Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Możliwości wykorzystania plazmowych technik inżynierii powierzchni do modyfikacji membran polimerowych

Kacprzyńska-Gołacka J., Kowalik-Klimczak A., Skowroński J., Rajewska P., Wieciński P., Smolik J.

Polimery

|

2018

|

T. 63, nr 5

353--361

PL

Oceniano możliwości wykorzystania plazmy niskotemperaturowej do aktywowania warstwy wierzchniej membran polimerowych oraz deponowania na nich ultracienkich warstw metalicznych. Stwierdzono, że za pomocą takich technik inżynierii powierzchni możliwa jest skuteczna modyfikacja właściwości funkcjonalnych membran polimerowych, istotnych w zastosowaniach do wysokoefektywnego oczyszczania wód i ścieków.

EN

The paper discusses the possibilities of using low temperature plasma in activating the surface layer of polymer membranes and depositing ultra-thin metallic layers on their surface. It has been found that the above surface engineering techniques enable effective modification of functional properties of polymer membranes, which are important in high-efficiency water and wastewater treatment.

2

Studies on magnetron-sputtered zirconium-silicide coatings deposited on zirconium alloy for the enhancement of their high-temperature oxidation resistance

Starosta W., Semina V. K., Smolik J., Waliś L., Rydzewski M., Sartowska B.

Nukleonika

|

2018

|

Vol. 63, No. 3

73--79

EN

Zirconium alloys used widely in nuclear industry as fuel claddings are prone to violent oxidation in water steam atmosphere in the case of loss of coolant accident (LOCA). Accompanying generation of large quantities of heat and explosive gaseous hydrogen may lead to destruction of nuclear core. As the safety of nuclear installations is of primary importance, intensive research works are conducted on the development of so-called accident tolerant fuels much less prone to oxidation. In this paper, the application of external zirconium-silicide coatings deposited by magnetron sputtering is proposed. The preliminary results of their synthesis and studies of air oxidation properties at elevated temperatures are presented.

3

Tungsten doped TiB2 coatings obtained by magnetron sputtering

Smolik J., Mazurkiewicz A., Garbacz H., Kopia A.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2018

|

no. 4

27--32

EN

The aim of the work was to investigate the possibilities of shaping the properties of TiB2 coatings by doping with tungsten, which create hard boron phases (e.g., WB2 , WB4 , and W2 B5). The coatings were produced by a DC magnetron sputtering processes using two circular magnetrons (M1, M2) equipped respectively with M1 - target TiB2 , and M2 - target W. Ti-W-B coatings with different tungsten contents (3%, 6%, 10%) were prepared for which the reference coating was the TiB2 coating. The work studied chemical composition (WDS), mechanical properties (Nano Hardness Tester), and the microstructure of coatings (SEM). It has been shown that doping TiB2 coating with tungsten significantly changes their microstructure and brittle fracture mechanism. According to the authors, the Ti-W-B coatings which were obtained show promising results regarding the prognosis of increasing their resistance to abrasion, erosion, and brittle cracking, if they are paired with the appropriate substrate material.

PL

Celem pracy było zbadanie możliwości kształtowania właściwości powłok TiB2 poprzez domieszkowanie wolframem, który tworzy twarde fazy z borem (np. WB2 , WB4, W2 B5). Powłoki wytwarzano w procesie stałoprądowego rozpylania magnetronowego z wykorzystaniem dwóch magnetronów kołowych wyposażonych odpowiednio: M1 - target TiB, M2 - target W. Wytworzono powłoki Ti-W-B o różnej zawartości wolframu (3%, 6%, 10%), dla których powłoką referencyjną była powłoka TiB2 . W pracy badano skład chemiczny (WDS), właściwości mechaniczne (Nano Hardness Tester) oraz budowę wewnętrzną powłok (SEM). Wykazano, że domieszkowanie powłok TiB2 wolframem istotnie zmienia ich mikrostrukturę oraz mechanizm kruchego pękania. W ocenie autorów wytworzone powłoki Ti-W-B wykazują obiecujące wyniki dotyczące prognozowania wzrostu ich odporności na zużycie ścierne, erozyjne oraz kruche pękanie, jeśli będą sparowane z odpowiednim materiałem podłoża.

4

Complex coatings obtained by a two source beam evaporation system

Smolik J., Mazurkiewicz A., Brudnias R., Piasek A.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2018

|

no. 2

61--72

EN

The article presents the results of work on the verification of the technological capabilities of the EB-Dual BEAM device in the field of complex coatings, including gradient coating Ti↑-Zr↓, multi-pattern coating Ti-Zr, and multi-layer coating Ti/Ti-Zr/Zr. The obtained coatings were subjected to an analysis of changes in the chemical composition by the EDS method as a function of distance from the surface and observations of brittle fracture using scanning microscopy in order to analysis their internal structure. It has been shown that the use of two independent electron guns provides the ability to differentiate the chemical composition of two-component coatings independently from the character of these changes, i.e. linear changes, and step changes.

PL

W artykule przedstawiono wyniki prac dotyczące weryfikacji możliwości technologicznych urządzenia EB-Dual BEAM w zakresie wytwarzania powłok złożonych, w tym: gradientowych Ti↑-Zr↓, wieloskładnikowych Ti-Zr oraz wielowarstwowych Ti/Ti-Zr/Zr. Wytworzone powłoki poddano analizie zmian składu chemicznego metodą EDS w funkcji odległości od powierzchni oraz obserwacjom przełomów z wykorzystaniem mikroskopii skaningowej, w celu oceny ich budowy wewnętrznej. Wykazano, że wykorzystanie dwóch niezależnych dział elektronowych zapewnia możliwość różnicowania składu chemicznego powłok dwuskładnikowych niezależnie od charakteru tych zmian, tj. zmiany liniowe, zmiany skokowe.

