Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical Behavior of Nitrocarburised Austenitic Steel Coated with N-DLC by Means of DC and Pulsed Glow Discharge

Borowski Tomasz, Kulikowski Krzysztof, Spychalski Maciej, Rożniatowski Krzysztof, Rajchel B., Adamczyk-Cieślak Bogusława, Wierzchoń Tadeusz

Archives of Metallurgy and Materials

|

2022

|

Vol. 67, iss. 1

317--324

EN

AISI 316L steel was subjected to nitrocarburizing under glow discharge conditions, which was followed by DLC (diamond-like carbon) coatings deposition using the same device. The coatings were applied under conditions of direct current and pulsed glow discharge. In order to determine the influence of the produced nitrocarbon austenite layer and the type of discharge on the microstructure and mechanical properties of the coatings, the following features were analysed: surface roughness, coating thickness, structure, chemical composition, adhesion and resistance to frictional wear. For comparison purposes, DLC coatings were also deposited on steel without a nitrocarburised layer. The obtained results indicate a significant influence of the type of glow discharge on the roughness, hardness, nitrogen content and of the nitrocarburised layer on the resistance to wear by friction and adhesion of the produced coatings.

2

Analiza skuteczności działania oczyszczalni ścieków „Kujawy”

Chmielowski K., Rajchel B., Karnas M.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 2/I

31--42

PL

W pracy przedstawiono analizę skuteczności działania oczyszczalni ścieków „Kujawy”. Jest to mechaniczno–biologiczna oczyszczalnia ścieków z podwyższonym usuwaniem biogenów. Obiekt został zaprojektowany na 251 818 RLM i na przepływ średniodobowy wynoszący 80 000 m3•d-1. W procesie biologicznym wykorzystywany jest trójfazowy reaktor biologiczny, w którym jest prowadzony proces niskoobciążonego osadu czynnego technologią Bardenpho (zmodyfikowaną). Badaniami objęto okres od stycznia 2009 roku do listopada 2014 roku. Analizie poddano następujące wskaźniki zanieczyszczeń: BZT5, ChZTCr, zawiesina ogólna, Nog., Pog.. Uwzględniając wartości poszczególnych wskaźników obliczono stopień redukcji zanieczyszczeń. Dodatkowo obliczono współczynnik niezawodności oczyszczalni dla analizowanych wskaźników zanieczyszczeń. W pracy obliczono podstawowe statystyki opisowe dotyczące wartości badanych wskaźników w ściekach surowych, oczyszczonych oraz ich redukcji. Na podstawie zebranego i przeanalizowanego materiału należy stwierdzić, że oczyszczalnia ścieków „Kujawy” pod względem zmniejszania podstawowych wskaźników zanieczyszczenia ścieków działa poprawnie, natomiast należy zwiększyć skuteczność usuwania azotu ogólnego.

EN

The paper presents the analysis of operation effectiveness of the “Kujawy” sewage treatment plant. It is a mechanical-biological treatment plant with increased removal of nutrients. This facility was designed for 251,818 PE and average daily flow of 80,000 m3•d-1. The biological process uses a three-phase biological reactor, in which the modified Bardenpho technology with low loading rates of activated sludge is carried out. The study covered the period from January 2009 to November 2014. The following pollutant indicators were analyzed in this study: BOD5, CODCr, total suspended solids, Ntot., Ptot.. The degree of pollution reduction was calculated by taking into account the values of each indicator. Additionally, the reliability coefficient of the treatment plant was calculated for the analyzed sewage pollution indicators. Basic descriptive statistics were also calculated for the values of the examined indicators in raw sewage, treated sewage and for reduction of these indicators. Based on the collected and analyzed material it can be concluded that in terms of reduction of basic sewage pollution indicators, the operation effectiveness of the “Kujawy” sewage treatment plant is proper, however the efficiency of total nitrogen removal should be improved.

