiększenie współczynnika adhezji [5] lub zabezpieczenie przed korozją [6]. Ponadto właściwości samych materiałów są silnie związane z ich mikrostrukturą, jak również jej rozmieszczeniem przestrzennym. W związku z tym modyfikacja powierzchni z myślą o dopasowaniu odpowiedniego wzoru topograficznego i mikrostruktury jest kluczem do funkcjonalności powierzchni. Począwszy od podglądania natury, poprzez badania jej odpowiedników [7, 8], można udowodnić, że dobrze zaprojektowana modyfikacja warstwy wierzchniej o odpowiednich rozmiarach jest w stanie połączyć różne właściwości, które mogą być znacznie lepsze od materiałów kompozytowych i ich oryginalnych powierzchni. W artykule przedstawiono dwie metody efektywnego, laserowego kształtowania wzoru topograficznego i mikrostruktury w stopie amorficznym Fe88Si11B1. W metodzie bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej odpowiedni wzór otrzymuje się dzięki nałożeniu wiązek laserowych (dwóch lub więcej) na powierzchni materiału, które, oddziałując ze sobą, tworzą obraz interferencyjny. W wyniku odpowiedniego doboru poziomu energii laserowej pole interferencyjne może spowodować w maksimach interferencyjnych przetopienie, a nawet ablację materiału [9÷11]. W drugiej metodzie wykorzystano jedną z niestabilności związanych z dodatnim sprzężeniem zwrotnym pomiędzy charakterystykami promieniowania laserowego a obrabianym materiałem. Jest nią spontaniczne tworzenie się laserowo indukowanej periodycznej mikrostruktu więcej »

Wysokotemperaturowe charakterystyki tribologiczne elementów z powłoką AlTiN i TiAlN

MICHAŁ MICHALAK REMIGIUSZ MICHALCZEWSKI MARIAN SZCZEREK

Do najbardziej rozpowszechnionych powłok przeznaczonych do pracy w wysokiej temperaturze należą powłoki zawierające Al (np. AlTiN, TiAlN, AlCrN, AlTiCrN) [1÷3]. Trwałość powłok typu TiAlN znana głównie z zastosowań na narzędzia do obróbki metali, szczególnie w warunkach dużych szybkości skrawania, jest wiązana z ich mikrostrukturą oraz mechanizmami utleniania w podwyższonej temperaturze pracy. Duża zawartość aluminium powoduje zwiększenie odporności na utlenianie powłok i podnosi ich twardość na gorąco [4]. Prace nad nowymi rodzajami powłok są prowadzone przez liczne ośrodki naukowe i technologiczne [5÷7]. W praktyce doboru komercyjnych powłok PVD/CVD do pracy w wysokiej temperaturze dokonuje się głównie na podstawie katalogowej, maksymalnej temperatury pracy (np. dla CrN - 700°C, TiAlN - 900°C) oraz ich właściwościach (m.in. odporności na zużywanie, współczynnika tarcia, adhezji), ocenianych niestety w temperaturze pokojowej. Bazując na tych danych oraz na praktyce przemysłowej, wytwórcy powłok podają potencjalne obszary ich zastosowania, np.: na narzędzia skrawające do drewna [8], formy do ciśnieniowego odlewania metali (stopów aluminium), narzędzia do obróbki plastycznej (np. wyciskanie profili aluminiowych) [9÷11]. Brak wystarczających informacji o charakterystykach tribologicznych (tarciowych i zużyciowych), które determinują trwałość elementów pokrytych powłokami w różnych warunkach wymuszeń mechanicznych w podwyższonej temperaturze znacznie utrudnia ich racjonalny dobór. Zakładanie, że odporność na zużycie i opory ruchu skojarzeń elementów z powłokami w wysokich temperaturach są podobne do występujących w warunkach temperatury pokojowej może prowadzić do błędnych wniosków. Ponadto odporność na zużywanie zależy w dużej mierze od warunków pracy. Inne warunki pracy występują przy wyciskaniu aluminium (ruch ślizgowy) [12], a inne przy kształtowaniu odkuwek (ruch oscylacyjny) [13]. Celem badań przedstawionych w pracy było więcej »

Wpływ udziału żywicy epoksydowej epidian 100 na właściwości kompozytów magnetycznych z amorficznym wypełniaczem