5

The dependence of the chemical composition of Al-Ti-Cr multi-component coatings on parameters of the arc-evaporation process

Kacprzyńska-Gołacka J., Słomka Z., Osuch-Słomka E., Rydzewski M., Mazurkiewicz A., Smolik J.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2017

|

no. 3

53--57

EN

One of the most perspective directions of the development of surface engineering concerns hard multicomponent coatings prepared using PVD technologies. Reactive arc vacuum sputtering is the best known and most widely used technology for manufacturing multicomponent antiwear coatings. Using this method requires the application of suitably composed targets to obtain coatings with suitable compositions. One of the problems that occur during the design of multicomponent coatings is the selection of the chemical composition of the cathode of the arc source. In the case of the arc vacuum method, the chemical composition of the cathode does not coincide with the chemical composition of the obtained coating. It is connected with the „transfer coefficient.” It depends mainly on the intensity of the evaporation of the material from multicomponent targets, and it changes depending on the melting temperature of the element. The authors present the results of the analysis of the transmission rate of the chemical composition of cathodes composed based on elements with different melting points (Al, Ti, Cr). The article presents the influence of chemical composition of twoand three-component cathodes on the chemical composition of the obtained coating. The study was carried out with the EDS method using a scanning electron microscope with a chemical composition analyser.

PL

Jednym z najbardziej perspektywicznych kierunków rozwoju inżynierii powierzchni są powłoki wieloskładnikowe wytwarzane przy wykorzystaniu technologii plazmowych. Jedną z powszechnie stosowanych technik wytwarzania przeciwzużyciowych powłok wieloskładnikowych jest reaktywne odparowanie łukiem elektrycznym. Technika ta umożliwia wykorzystywanie targetów wieloskładnikowych, które pozwalają na otrzymywanie powłok o zróżnicowanym składzie chemicznym. Jednym z problemów występujących na etapie projektowania powłok wieloskładnikowych jest dobór składu chemicznego katody źródła łukowego. W przypadku metody łukowo-próżniowej skład chemiczny katod nie pokrywa się ze składem chemicznym otrzymanej powłoki. Związane jest to z intensywnością przenoszenia składu chemicznego katody. Zależy on głównie od intensywności parowania danego materiału z targetów wieloskładnikowych i zmienia się w zależności od wielu różnych czynników związanych zarówno z procesem technologicznym, konfiguracją technologiczną, jak również z parametrami katody oraz procesem jej wytwarzania. W pracy autorzy przedstawili wyniki analizy głównych czynników mających istotny wpływ na intensywność przenoszenia składu chemicznego z katody na skład chemiczny powłoki. Autorzy skupili się w pracy głównie na analizie czynników związanych z parametrami katody źródła łukowego. Zbadano intensywność przenoszenia się składu chemicznego katod dwu- oraz trzyskładnikowych na bazie aluminium tytanu oraz chromu na skład chemiczny otrzymanej powłoki wieloskładnikowej. Badanie zrealizowano metodą EDS przy wykorzystaniu mikroskopu elektronowego wyposażonego w analizator składu chemicznego.

6

Wpływ kompozytowych dyfuzyjnych warstw azotku tytanu na właściwości użytkowe stopu magnezu AZ91D

Tacikowski M., Wątła A., Betiuk M., Smolik J., Senatorski J., Wierzchoń T.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 2

48--55

PL

Przedmiotem pracy były badania weryfikujące nowe koncepcje w obszarze projektowania kompozytowych dyfuzyjnych warstw azotku tytanu wytwarzanych na stopie magnezu AZ91D celem poprawy jego właściwości użytkowych w zakresie odporności korozyjnej i tribologicznej. W pracy przedstawiono porównanie wyników badań struktury i właściwości użytkowych trzech wariantów kompozytowych dyfuzyjnych warstw azotku tytanu wytwarzanych na stopie AZ91D w oparciu o opracowane innowacyjne hybrydowe rozwiązania inżynierii powierzchni łączące metody PVD z uszczelniającą obróbką hydrotermiczną. Badaniom poddano warstwy powierzchniowe w wariantach: a) wielowarstwy typu (TiN/Ti)x8 składającej się z naprzemiennie ułożonych cienkich podwarstw azotku tytanu i tytanu; b) warstwy typu TiN-Ti-Al złożonej z zewnętrznej warstwy azotku i uprzednio wytworzonych podwarstw tytanu i aluminium; c) warstwy nowego rodzaju typu (TiN/Ti)x8-Ti-Al łączącej oba warianty, zbudowanej z zewnętrznej wielowarstwy (TiN/Ti)x8 i podwarstw tytanu i aluminium. W efekcie przeprowadzonych badań wykazano optymalny wpływ warstw typu (TiN/Ti)x8-Ti-Al na stopie AZ91D na właściwości użytkowe stopu, który przejawia się skutecznym zwiększeniem odporności korozyjnej i tribologicznej, a w szczególności uzyskaniem szerokiego zakresu pasywnego z dodatnim potencjałem przebicia na poziomie przewyższającym +2000 mV i odpornością na zużycie przez tarcie porównywalną z odpornością stali łożyskowej typu 100Cr6.