3

Zastosowanie metody georadarowej w rozwiązywaniu problemów inżynierskich budownictwa komunikacyjnego

Rajchel B., Pytlowany T.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2015

|

R. 22, nr 12

1295--1299, CD

PL

Metoda georadarowa pozwala poznać budowę warstw przypowierzchniowych, w szczególności określić profil litologiczny utworów, wyznaczyć granicę między skałą macierzystą a nadkładem. Dzięki tej metodzie można zlokalizować uskoki, pęknięcia czy szczeliny w górotworze, a także wyznaczyć zwierciadło wód gruntowych. W geofizyce otworowej za pomocą anten otworowych można wykonywać pomiary w głębokich otworach, ale również w niezbyt głębokich otworach wierconych poziomo na zboczach wzniesień z powierzchni ziemi. Potwierdzona została również przydatność metody georadarowej w zagadnieniach związanych z górnictwem odkrywkowym. Georadar może być efektywniejszym sposobem, w porównaniu do tradycyjnej metody otworowej, w zakresie m. in. identyfikacji miąższości płytkich pokładów, ich ciągłości, przewarstwień, czy innych naturalnych zjawisk występujących w pokładach. W artykule przedstawiono przykłady wykorzystania georadaru w geologii i górnictwie. Podjęto również próbę lokalizacji warstw geologicznych do głębokości 12,5 m. Do tego zadania użyto georadaru RIS-ONE włoskiej firmy IDS z anteną bistatyczną (osobno antena nadawcza i odbiorcza) o częstotliwości 80 MHz.

EN

The ground-penetrating radar method (GPR) allows to investigate the structure of subsurface layers, in particular to determine the lithological profile of depos-its as well as to determine the boundary between the bedrock and the overburden. This technique allows to localize faults, cracks and gaps in a rock mass, as well as to outline groundwater table. Borehole geophysics uses borehole antennas to perform measurements not only in deep boreholes, but also in shallower, holes horizontally drilled on hill slopes. The usefulness of the GPR method was further confirmed in relation to the issues associated with open-pit mining. The ground-penetrating radar may prove more effective in e.g. estimating the thickness of shallow deposits, their conti-nuity, interbedding or other natural phenomena that occur in deposits, as compared to the traditional holedrilling method. This paper presents examples of the use of the ground-penetrating radar in geology and mining. An attempt was also made to localize geologi-cal layers at a depth of up to 12.5 m. For this purpose, RIS-ONE ground-penetrating radar (IDS, Italy) featuring 80 MHz bistatic antenna (separate transmitting and receiving antennas) was used.

4

Functional coatings based on Ti-Si-C and Ti-B systems deposited by PLD

Twardowska A., Jaworska L., Mędala M., Rajchel B.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 6

275--281

EN

Ti-B/Ti-Si-C bilayer coatings were deposited by pulsed laser deposition method on AISI 316L steel substrates, in vacuum at room temperature. Nanoindentation tests were performed to examine mechanical properties of coated and uncoated samples using diamond indenter of Berkovich-type geometry under load of 5 mN. The friction-wear performance of coated substrates was examined in scratch — test and pin-on-disk configuration under non-lubricated sliding conditions using a diamond Rockwell C-type pin as a counterpart. Chemical bonds in coatings were studied by Raman micro-spectroscopy, while coatings microstructure was examined by atomic force microscopy AFM, scanning electron microscopy SEM and transmission electron microscopy TEM methods. For TEM and high resolution TEM (HRTEM) examinations, thin foils were cut perpendicularly to the substrate surface by focused ion beam FIB method using Ga+ ions. The laser wavelength and energy density of laser beam were the most important parameters of PLD process and proved to be essential for the microstructure and properties of the coatings. The Ti-Si-C layers deposited by PLD method were amorphous or almost amorphous with rarely distributed nanoparticles of TiSi2. Ti-B layers were amorphous or composed by TiB2 nanoparticles (nc-TiB2), embedded in amorphous Ti-B matrix (a-TiB). The friction coefficient of AISI steel substrates coated by Ti-B/Ti-Si-C was 0.22, i.e. one fourth of that for uncoated steel substrate (0.8). The wear mechanism of produced coatings was of abrasive type.