MARCIN NABIAŁEK

W przemyśle elektrotechnicznym od wielu lat poszukuje się materiałów energooszczędnych, tanich w wytworzeniu oraz przyjaznych dla środowiska. Szansą dla dalszego rozwoju przemysłu elektronicznego, elektrotechnicznego oraz energetyki są nowoczesne materiały wytwarzane ze stopów amorficzych i nanokrystalicznych. Materiały ferromagnetyczne o wymienionych strukturach cechują się wyjątkowo dobrymi parametrami magnetycznymi, które w znacznym stopniu zależą od składu chemicznego stopu [1÷3]. Można wyróżnić materiały magnetycznie twarde (magnesy) lub magnetycznie miękkie (rdzenie magnetyczne). Niestety wytworzenie objętościowego materiału amorficznego czy nanokrystalicznego mającego dobre miękkie właściwości magnetyczne jest zadaniem na obecne czasy niewykonalnym. Powszechnie tzw. transformatory amorficzne lub nanokrystaliczne są produkowane na bazie rdzeni magnetycznych wykonanych z cienkich taśm, których średnia grubość wynosi około 45 więcej »

Właściwości powłok DLC z podwarstwami na bazie chromu zastosowanych na narzędziach ze stali szybkotnącej do obróbki drewna

MIECZYSŁAW PANCIELEJKO ANDRZEJ CZYŻNIEWSKI ADAM GILEWICZ VIKTOR ZAVALEYEV

Narzędzia ze stali narzędziowych ze względu na dużą ciągliwość i odporność na pękanie są nadal szeroko stosowane, pomimo możliwości stosowania na narzędzia skrawające materiałów twardych i super twardych [1]. Modyfikacja narzędzi stosowanych w przemyśle drzewnym polega obecnie głównie na wytwarzaniu metodami fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) na ich roboczych powierzchniach powłok pojedynczych i wielowarstwowych azotków i węglików metali przejściowych (Ti, Cr, W) oraz jedno i wieloskładnikowych z dodatkami pierwiastków lekkich (Al, Si) [2÷7]. W ostatnich latach poprawę właściwości skrawnych narzędzi ze stali narzędziowych stosowanych do obróbki drewna litego uzyskano dzięki zastosowaniu twardych powłok, w szczególności na bazie CrN i CrCN [2, 5, 7÷11]. Coraz częściej w przemyśle drzewnym są stosowane również powłoki na bazie węgla [3, 7, 11÷16]. Celem badań było wytworzenie metodą łukową oraz zbadanie właściwości powłok z trzema rodzajami podwarstwy na bazie chromu i warstwą zewnętrzną DLC (Diamond-Like Carbon). Określono również wpływ modyfikacji powierzchni natarcia noży strugarskich wykonanych ze stali szybkotnącej HS6-5-2 powłokami DLC z podwarstwami na bazie chromu na ich trwałość oraz zużycie podczas prób przemysłowych podczas obróbki drewna sosnowego. WYTWARZANIE ORAZ METODYKA BADAŃ POWŁOK Podwarstwy na bazie chromu wytwarzano techniką katodowego odparowania łukowego CVA (Cathodic Vacuum Arc) wykorzystując urządzenia TINA 900M i C55CT (INOVAP Dresden) w laboratoriach Politechniki Koszalińskiej. Diamentopodobne warstwy wierzchnie (DLC) wytwarzano techniką zmodyfikowanego katodowego odparowania łukowego MCVA (Modified Cathodic Vacuum Arc) w urządzeniu C55CT. Technika ta polegała na nałożeniu na podkład stałoprądowy o wartości prądu 50 A wyładowania impulsowego o kształcie sinusoidy i maksymalnej wartości natężenia prądu 1400÷1600 A. Częstotliwość powtarzania impulsów wynosiła 100 Hz, czas ich trwania około 0, więcej »

Mikrostruktura i właściwości a dyfuzyjnych warstw na bazie chromu na stopie magnezu AZ91D