EN

The aim of the present study was to verify new concepts in development of titanium nitride composite diffusive layers produced on AZ91D magnesium alloy in order to improve performance properties, in particular corrosion and wear resistance. The composite layers were produced by a hybrid method, which combine the layers deposition using PVD processes and hydrothermal tightening. The microstructure and the effect of three variants of the composite layers on the corrosion and wear resistance of AZ91D alloy were examined. These variants were: a) (TiN/Ti)x8 type multilayer layer composed of titanium nitride/titanium sub-layers system; b) TiN-Ti-Al type layer of titanium nitride outside layers with titanium and aluminum sub-layers: c) (TiN/Ti)x8-Ti-Al new type of the composite layer that combine both other type of the composite layers built of (TiN/Ti)x8 outside titanium nitride multilayer with titanium and aluminum sub-layers. The result of the investigation indicate that the optimum effect on the increase of the performance properties of AZ91D alloy exhibits the (TiN/Ti)x8-Ti-Al type layer. This is manifested by the appearance of a large passive range with a positive break down potential, higher than +2000 mV and wear resistance comparable to the resistance of the 100Cr6 bearing steel.

7

The Use of 3D Scanning Methods to Evaluate the Hybrid Layer Used in Forging Tools in Order to Improve their Durability

Gronostajski Z., Hawryluk M., Kaszuba M., Widomski P., Ziemba J., Smolik J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 3

1549--1558

EN

This study is focused on tools used in the industrial process of hot forging of a front wheel forging (gear wheel) manufactured for the automotive industry. Five different variants were applied for the tools: 3 die inserts were coated with three different hybrid layers (PN + PVD type), i.e. AlCrTiN, AlCrTiSiN and CrN, one insert was only nitrided, and one was pad welded, to improve tool durability. The tool wear was analysed and represented by the material degradation on the working surface, based on the 3D scanning and the material growth of the periodically collected forgings. Additionally, the scanned tools were divided into two areas, in which it was found, based on the analysis, that various degradation mechanisms are predominant. Microstructural tests and hardness measurements of the analyzed tools were also performed. Based on the results, it was found that, in the central part of the die insert, thermo-mechanical fatigue, abrasive wear and plastic deformation occurred, while in the area of the bridge insert, only abrasive wear could be observed. For these areas, the loss of material was determined separately. It was established that the use of the GN+CrN and GN+AlCrTiN hybrid layers on forging tools improves their durability, while the best results in the central area were observed on the tool with the GN+CrN layer, which is the most resistant to thermo-mechanical fatigue. In the second analyzed area, good wear resistance occurred on GN+CrN, GN+AlCrTiN and pad welded inserts, for which, together with the increase of the forging number, a proportional, slight growth of the loss of material occurred.

8

The impact of magnetron source power on mechanical properties and phase composition of TiB2 coatings

Rydzewski M., Kacprzyńska-Gołacka J., Słomka Z., Mazurkiewicz A., Smolik J.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 4

53--61

EN

PVD coatings are widely used in the tool industry. They use hard materials, such as carbides, borides, and nitrides of metallic elements, because these materials have good wear resistance and stability at elevated temperatures. Titanium diboride-TiB2 is a very interesting compound used for coatings in the tool industry. The results of the analysis of research directions in the field of coatings and layers with special operating properties (high hardness, good thermal and electrical conductivity, and good corrosion resistance) indicate that coatings and layers based on TiB2 are one of the most effective materials that improve tool durability. The paper presents the mechanical properties of TiB2 coatings obtained using the magnetron sputtering method in the function of sputtering process power of TiB2 target. The paper includes hardness and Young' s modulus measurements performed with nanoindentation method, and phase composition analysis, and the evaluation of the microstructure and topography using a Hitachi TM3000 scanning electron microscope.

PL

Powłoki PVD znajdują powszechne zastosowanie w przemyśle narzędziowym. Do ich wytwarzania stosuje się twarde związki takie jak: węgliki, borki, azotki metali, które charakteryzują się dobrą odpornością tribologiczną oraz stabilnością w podwyższonej temperaturze. Dwuborek tytanu - TiB2 jest bardzo interesującym materiałem powłokowym, cieszącym się dużym zainteresowaniem w przemyśle narzędziowym. Analiza literatury w zakresie powłok funkcjonalnych (powłok o dużej twardości, dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym, dobrej odporności korozyjnej) wskazuje TiB2 jako jeden z najbardziej efektywnych materiałów zwiększających trwałość narzędzi przeznaczonych do obróbki powierzchniowej stopów metali nieżelaznych. W artykule przedstawiono właściwości mechaniczne powłok TiB2 otrzymanych z wykorzystaniem metody rozpylania magnetronowego w funkcji mocy rozpylania targetu TiB2. Artykuł zawiera pomiary twardości oraz modułu Younga, analizę struktury fazowej, badania mikrostruktury oraz badania odporności na pękanie cienkich powłok.

9

Analysis of the tribological resistance of coatings dedicated to improving the durability of tools used in the glass forming process

Kacprzyńska-Gołacka J., Słomka Z., Czajka P., Czarnecki K., Bogdański B., Rydzewski M., Mazurkiewicz A., Smolik J.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 4

43--52

EN

The article presents an analysis of the possibilities of using modem surface engineering solutions to improve the durability of the tools used in the glass forming process. These tools are exposed to the simultaneous effects of several destructive factors in the operating process, i.e. cyclic thermal shocks, the corrosive effects of molten glass, and the friction caused by the presence of intensive sludge from molten glass remaining on the tool between the forming processes. The article presents the results of the materiał and tribological properties of selected multilayer coatings. The research methods presented in the article focused on the analysis of mechanical properties, surface topography, as well as the wear properties of selected coatings. The studies on mechanical properties included tests on hardness and Young modulus using the nanoindentation method, and tests on adhesion were conducted using the scratch-test method.