PL

Powłoki dwuwarstwowe Ti-B/Ti-Si-C zostały nałożone metodą ablacji laserowej PLD na p odłoża ze stali A ISI 3 16. Proces prowadzono w próżni 10–2 Pa, w temperaturze pokojowej. Testy nakłucia wykonywano w celu zbadania właściwości mechanicznych powlekanych i niepowlekanych próbek za pomocą wgłębnika diamentowego o geometrii typu Berkovicha pod obciążeniem 5 mN. Właściwości tribologiczne oraz tarciowo-zużyciowe powlekanych podłoży badano w skojarzeniu z diamentem, odpowiednio: w teście rysy i tarciowo-zużyciowym w geometrii trzpień-tarcza. Wiązania chemiczne występujące w powłokach analizowano metodą mikrospektroskopii Ramana. Mikrostrukturę powłok badano przed i po testach nakłucia oraz po teście zużyciowym metodami mikroskopii świetlnej, mikroskopii sił atomowych (AFM) oraz mikroskopii elektronowej: skaningowej (SEM), transmisyjnej (TEM, HRTEM) oraz skaningowo-transmisyjnej (STEM). Dla potrzeb obserwacji TEM oraz wysokorozdzielczych HRTEM, próbki do badań przygotowano w postaci cienkich folii wyciętych metodą trawienia jonowego FIB prostopadle do pokrytej powierzchni. Długość fali promieniowania laserowego oraz gęstość energii wiązki laserowej były najważniejszymi parametrami procesu PLD istotnie wpływającymi na jakość powierzchni i grubość powłok oraz właściwości mechaniczne i tribologiczno-zużyciowe podłoży pokrytych powłoką. Powłoki Ti-B/Ti-Si-C otrzymane metodą PLD były amorficzne lub amorficzno-krystaliczne. Warstwy Ti-Si-C były amorficzne lub niemal amorficzne z nielicznie występującymi nanokrystalitami fazy TiSi2. Warstwy Ti-B były także amorficzne lub amorficzno-krystaliczne, w których nanokrystality fazy TiB2 rozproszone były w amorficznej osnowie TiBx. W skojarzeniu ze diamentem wpółczynnik tarcia podłoży stalowych pokrytych powłoką wynosił średnio 0.22, co jest niemal czterokrotnie niższą wartością w odniesieniu do wartości zmierzonej dla stali AISI 316L bez powłoki (0.8). Zużycie powłok przebiegało mechanizmem ściernym.

5

Próba zastosowania georadaru do lokalizacji stref zdegradowanych

Rajchel B., Chmielowski K.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2015

|

z. 62, nr 3/I

345--355

PL

W artykule dokonano analizy wykorzystania metody georadarowej do lokalizacji obszarów zdegradowanych. Jest to metoda bezinwazyjna, pozwalająca na rozpoznanie płytkiej budowy geologicznej, monitoring procesów zachodzących w gruncie, wykrywanie pustek, lokalizację obiektów naturalnych i antropogenicznych w ośrodku geologicznym. Georadar znalazł szerokie zastosowanie w rozwiązywaniu problemów związanych z ochroną środowiska. Używa się go do poszukiwania obiektów (beczek, zbiorników itp.) pochodzenia antropogenicznego zakopanych w ziemi, a także do określania granic stref zanieczyszczeń w ziemi – wycieki substancji organicznych i nieorganicznych, jak również do ustalenia efektywności remediacji zanieczyszczonego gruntu. Autorzy zadali sobie pytanie czy za pomocą georadaru da się ustalić głębokość składowanych odpadów oraz miąższość warstwy rekultywacyjnej gruntu. W referacie przedstawiono wyniki pomiarów georadarowych wykonanych na terenie byłego wysypiska odpadów znajdującego się na obrzeżach miasta Krosna. Eksploatacja wysypiska trwała czternaście lat: od 1970 r. do 1984 r. Nie ma danych dotyczących masy i morfologii odpadów zdeponowanych na składowisku. Obecnie teren po składowisku zajmują nieużytki oraz boisko sportowe. Do pomiarów został użyty georadar Detektor Duo włoskiej firmy IDS. Georadar współpracuje z dwoma antenami o częstotliwościach: 250 MHz i 700 MHz. Za pomocą georadaru nie ma możliwości określenia rodzaju deponowanych odpadów, ale można wyznaczyć zarys strefy zdegradowanej oraz warstwy rekultywacyjnej. Metoda georadarowa może być stosowana do wstępnego rozpoznania stref zdegradowanych, biorąc pod uwagę panujące w danym terenie czynniki środowiskowe.