IRENA POKORSKA MICHAŁ TACIKOWSKI MACIEJ MOSKALOW TADEUSZ WIERZCHOŃ

Stopy magnezu ze względu na najmniejszą spośród metalicznych tworzyw konstrukcyjnych gęstość i inne w skojarzeniu z nią unikatowe właściwości cieszą się obecnie szczególnym zainteresowaniem w różnych obszarach współczesnej techniki, stając się coraz poważniejszym konkurentem dla stopów aluminium i tworzyw sztucznych. Ich bardzo dobre właściwości odlewnicze predestynują je w szczególności do odlewania ciśnieniowego, co umożliwia ich wykorzystanie w produkcji masowej i znaczne obniżenie kosztów wytwarzania. Szerokiemu wykorzystaniu stopów magnezu stają jednak na przeszkodzie słabe właściwości powierzchniowe, w tym mała twardość, odporność na zużycie przez tarcie, a zwłaszcza odporność na korozję, które sprawiają, że pewne obszary zastosowań pozostają dla stopów magnezu niedostępne. Stosowane w praktyce przemysłowej obróbki powierzchniowe, z dominującym utlenianiem anodowym, nie są w stanie sprostać wymaganiom, jakie narzucają zastosowania w trudnych warunkach eksploatacji związane z występowaniem dużych narażeń korozyjnych i tribologicznych, zwłaszcza, gdy występują one jednocześnie. Stąd potrzeba poszukiwania nowych rozwiązań inżynierii powierzchni. Jednym z takich perspektywicznych rozwiązań wydaje się wytwarzanie na stopach magnezu powierzchniowych warstw azotków, zwłaszcza warstw o charakterze dyfuzyjnym [1]. Warstwy takie można wytworzyć metodą hybrydową polegającą na pokryciu podłoża powłoką metalu azotkotwórczego, a następnie jej azotowaniu [2]. Otrzymane tą metodą warstwy mają budowę strefową, której cienka, zewnętrzna strefa wyjściowej powłoki ulega naazotowaniu, a warstwa jest połączona z podłożem za pośrednictwem strefy dyfuzyjnej, co nadaje im charakter gradientowy. W efekcie warstwy takie zwiększają skutecznie właściwości powierzchniowe stopów magnezu, zwłaszcza odporność na zużycie przez tarcie [1, 2]. Kwestią otwartą pozostaje mechanizm poprawy właściwości powierzchniowych, w szczególności rola stref dyfuzyjnych więcej »

Zastosowanie laserowo indukowanych fal uderzeniowych do badania dynamicznych właściwości materiałów

JOANNA RADZIEJEWSKA JAN MARCZAK JACEK HOFFMAN ANTONI SARZYŃSKI MAREK STRZELEC

Badania nad nowymi materiałami i warstwami oraz metodami ich wytwarzania wymagają stosowania nowych, szybkich i precyzyjnych metod diagnostycznych. Znajomość właściwości mechanicznych materiałów i warstw wierzchnich w warunkach statycznych, a przede wszystkim dynamicznych jest niezbędna do właściwego projektowania maszyn i urządzeń. Bardzo duże prędkości odkształceń występują w trakcie tarcia, obróbki mechanicznej materiałów oraz eksploatacji podzespołów wykorzystywanych w wielu dziedzinach techniki. Właściwości materiałów przy dużych prędkościach odkształceń w znaczący sposób różnią się od właściwości w warunkach statycznych. W szczególności dotyczy to twardości dynamicznej, naprężeń własnych i adhezji warstw do podłoża, dynamicznej granicy plastyczności i wytrzymałości. Zastosowanie krótkich impulsów laserowych do badania właściwości materiałów i warstw pozwala na poznanie procesów zachodzących w materiałach przy prędkościach odkształceń powyżej 106 s-1, które nie są możliwe do osiągnięcia innymi dotychczas stosowanymi metodami. Wykorzystywana jest w tym celu fala uderzeniowa wytwarzana w wyniku oddziaływania impulsu laserowego o dużej energii z badanym materiałem. Laser zastępuje dotychczas stosowane urządzenia mechaniczne, takie jak dzielony pręt Hopkinsona lub instalacje do zderzania płyt [1]. Proces ten jest również powszechnie wykorzystywany do powierzchniowej obróbki umacniającej metali i stopów (tzw. Laser Shot Peening - LSP). Badania optymalizacyjne związane z tą obróbką są prowadzone w wielu ośrodkach krajowych [2÷4] i zagranicznych [5÷7]. W roku 2014 w Instytucie Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk i Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej zostały rozpoczęte prace nad laserową metodą diagnostyki właściwości mechanicznych materiałów. Celem tych prac jest nie tylko analiza materiałów jednorodnych, lecz również badanie cienkich, nanometrycznych warstw i małych objętości materiał więcej »