PL

W artykule przedstawiono analizę możliwości wykorzystania nowoczesnych rozwiązań inżynierii powierzchni w celu poprawy trwałości eksploatacyjnej narzędzi wykorzystywanych w procesie formowania elementów szklanych, narażonych na jednoczesne działanie kilku czynników niszczących w procesie eksploatacyjnym, tj. cyklicznych szoków cieplnych, korozyjnego działania masy szklanej oraz intesywnego tarcia spowodowanego obecnością osadów z masy szklanej pozostających na narzędziu pomiędzy procesami formowania. W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości materiałowych oraz właściwości tribologicznych wybranych powłok wielowarstwowych. Metody badawcze zaprezentowane w artykule koncentrowały się na analizie właściwości mechanicznych, topografii powierzchni, jak również właściwości tribologicznych wybranych warstw hybrydowych. Analiza właściwości mechanicznych obejmowała badania twardości modułu Younga oraz badania adhezji metodą zarysowania.

10

An analysis of the wetting angle of liquid glass on multicomponent coatings obtained by means PVD methods

Kacprzyńska-Gołacka J., Słomka Z., Czajka P., Czarnecki K., Bogdański B., Rydzewski M., Mazurkiewicz A., Smolik J.

Problemy Eksploatacji

|

2016

|

no. 4

31--41

EN

The article presents an analysis of the possibilities of using modem surface engineering solutions to improve the durability of the tools used in the glass forming process. The process of forming glass is carried out at an elevated temperature above 300°C, with the impact of chemically active masses of glass and periodically changing mechanical stress. These difficult process conditions significantly reduce the performance and reliability of glass-forming tools. A significant problem in maintammg the quality glass products is the phenomenon of the adhesion of the molten glass into the working surface. Due to the destruction of the forming tools, molten glass accumulates on the surface layer of materials that are increasingly used as solutions in the field of surface treatment. The article presents the research results of the properties of diff erent multilayer coatings based on Ti, Cr, Al, W, C, and Si, which are used to improve the durability of the tools used in the glass forming process. The studies presented in the article include an analysis of the surface morphology and microstructure of the produced coatings and an analysis of the contact angle of the molten glass. The analysis of the microstructure and surface morphology was carried out using scanning electron microscopy. The study on wettability was carried out using the droplet deposition technique.

PL

W artykule przedstawiono analizę właściwości powłok PVD dedykowanych do poprawy trwałości eksploatacyjnej narzędzi wykorzystywanych w procesie formowania elementów szklanych. Proces formowania wyrobów szklanych realizowany jest w podwyższonej temperaturze powyżej 300°C przy jednoczesnym oddziaływaniu chemicznie aktywnych mas szklanych, oraz cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych. Te trudne warunki procesowe znacznie zmniejszają wydajność, niezawodność narzędzi do formowania szkła. Istotny problemem w zachowaniu jakości wyrobów szklanych jest zjawisko przyczepiania się stopionego szkła do powierzchni roboczych .. Ze względu na fakt, że zniszczenia narzędzi formujących kumulują się w warstwie wierzchniej materiału coraz częściej poszukuje się rozwiązań w zakresie obróbki powierzchniowej, których zadaniem jest przeciwdziałanie tym zjawiskom. W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości różnych powłok wieloskładnikowych na bazie takich pierwiastków jak Ti, Cr, Al, W, C, Si dedykowanych do zwiększania trwałości matryc do formowania szkła. Metody badawcze zaprezentowane w artykule koncentrowały się na analizie morfologii powierzchni oraz mikrostruktury wytwarzanych powłok, jak również na analizie kąta zwilżania ciekłym szkłem. Analizę morfologii powierzchni oraz mikrostruktury przeprowadzono przy wykorzystaniu skaningowej mikroskopii elektronowej. Natomiast badania zwilżalności przeprowadzono metodą osadzania kropli.

11

Wpływ właściwości mechanicznych powłok AlCrTiN osadzanych metodą niskociśnieniowego odparowania łukowego na ich odporność na zużycie ścierne w podwyższonej temperaturze

Bujak J., Smolik J., Paćko D.

Tribologia

|

2015

|

nr 2

9--19

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań wpływu wybranych właściwości (tj. stopnia zdefektowania, twardości, modułu Younga, adhezji) wieloskładnikowych powłok AlCrTiN osadzonych metodą łukowo-próżniową na azotowanych podłożach stalowych na ich odporność na zużycie ścierne w podwyższonych temperaturach. Wyniki badań wykazały, że w celu zapewnienia wysokiej odporności na wysokotemperaturowe zużycie ścierne powłoki AlCrTiN powinny charakteryzować się nie tylko odpowiednio wysoką twardością i dobrą przyczepnością do podłoży, ale również podwyższoną odpornością na rozprzestrzenianie się pęknięć poprzez ograniczenie stopnia ich zdefektowania.

EN

The paper presents the results of research on an effect of selected properties of multicomponent coatings AlCrTiN (i.e. the defectiveness ratio, hardness, Young modulus, adhesion), deposited by cathodic arcvacuum method, on their wear resistance at an elevated temperature. Based on the results of tribological tests carried out at the temperature of 500ºC under dry friction conditions the wear mechanism of the coatings was determined. The results showed that to obtain the best hightemperature wear resistance, the coating manufactured by PVD methods must not only have a high hardness and good adhesion to the substrate but also an improved resistance to crack propagation stimulated by reducing the defectiveness ratio.