EN

In the article an utilization analysis of GPR method for contaminated zones localization was accomplished. GPR is a non-invasive method allowing for the identification of shallow geological structures, monitoring of the processes occurring in the soil, void detection, as well as the localization of natural and anthropogenic objects within the geological medium. GPR has found wide application for solving problems related to environmental protection. The device is used to search for buried anthropogenic objects (barrels, tanks, etc.) as well as for the determination of both, pollution zone boundaries (organic and inorganic leaks), and the contaminated soil remediation efficiency. Authors ask themselves if with GPR help is it possible to determine depth of deposited waste as well as thickness of stratum reclamation ground. In the paper were presented results of GPR measurements executed on terrain of former waste dump located on borders of Krosno city. The landfill was used for 14 years (1970-1984). No data on the weight or morphology of the waste deposited in the landfill is available. Currently, the post-landfill area is used as a wasteland and a sports field. Detector Duo radar system (IDS, Italy) was used for the measurements. The GPR works with two antennas at frequencies of 250 MHz and 700 MHz. With the GPR help it was impossible to specify a kind of deposited waste, but it is possible to determine profile of contaminated zone and stratum reclamation. The GPR method may be used for a preliminary identification of degraded areas, taking into account the environmental factors in the investigated area.

6

Analiza przydatności metody georadarowej do badania stropów budynków

Rajchel B.

Przegląd Geologiczny

|

2014

|

Vol. 62, nr 10/2

687--691

EN

Measurements were performed in order to evaluate the usefulness of the ground penetrating radar technique in engineering, especially for assessing the condition of wooden and reinforced concrete ceilings. Expe - rimental measurement results for real engineering objects such as ceilings in both old wooden and newly erected brick buildings were presented. Recognition assessment of the technical condition of a ceiling is highly important for building's stability and users' safety. Their strength and resistance to decay and pests residing in buildings are an important issue in the case of wooden beam-framed ceilings (joists), whereas their strength and resistance to corrosion as well as the depth of reinforcement, bar diameters and gauge length are of importance in the case of reinforced concrete ceilings.

7

Wpływ charakteru warstwy wierzchniej tytanowego implantu protetycznego na adhezję flory bakteryjnej

Zdziech T., Rajchel B., Hajduga M.

Problemy Nauk Stosowanych

|

2014

|

T. 2

185--190

PL

Wstęp i cel: Celem pracy jest analiza stopnia adhezji mikroorganizmów do powierzchni implantów protetycznych, w zależności zastosowania lub braku obróbki modyfikującej powierzchnie implantu. Warstwa wierzchnia wszczepu tytanowego została zmodyfikowana poprzez implantację jonów srebra, dawką jonów 1016 jon/cm2 i energii implantacji 15 keV. Materiał i metody: Badania zostały przeprowadzone na ośmiu wybranych gatunkach mikroorganizmów testowych należących do spektrum zarazków. Badaniu zostały poddane implanty stomatologiczne opracowane w systemie SPI®, który powstał na podstawie systemu HaTi Ladormana. Wyniki: Zastosowanie obróbki modyfikującej powierzchnie implantów tytanowych, poprzez implantację jonów w strukturę zewnętrzną może być jednym z czynników ograniczających reakcje zapalne wokół wprowadzanych wszczepów. Wniosek: Przeprowadzone badania mikrobiologiczne szczepów bakteryjnych, wykazały zwiększoną ilość szczepów na niezmodyfikowanej powierzchni tytanowego implantu w porównaniu z powierzchnią zmodyfikowaną jonami srebra, wpływając na ograniczenie reakcji zapalnych wokół wprowadzonego wszczepu.

EN

Introduction and aim: The purpose of this study was to determine the degree of adhesion of microorganisms to the surface of prosthetic implants, depending on the environment in which the implant is used and surface prep techniques used to prepare the implant. The outer layer of the titanium implant has been treated to a silver ion implantation process at 1016 ions/cm2 at a implantation energy level of 15 keV. Material and methods: The tests were performed using eight different strains of microorganisms. Tests were carried out on eight selected species of micro-organisms belonging to the spectrum of test germs. Study were subjected to dental implants developed in the SPI ® System, which is based on the system Hati Ladormana Results: The use of surface modifying treatment of titanium implants, ion implantation through the outer structure may be one of the factors limiting inflammatory reactions around the implant. Conclusion: The results of the microbiological tests have indicated that the unmodified surface of the titanium implants were more prone to microbial adhesion when compared to the silver Ion implanted implant surface.