Wpływ typu przekładki na transmisję złożenia dwóch struktur binarnych

MICHAŁ SZOTA

W optyce, optoelektronice, fotonice oraz fizyce ciała stałego są wykorzystywane układy wielowarstwowe zbudowane z materiałów dielektrycznych [1÷5]. Do najciekawszych badanych struktur należą fotoniczne kryształy [6÷12], światłowody [13], kwazikryształy [14÷21] oraz wielowarstwy [2, 22÷27]. W 1968 roku Veselago przewidział, jako szczególny przypadek wynikający z równań Maxwella, istnienie materiałów o ujemnym współczynniku załamania światła [28], nazywanych inaczej metamateriałami. Pierwsze takie struktury dla mikrofal udało się uzyskać dopiero w 2000 roku [29], co spowodowało duże zainteresowanie innych ośrodków naukowych wytwarzaniem i badaniem właściwości tych materiałów [30÷39]. Nie otrzymano jeszcze metamateriałów dla zakresu długości fal światła widzialnego, ale są już prowadzone symulacje właściwości transmisyjnych układów wielowarstwowych zbudowanych z metamateriałów. Numeryczna analiza właściwości filtracyjnych układów wielowarstwowych pozwala zaprojektować strukturę o zadanych parametrach aplikacyjnych, a technologia produkcji supersieci złożonych z materiałów dielektrycznych jest już w dobrym stopniu opanowana [40÷44]. Zasadne jest zbadanie złożeń dwóch układów wielowarstwowych rozdzielonych pojedynczą warstwą oraz zbadanie wpływu typu materiału warstwy i jej grubości na transmisję finalnej struktury. NUMERYCZNE METODY ANALIZY WŁAŚCIWOŚCI TRANSMISYJNYCH UKŁADÓW WIELOWARSTWOWYCH Do analizy propagacji fali elektromagnetycznej najczęściej są wykorzystywane dwie metody. W pierwszej jest badane zachowanie się tej fali za pomocą metody przyrostów skończonych w domenie czasu (FDTD - Finie-Difference Time Domain) wynikające bezpośrednio z analizy przybliżeń wartości natężeń pól elektrycznego i magnetycznego fali elektromagnetycznej związanych ze sobą przez różniczkowe równania Maxwella. Druga natomiast, wykorzystana do przeprowadzenia symulacji w tym artykule, wykorzystuje macierze charakterystyczne danego układu wyznac więcej »

Utwardzanie wydzieleniowe za pomocą obróbki cieplnej azotowanej stali węglowej

JAN TACIKOWSKI PIOTR WACH JERZY MICHALSKI KRYSPIN BURDYŃSKI

W poszukiwaniu rozwiązań zmierzających do rozszerzenia zakresu stosowania azotowania do wysokoobciążonych części maszyn zwrócono uwagę na możliwość utwardzania warstwy azotowanej, jej podłoża i rdzenia azotowanej części przez dalsze wygrzewanie w temperaturze zbliżonej do austenityzacji połączone z szybkim chłodzeniem, powodujące tworzenie się mikrostruktury martenzytycznej w obszarze pierwotnej warstwy azotowanej i jej dodatkowe utwardzanie wydzieleniowe przez starzenie. Taki proces prowadzi, w wyniku zachodzących podczas austenityzowania migracji azotu, do utworzenia się w strefie przypowierzchniowej azotowanych części stopu (Fe,M)-C-N o innych cechach strukturalnych (składzie fazowym i chemicznym) w porównaniu z pierwotną warstwą azotowaną. Z kolei przez dobór odpowiedniej temperatury austenityzowania i warunków chłodzenia można osiągnąć utwardzenie niezawierającego azotu rdzenia. Znane dotychczas rozwiązania mające na celu utwardzenie podłoża warstwy azotowanej, a ściśle biorąc podłoża warstwy azotków, sprowadzają się do utwardzenia strefy roztworowej warstwy azotowanej. Osiąga się to przez szybkie chłodzenie po azotowaniu ferrytycznym, przeprowadzone możliwie blisko temperatury eutoktoidalnej układu Fe-N (590°C), w celu osiągniecia maksymalnego przesycenia roztworu Fe(N) i następnie starzenia w temperaturze 80÷120°C prowadzącego do umocnienia roztworu Fe(N) w wyniku wydzielenia się fazy α" [1, 2]. Proces ten daje wyraźne efekty umocnienia w przypadku stali węglowych. W przypadku stali stopowych nie jest skuteczny, ponieważ zasadniczy wpływ na utwardzenie strefy roztworu warstwy azotowanej mają głównie azotki chromu tworzące się podczas procesu azotowania [3, 4]. Drugim możliwym rozwiązaniem jest utwardzanie warstwy azotowanej przez azotowanie austenityczne, połączone z szybkim chłodzeniem [5÷7]. Efektem szybkiego chłodzenia jest utwardzenie głównie obszaru braunitu bądź braunitu z ferrytem w wyniku tworzenia się więcej »