12

Charakterystyka właściwości mechanicznych powłoki azotku tytanu na stopie aluminium z wykorzystaniem próby zarysowania i zgładów sferycznych

Betiuk M., Tacikowski M., Kobus P., Kulikowski K., Smolik J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 3

148--152

PL

Ze względu na małą gęstość i inne korzystne właściwości oraz relatywnie przystępną cenę stopy aluminium są szeroko stosowane w różnorodnych obszarach w technice, umożliwiając znaczną redukcję masy wyrobów. Słabe właściwości powierzchniowe, w tym w zwłaszcza mała twardość i odporność na zużycie przez tarcie, stanowią ograniczenie dla ich jeszcze szerszego wykorzystania. W świetle wyników badań własnych i danych literaturowych wytwarzanie na stopach aluminium metodami PVD warstw powierzchniowych azotków umożliwiających ich wykorzystanie w warunkach zwiększonych narażeń mechanicznych, w tym zwłaszcza tribologicznych, wydaje się jednym z perspektywicznych rozwiązań Niewątpliwym ograniczeniem rzutującym na zachowania mechaniczne powłok azotków na stopach aluminium pod obciążeniem, zwłaszcza ich przyczepność, jest specyfika układu twarda powłoka PVD–miękkie podłoże, które cechuje duża, skokowa zmiana właściwości oraz adhezyjny charakter połączenia z podłożem. W pracy podjęto badania dwóch układów powłok azotku tytanu typu TiN na wybranych stopach aluminium do utwardzania wydzieleniowego z grupy durali. W badaniach analizowano system arologiczny stop Al–podwarstwa typu TiN-Ti (w tym w aspekcie wpływu obróbki cieplnej)–TiN oraz stop Al–podwarstwa typu TiN-Ti-Al–TiN. Przedmiotem badań była próba zaawansowanej charakterystyki metodą Recatest zachowań układu powłoka azotku tytanu–podłoże ze stopu aluminium na podstawie próby zarysowania. Istotą tej metody jest analiza precyzyjnych zgładów sferycznych wykonanych w różnych miejscach rysy. Przeprowadzone analizy badanych układów powłok na wybranych stopach aluminium wykazały przydatność metody Recatest do wizualizacji subtelnych zachowań układu twarda powłoka–plastyczne podłoże w warunkach próby zarysowania, ujawniając przy tym różnice przebiegu zarysowania poszczególnych wariantów powierzchniowych warstw azotku tytanu na stopach aluminium. Badania wykazały relatywnie dobrą plastyczność powłok azotku tytanu oraz korzystny wpływ obróbki cieplnej i pośredniej powłoki aluminium na przyczepność powłok do podłoża, a w konsekwencji spójność układu twardy azotek–plastyczne podłoże w warunkach zarysowania.

EN

Owing to low density and other advantageous properties and relatively affordable price the aluminium alloys are widely used in many sectors of science and industry, allowing for significant weight reduction of products. However, their relatively poor surface properties, including low hardness and poor resistance to friction wear significantly limit the variety of their applications. In the light of own research results and the literature data, covering of aluminium alloy surfaces with nitride coatings deposited using PVD methods seems to be one of promising solutions, as such surfaces allow using parts in the conditions of increased mechanical stresses, particularly the tribological ones. However, the unquestionable limitation which affect the mechanical behaviour of nitride coatings on aluminium alloys under load, particularly the adhesion, comes from the specific features of hard PVD coating–soft substrate system which is characterized by considerable, sudden change of properties and adhesive nature of connection with the substrate. The paper presents examinations of two systems of titanium nitride coatings on selected aluminium alloys from the duralumin group, designed for precipitation hardening. The areological system of Al alloy–TiN-Ti type sublayer (including the aspect of heat treatment)–TiN layer and the system of Al alloy–TiN-Ti-Al type sublayer–TiN layer were examined. The purpose of examinations was to obtain the advanced characteristics of the TiN coating–aluminium alloy substrate system behaviour using the Recatest method based on the scratch test. The essence of this method is the analysis of precise spherical microsections made in different points within the scratch area. The examinations of coating systems on selected aluminium alloys proved that the Recatest method is usable for visualisation of subtle behaviour of hard coating–plastic substrate systems during scratch test and for simultaneous revealing of differences in scratching of various versions of titanium nitride layers deposited on aluminium alloys. Among other things, the examinations demonstrated the relatively good plasticity of titanium nitride coatings and favourable influence of heat treatment and aluminium midlayer on the adhesion of coatings to the substrate and, in consequence, cohesion of the hard nitride–plastic substrate system in scratching conditions.

13

The Innovative Directions In Development And Implementations Of Hybrid Technologies In Surface Engineering

Mazurkiewicz A., Smolik J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2161--2172

EN

The dynamics of the development of modern technology depends, to a great extent, on the possibilities of producing the innovative materials with high functionality parameters, which could be used in modern, highly advanced technological processes. Surface engineering plays a very important role in this area. This is mainly due to the fact that, for many structural materials, the possibilities of classical formation of their properties (e.g., by heat treatment or the selection of the microstructure, chemical and phase composition) have been practically used up. The material and technological achievements in the surface engineering area allow the modification of the properties of the surface layer of tool and machine components. As a result, they may be better suited to work in increasingly difficult and more demanding conditions. The hybrid technologies, combining several different methods of surface treatment in one complex technological process, are the most advanced solutions compared to already known surface engineering methods. In the article, the authors present the possibilities of shaping the functional properties of the surface layer. The authors describe problems associated with the development of the hybrid technology and provide the examples of physical modelling, design, technological development, and the practical application of a hybrid technology. In this work, the authors also identify the areas whose development is needed for more effective transfer of surface engineering innovations to business applications.

PL

Dynamika rozwoju nowoczesnych technologii, zależy w dużej mierze od możliwości produkcji innowacyjnych materiałów o wysokich parametrach funkcjonalnych, które mogą być stosowane w nowoczesnych, zaawansowanych procesach technologicznych. Inżynieria powierzchni odgrywa bardzo ważną rolę w tej dziedzinie. Wynika to głównie z faktu, że dla wielu materiałów strukturalnych, konwencjonalne możliwości formowania właściwości, na przykład poprzez obróbkę cieplną lub dobór mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego, są praktycznie całkowicie wykorzystane. Materiałowe i technologiczne osiągnięcia w dziedzinie inżynierii powierzchni pozwalają na modyfikacja właściwości warstwy wierzchniej elementów narzędzi i urządzeń. W rezultacie takie materiały mogą być lepiej dostosowane do pracy w coraz trudniejszych i bardziej wymagających warunkach. Technologie hybrydowe, łączące kilka różnych metod obróbki powierzchni w jednym złożonym procesie technologicznym, należą do najbardziej zaawansowanych rozwiązań w porównaniu do znanych już metod inżynierii powierzchni. W artykule autorzy przedstawiają możliwości kształtowania funkcjonalnych właściwości warstwy wierzchniej. Opisują problemy związane z rozwojem technologii hybrydowej oraz dają przykłady modelowania fizycznego w projektowaniu materiałów, rozwoju technologicznego oraz praktycznego zastosowania technologii hybrydowej. Autorzy identyfikują również obszary, których rozwój jest potrzebny dla bardziej efektywnego transferu innowacji inżynierii powierzchni do zastosowań biznesowych.

14

Composite Layers “MgAl Intermetalic Layer / PVD Coating” Obtained On The AZ91D Magnesium Alloy By Different Hybrid Surface Treatment Methods

Smolik J., Mazurkiewicz A., Kacprzyńska-Gołacka J., Rydzewski M., Szota M., Mizera J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1031--1035

EN

Magnesium alloys have very interesting physical properties which make them ‘materials of the future’ for tools and machine components in many industry areas. However, very low corrosion and tribological resistance of magnesium alloys hampers the implementation of this material in the industry. One of the methods to improve the properties of magnesium alloys is the application of the solutions of surface engineering like hybrid technologies. In this paper, the authors compare the tribological and corrosion properties of two types of “MgAlitermetalic / PVD coating” composite layers obtained by two different hybrid surface treatment technologies. In the first configuration, the “MgAlitermetalic / PVD coating” composite layer was obtained by multisource hybrid surface treatment technology combining magnetron sputtering (MS), arc evaporation (AE) and vacuum heating methods. The second type of a composite layer was prepared using a hybrid technology combined with a diffusion treatment process in Al-powder and the electron beam evaporation (EB) method. The authors conclude, that even though the application of „MgAlitermetalic / PVD coating” composite layers can be an effective solution to increase the abrasive wear resistance of magnesium alloys, it is not a good solution to increase its corrosion resistance.

PL

Stopy magnezu charakteryzują się bardzo interesującymi właściwościami fizycznymi które powodują że, są one określane mianem materiałów przyszłości dla narzędzi oraz elementów maszyn stosowanych w wielu obszarach gospodarki. Ze względu na bardzo niską odporność korozyjną oraz tribologiczną występują trudności we wdrażaniu stopów magnezu do przemysłu. Jedną z metod poprawy właściwości stopów magnezu jest zastosowanie nowoczesnych rozwiązań inżynierii powierzchni. W artykule autorzy porównali tribologiczne oraz korozyjne właściwości dwóch różnych konfiguracji warstw kompozytowych typu „MgAlitermetalic / powłoka PVD” otrzymanych dwoma różnymi metodami hybrydowej obróbki powierzchniowej. W pierwszej konfiguracji warstwa kompozytowa „MgAlitermetalic / powłoka PVD” została otrzymana z wykorzystaniem wieloźródłowej hybrydowej technologii obróbki powierzchniowej, obejmującej połączenie rozpylania magnetronowego (MS), odparowania łukiem elektrycznym (AE) oraz próżniowej obróbki cieplnej. Drugi rodzaj warstwy kompozytowej został otrzymany z wykorzystaniem technologii hybrydowej łączącej proces dyfuzji w proszku aluminium z metodą odparowania wiązką elektronów (EB). Wykazano, że wytwarzanie warstw kompozytowych typu „MgAlitermetalic / powłoka PVD” na stopach magnezu jest efektywnym rozwiązaniem w celu zwiększenia odporności na zużycie ścierne, jednakże nie zapewnia wymaganego zwiększenia odporności korozyjnej tych stopów.

15

Optimising tribological properties of anti-wear AlCrN coatings deposited by the cathodic arc method

Bujak J., Paćko D., Smolik J.

Tribologia

|

2014

|

nr 6

11--22

EN

The Taguchi method was applied to achieve the optimum anti-wear performance of AlCrN hard coatings deposited by the cathodic arc evaporation technique. Four deposition processes parameters i.e. nitrogen pressure, arc current, bias voltage and substrate temperature with three levels were selected to estimate the influence of each factor on the coatings defects and their mechanical and tribological properties. Based on the statistical analyses, the optimum deposition conditions were determined to manufacture AlCrN coatings with the best tribological behaviour. The results demonstrate that, the nitrogen pressure, arc current and the bias voltage influence the volume wear of the coating to the greatest extent. The results of the study of the surface topography and the mechanical properties of the AlCrN coatings showed that, in order to obtain the greatest resistance to wear, the coating must be sufficiently smooth (with a low number of surface defects), hard and demonstrate a good adhesion to the substrate. The optimum deposition conditions of the AlCrN coatings with the greatest resistance to wear are as follows: the nitrogen pressure 2.6 Pa, arc current 50 A, negative bias voltage 150 V and substrate temperature 465°C.