Wytwarzanie i badanie anodowych warstw tlenkowych na aluminium do zastosowań w nanotechnologii

PIOTR TOMASSI ZOFIA BUCZKO TADEUSZ ŻÓŁCIAK

Nanomateriały i nanotechnologie wyznaczają obecnie niezwykle dynamicznie rozwijający się kierunek badań, którego celem jest uzyskiwanie różnych struktur i obiektów o rozmiarach nanometrycznych. Zwykle podaje się przedział 1,5÷100 nm, poczynając od rozmiarów pojedynczych atomów i cząsteczek. Jednakże przedział ten nie wyznacza jednoznacznie wymiarów materiałów "nano". Zalicza się do nich również materiały makroskopowe, ale o rozdrobnionej strukturze ziaren. Z jednej strony wytwarza się nanorurki, nanokropki kwantowe, nanodruty, a z drugiej metale drobnokrystaliczne o wielkości ziaren poniżej 100 nm, Nanomateriałami są również objętościowe materiały nanoporowate. Kryterium podziału to nie tylko wymiary, ale właściwości i zjawiska, które są inne niż w materiałach dających się opisywać w typowych układach [1]. Materiały nanometryczne wytwarza się różnymi technikami. Zwykle są to techniki, za pomocą których na podłożu odpowiednio przygotowanym, często z zastosowaniem katalizatorów, powoduje się wzrost struktur nanowymiarowych. Są to techniki wyrafinowane, wymagające precyzyjnej zaawansowanej technicznie aparatury. Innym podejściem jest wykorzystywanie w tym celu materiałów - matryc z nanostrukturą, do wnętrza której można wprowadzać inne substancje i syntetyzować w ten sposób nanomateriały [1÷2]. Istotną cechą materiału - szablonu jest jego uporządkowana struktura, tak by otrzymywany materiał docelowy miał określone powtarzalne parametry. Jednym z tego typu materiałów jest tlenek glinu otrzymywany w procesie anodowego utleniania aluminium (AAO - Anodic Aluminium Oxide). Charakteryzuje się uporządkowaną strukturą cylindrycznych prostopadłych do podłoża porów, które tworzą heksagonalną siatkę gęsto upakowaną. Struktura ta jest zależna od parametrów prowadzenia procesu, rodzaju stopu, przygotowania podłoża, składu roztworów i parametrów prądowych procesu. Można zatem wytwarzać różnego rodzaju szablony o określonych kontrolowanych więcej »

Biomedical inspired surface modification

KLAUDIA TREMBECKA-WÓJCIGA ROMAN MAJOR JUERGEN M. LACKNER BOGUSLAW MAJOR

Progress in the field of biomedical engineering solutions can effectively combine materials science with alive cells. Surface treatments are effectively done by plasma PVD and CVD techniques to shape the surface and the research activity which is targeted to form a biomimetic nanotopography and surface chemistry. There are still numerous barriers limiting the use of some solutions thus recently popular are materials mimicking the target tissue [1÷3]. Controlling the biological environment through suitable scaffold properties is an essential task for the tissue engineering. Stem cells are the subject of great interest due to their biological properties and clinical application and they are defined to self-renew and produce specialized progeny [4÷6]. The challenge is to develop novel biomaterials which will enhance the new culture-based approaches. Each cell, which grows and matures, has its own niche which has a spatial structure of cells and an extracellular matrix. It forms a microenvironment that keeps the cells alive and gives signals to the main cell proliferation, maturation, or to self-renewal. The stem cell niche refers to an anatomical and functional structure, including cellular and extracellular components, local and systemic factors that are integrated to regulate the stem cell proliferation, differentiation, survival and localization [7÷9]. In 1978, Schofield proposed the concept of "stem cell niche" in studies of the haematopoietic stem cells (HSCs) [10]. Since then, this hypothesis has been validated by a number of studies and the in vivo evidence of the existence of stem cell niche was first provided in studies using invertebrate models [11] and in the Drosophila germline stem cells [12]. The main focus was to reconstruct the microenvironment on the surface with the shape of niches. Nevertheless, the modified materials are still elastically deformable. Optical transparency, electrical insulation, semi-perm więcej »

Wytwarzanie materiałów gradientowych za pomocą technologii tarciowej modyfikacji powierzchni