PL

W artykule zaprezentowano wykorzystanie metody Taguchi do optymalizacji odporności przeciwzużyciowej twardych powłok AlCrN wytwarzanych metodą katodowego odparowywania łukowego. Do wyznaczenia wpływu warunków osadzania na zdefektowanie powłok, ich właściwości mechaniczne oraz tribologiczne wytypowano cztery podstawowe parametry procesu osadzania, tj.: ciśnienie azotu, prąd łuku, napięcie polaryzacji i temperaturę podłoża z trzema poziomami wartości. Na podstawie wykonanych analiz statystycznych określono optymalne parametry osadzania umożliwiające wytwarzanie powłok AlCrN o największej odporności na zużycie. Uzyskane wyniki badań wskazują, że spośród analizowanych parametrów procesu osadzania dominujący wpływ na zminimalizowanie zużycia objętościowego wywierają: ciśnienie azotu, prąd łuku, napięcie polaryzacji. Badania topografii powierzchni i właściwości mechanicznych wytworzonych powłok CrAlN wykazały, że dla zapewnienia najwyższej odporności na ścieranie powłoka powinna charakteryzować się wysoką gładkością powierzchni (z niskim udziałem wad powierzchniowych), dostatecznie dużą twardością oraz dobrą przyczepnością do podłoża. Dla osiągnięcia podwyższonej odporności na zużycie dla powłoki AlCrN wyznaczono optymalne warunki osadzania, które powinny być następujące: ciśnienie azotu 2,6 Pa, prąd łuku 50 A, ujemne napięcia polaryzacji 150 V i temperatura podłoża 465°C.

16

Wpływ powierzchniowych warstw azotku tytanu wytwarzanych metodami PVD na właściwości użytkowe stopów aluminium

Tacikowski M., Betiuk M., Czyżniewski A., Gronek S., Kobus P., Senatorski J., Smolik J., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

411--415

PL

Barierą dla wykorzystania stopów aluminium w szeregu potencjalnych zastosowań są stosunkowo słabe własności powierzchniowe, w tym zwłaszcza mała odporność na zużycie przez tarcie. W celu poprawy właściwości powierzchniowych pracy badano efekty wykorzystania warstw azotku tytanu wytwarzanych metodami PVD na stopach aluminium z grupy durali. Wykazano, że osadzenie na stopie aluminium typu PA29 metodą odparowania w łuku powłok azotku tytanu typu TiN-Ti, znacząco podnosząc odporność na zużycie przez tarcie, skutkuje jednocześnie pogorszeniem odporności korozyjnej oraz zmniejszeniem twardości podłoża. Stwierdzono jednocześnie słabą przyczepność powłok. Wykazano, że właściwości te, w tym również w pewnym stopniu odporność korozyjną, można poprawić przez obróbkę cieplną stopu z powłoką azotku tytanu składającą się z przesycania i starzenia, która zwiększa twardość stopu i przekształca powłokę azotku tytanu w warstwę połączoną dyfuzyjnie z podłożem. Znacznie korzystniejszym, skutecznym rozwiązaniem w aspekcie jednoczesnej poprawy odporności korozyjnej i tribologicznej okazało się jednak rozwiązanie opracowane wcześniej w odniesieniu do stopów magnezu, polegające na wprowadzeniu do struktury powłoki azotku tytanu dodatkowej powłoki pośredniej – aluminium. Otrzymuje się wówczas powłokę złożoną typu TiN-Ti-Al uszczelnioną następnie metodą hydrotermiczną.

EN

Low surface properties and in particular poor wear resistance constitute a barrier for the use of aluminum alloys in the number of potential application. The effect of titanium nitride surface layers application in view of the surface properties improvement was investigated in the present work. It was demonstrated that the deposition of titanium nitride coatings on aluminum PA29 type alloy significantly increases its wear resistance but at the same time it decrease corrosion resistance and the hardness of the alloy. The coatings exhibits also relatively low adhesion. It was shown that those properties, including corrosion resistance may be improved by the heat treatment which consist in solution treatment with water quenching and further aging. The treatment increases hardness of the alloy and transforms coating in the layer diffusion bonded with the substrate. Much more efficient solution, in view of the simultaneous wear and corrosion resistance, appear to be a solution earlier developed for magnesium alloys, based on the use of an intermediate aluminum coating in the titanium nitride layer’s structure, resulting in composite coating of the type TiN-Ti-Al, combined with final sealing by hydrothermal treatment.

17

Analiza odporności na pękanie powłok wieloskładnikowych na bazie azotku chromu

Kacprzyńska-Gołacka J., Mazurkiewicz A., Smolik J.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 6

500--503

PL

Zmęczenie cieplno-mechaniczne jest jednym z głównych mechanizmów niszczenia narzędzi wykorzystywanych w obróbce plastycznej na gorąco. Cykliczne zmiany temperatury pomiędzy powierzchnią a rdzeniem narzędzia w procesie eksploatacyjnym są źródłem zmiennych naprężeń cieplnych, powodujących generowanie oraz propagację siatki pęknięć. Jednoczesne działanie cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych powoduje intensyfikację procesów propagacji pęknięć zmęczeniowych. Bardzo skutecznym działaniem zwiększającym wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe matryc kuźniczych jest kształtowanie właściwości warstwy wierzchniej z wykorzystaniem hybrydowych technologii inżynierii powierzchni. W artykule przedstawiono wyniki analizy odporności na pękanie trzech różnych powłok PVD, tj. CrN, CrAlN oraz CrAlTiN otrzymanych na podłożu ze stali WLV poddanej procesowi azotowania jarzeniowego. Badane powłoki wytworzono metodą reaktywnego odparowania łukowego. Analizę odporności na pękanie wybranych powłok przeprowadzono na podstawie wyznaczonego indeksu plastyczności H3/E2 oraz wyników badań adhezji przeprowadzonych w próbie zarysowania. Wyniki analizy poddano weryfikacji w próbach eksploatacyjnych przeprowadzonych w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego. Uzyskane wyniki badań wykazały, że właściwości powłoki PVD spełniają istotną rolę w kształtowaniu odporności na pękanie warstw hybrydowych typu „warstwa azotowana/ powłoka PVD”. Analiza wyników badań adhezji przeprowadzonych w próbie zarysowania oraz analiza indeksu plastyczności powłok PVD jest skuteczną metodą oceny odporności na kruche pękanie warstw hybrydowych typu „warstwa azotowana/powłoka PVD”.

EN

Thermomechanical fatigue is one of the most important mechanism of destroying tools used in the forging industry. The cyclic temperature changes are a source of variable thermal stresses which cause the generation and propagation of thermal cracking. Simultaneous operation of cyclically variable mechanical stress causes the intensification of the fatigue crack propagation processes. Very effective operation of increasing the thermal fatigue resistance of forging dies is to shape properties of the surface layer using hybrid technology of surface engineering. In the article the author presents the analysis of the fracture toughness of three PVD coating, ie. CrN, CrAlN, CrAlTiN deposition on the steel WLV substrate subjected to nitriding process. The tested coatings were produced by the reactive arc evaporation. The analysis of the fracture toughness of selected coatings were conducted based on the H3/E2 plasticity index and the results of the adhesion tests conducted by scratch test. The results of the analysis were verified based on verifications tests conducted under thermo mechanical fatigue conditions. The results showed that the properties of PVD coatings play an important role in shaping the fracture toughness resistance of “nitrided layer/PVD coatings” hybrid layers. The analysis of the results of the adhesion tests conducted using a scratch-test and analysis of the plasticity index of the PVD coating are effective method to evaluate the fracture toughness of the “nitrided layers/PVD coatings” hybrid layers.

18

Odporność na zmęczenie cieplne stali WCL i WCLV z zastosowaniem powłok hybrydowych

Gronostajski Z., Smolik J., Zwierzchowski M., Hawryluk M., Marciniak M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 8

541--544

PL

W pracy przedstawiono wyniki badania zmęczenia cieplnego próbek pokrytych warstwami hybrydowymi. Próbki ze stali narzędziowej do pracy na gorąco WCL i WCLV poddane zostały obróbce cieplnej zgodnie z technologią przygotowania matryc do kucia na prasach. Po azotowaniu jarzeniowym na próbki nałożono powłoki metodą PVD typu CrN i Al0,7Cr15Ti15N mono. Na podstawie pomiarów oraz literatury dobrano warunki cyklu zmęczeniowego. Próby przeprowadzono dla trzech temperatur górnych cyklu Tg = 650, 700, 750°C. Wyniki przedstawiono w postaci opisu powierzchniowej siatki pęknięć oraz za pomocą pomiaru głębokości pęknięć. Wskazano, która z zastosowanych powłok na próbkach stalowych daje najmniejszą intensywność powstawania siatki pęknięć oraz spełnia wymagania stawiane przez warunki przemysłowe.

EN

The paper presents the results of thermal fatigue of hybrid layers. Samples from hot tool steel H11,H13 were subjected to heat treatment compatible with the technology of preparation of forging dies for presses. After nitriding PVD coatings were imposed: CrN and Al0,7Cr15Ti15N mono. On the basis of measurements and literature conditions of cycle fatigue were chosen. Tests were carried out for three temperatures of the upper cycle Tmax = 650, 700, 750 ° C. The results are shown in the form of the surface crack formation, and by measuring the depth of cracks. It was indicated which coating combination with steel gives the lowest intensity of the grid formation of cracks and meets the requirements of the industrial conditions.

19

Problems with abrasive dosing in erosive wear process modelling

Mizak W., Mazurkiewicz A., Smolik J., Zbrowski A.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2014

|

Vol. 16, no. 4

559--564

EN

The article characterises problems occurring during erosion tests conducted in a laboratory environment. The authors consider the issues connected with the precise dosage of the abrasive in a system for the simulation of an erosive wear process. Additionally, the authors present an original system for the dosage of the erodent, and show the results of verification tests aimed at the determination of the precision of the dosage of the abrasive depending on the parameters of the control system.

PL

Artykuł prezentuje charakterystykę problemów występujących podczas badań erozji w warunkach laboratoryjnych. Rozpatrzono zagadnienia związane z precyzyjnym dawkowaniem materiału ściernego w systemie badawczym do symulacji procesu zużycia erozyjnego. Przedstawiono autorskie rozwiązanie układu dozowania erodenta. Zaprezentowano wyniki badań weryfikacyjnych wykonanych w celu określenia dokładności dozowania w zależności od stosowanych parametrów systemu sterowania.

20

Innovative technical solutions for evaporation of multilayer coatings by EB-PVD method

Mazurkiewicz A., Smolik J., Zbrowski A., Kacprzyńska J.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2014

|

Vol. 14, no. 2

250--254

EN

The article presents problems concerning the use of the EB-PVD method (electron beam physical vapour deposition) for the evaporation of materials with different thermal properties including different coefficients of thermal conductivity, different melting points and evaporation temperatures. The evaporation process of material by electron beam was described and also the technical solutions for crucibles and devices that enable the production of composite coatings by EB-PVD were presented. The authors presented an innovative design of a multi-position modular crucible that provides different cooling intensity for materials with different thermal properties. This enables the efficient evaporation of various materials in the same technological process, which is essential for composing compound coatings, i.e. multi-component, composite and multi-layer.