MAREK STANISŁAW WĘGLOWSKI

Stopy aluminium-krzem gatunku Al9Si zawierają około 0,17÷0,4% magnezu, 0,2÷0,5 manganu oraz 8,5% do 11% krzemu. Mikrostrukturę w stanie po odlewaniu stanowią dendryty (Al) i eutektyka (Al + Si). Stop AlSi9Mg wytwarza się zazwyczaj ze złomu stopu aluminiowego [1]. Z praktycznego punktu widzenia stopy Al-Si są jednym z najbardziej popularnych materiałów używanych w różnych zastosowaniach przemysłowych. Są stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, maszynowym, stoczniowym i elektronicznm [2]. Stopy Al-Si charakteryzują się dobrą lejnością oraz spawalnością, dobrym przewodnictwem cieplnym, dużą wytrzymałością w podwyższonej temperaturze oraz odpornością na korozję [3]. Z drugiej strony w odlewach można zaobserwować liczne wady, takie jak pory oraz segregację kruchych cząstek Si. Wady odlewnicze i gruboziarnista mikrostruktura zmniejsza odporność na kruche pękanie i odporność na zmęczenie. Jest to szczególnie ważne, gdy odlewy są przeznaczone na konstrukcje lotnicze, które są poddane obciążeniom zmiennym. Zmniejszenie wytrzymałości na zmęczenie i udarności wymaga stosowania elementów o większej grubości. Z tego punktu widzenia, zmniejszenie masy, np. pojazdu (zmniejszenie zużycie paliwa), przez stosowanie stopów lekkich jest trudniejsze do uzyskania [4]. Rozdrobnienie mikrostruktury oraz wprowadzenie cząstek umacniających jest metodą, która może polepszyć własności mechaniczne odlewniczego stopu aluminium [5]. Proces modyfikacji FSP (Friction Stir Processing) jest prowadzony narzędziem składającym się z części roboczej (wieniec opory i trzpień) oraz części chwytowej. Narzędzie wprawione w ruch obrotowy jest przemieszczane wzdłuż zadanej trajektorii powodując nagrzewanie i mieszanie modyfikowanego materiału. W wyniku mieszania materiału i jego przemieszczania wokół narzędzia następuje silne uplastycznienie materiału [6]. Szczegółowy opis procesu FSP zmieszczono w poprzednich publikacjach [7÷10]. Fizyczny mechanizm formowania warstw w p więcej »

ALFABETYCZNY SPIS RECENZENTÓW 2014

REFEREE'S INDEX 2014 Janusz Adamiec Anna Boczkowska Dariusz Boroński Marek Cieśla Jan Cwajna Anna Dobrzańska-Danikiewicz Kazimierz Ducki Agata Dudek Ryszard Filip Tadeusz Frączek Zbigniew Gawroński Grzegorz Golański Adam Hernas Marek Hetmańczyk Józef Iwaszko Józef Jasiński Lucyna Jaworska Jerzy Jedliński Leopold Jeziorski Ewa Kasprzycka Waldemar Kaszuwara Katarzyna Konopka Krzysztof Kubiak Barbara Kucharska Michał Kulka Jan Kusiński Piotr Lacki Andrzej Lis Jerzy Lis Bogusław Major Jan Marczak Jerzy Michalski Jerzy Myalski Marcin Nabiałek Grzegorz Niewielski Zygmunt Nitkiewicz Anita Olszówka-Myalska Andrzej Olszyna Katarzyna Oźga Andrzej Posmyk Jerzy Ratajski Krzysztof Rożniatowski Stanislav Rusz Jacek Sawicki Stanisław Serkowski Jerzy Smolik Mikołaj Szafran Janusz Szala Michał Szota Romana Śliwa Tadeusz Wierzchoń Paweł Zięba 570 I N Ż Y N I E R I A M A T E R I A Ł O W A ROK XXXV A AÏDROUS HAKIMA............................................................................ nr 2, s. 67 ANIOŁEK KRZYSZTOF..................................................................... nr 2, s. 72 ATRASZKIEWICZ RADOMIR......................................................... nr 5, s. 367 B BAJOR TERESA................................................................................... nr 2, s. 75 BAK MICHAŁ.................................................................................... nr 5, s. 382 BAŁA PIOTR........................................................................................ nr 2, s. 78 BAŁAGA ZBIGNIEW........................................................................ nr 2, s. 139 BARANOWSKA JOLANTA.................................. nr 5, s. 386, nr 6, s. 496, 508 BARTKOWSKA ANETA.................................................................... nr 5, s. 401 BARTKOWSKI DARIUSZ............................. nr 2, s. 179, nr 5, s. 350, 382, 397 BASIAGA MARCIN................... więcej »