8

Tribological behaviour of AISI 316L steel after deposition of Ti-Si-C/Ti-B coatings by dual beam IBAD method

Twardowska A., Rajchel B., Szutkowska M., Zimowski S.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

382--385

EN

In this work, the results of mechanical and tribological properties examinations of AISI 316L with bilayered Ti-Si-C/Ti-B coatings deposited by dual beam IBAD method are presented. Nanoindentation test was conducted on coated and uncoated steel substrates using Berkovich-type diamond indenter under the load of 5 mN and 10 mN. Hardness HIT and Young modulus E were calculated using Olivier and Pharr method [1]. Single-pass scratch-test in pin-on-disc conﬁguration and multipass, bidirectional friction-wear test in ball-on-disc conﬁguration were applied to reveal the deformation and wear of the coated samples under non-lubricated sliding conditions. Parameters of DB IBAD process allowed to fonn Ti-Si-C/Ti-B dense, flat (Ra 8 nm) and thin coatings. The thickness of the coating was 3001500 nm, the thickness of the single layer in Ti-Si-C/Ti-B coatings was 150+200 nm. Raman spectra of the coated substrates were recorded at room temperature with laser beam length of 532 nm, working in low and high resolution mode. Analysis of recorded spectra revealed that all deposited coatings were multiphase. There were the peaks in position characteristic for Ti3SiC2 and TiB2 indicating the presence of these phases. Friction coefﬁcient of deposited coating on steel substrates was low, in the range of 0. 12÷0.23. Coatings were well adherent to substrates: critical loads LC1 and LC2 were evaluated as 2 N and 7 N, respectively. The surfaces of coatings were examined in the area of produced indentations, scratch and wear tracks by light microscope and atomic force microscope.

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych i tribologicznych stali AISI 316L z powłoką Ti-Si-C/Ti-B nałożoną metodą dwuwiązkową IBAD. Na pokrytych i niepokrytych podłożach stalowych przeprowadzono testowi nanoindentacji przy użyciu diamentowego wgłębnika Berkovicha, pod obciążeniem 5 mN i 10 mN. Twardość HIT oraz moduł Younga E obliczono metodą Oliviera i Pharra [1]. Dla zbadania odkształcenia i zużycia w warunkach tarcia na sucho przeprowadzono próbę zarysowania powierzchni powłok (scratch-test) w układzie pin-on-disc oraz próbę zużycia w ruchu posuwisto-zwrotnym w konﬁguracji ball-on-disc. Parametry procesu dwuwiązkowego IBAD pozwoliły nałożyć gęste, gładkie (Ra 8 nm), cienkie powłoki typu Ti-Si-C/Ti-B. Grubość powłok wynosiła od 300 nm do 500 nm, grubość pojedynczej warstwy w powłoce - od 150 nm do 250 nm. Widma Ramana zarejestrowano z pokrytych podłoży w temperaturze pokojowej, stosując wiązkę światła laserowego o długości fali 532 nm, pracując w trybie niskiej i wysokiej rozdzielczości. Analiza zarejestrowanych widm wykazała, że wszystkie powłoki są wielofazowe. Występujące piki w pozycjach charakterystycznych dla Ti3SiC2 i TiB2 wskazały na obecność tych faz w powłokach. Współczynnik tarcia powierzchni stalowej z powłoką był niski: w zakresie 0,12÷0,23. Powłoki dobrze przylegały do podłoży: krytyczne obciążenie LC1 i LC2 wyniosły odpowiednio 2 N i 7 N. Powierzchnie powłok w obszarze pomiaru twardości, ścieżek zarysowania i zużycia zbadano przy użyciu mikroskopu świetlnego oraz mikroskopu sił atomowych.

9

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

Rajchel B., Tarnowski M., Kwiatkowska J., Borowski T., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

810--813

PL

Warstwy węglowe zarówno na materiałach metalicznych, jak również na polimerowych, np. polietero-eteroketonie, znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie, szczególnie w wytwarzaniu implantów kardiologicznych, bowiem ograniczają wykrzepianie krwi. W przypadku materiałów polimerowych jest istotna przyczepność i odporność na zużycie przez tarcie wytwarzanych powłok węglowych, na co w znaczący sposób wpływa ich struktura i stan naprężeń własnych. Własności mechaniczne powłoki a-C-N:H zależą między innymi od koncentracji węgla, azotu oraz wodoru, a także od koncentracji wiązań sp3/sp2 i naprężeń w powłoce. Spektroskopia ramanowska zastosowana do analizy struktur węglowych oraz CNX daje możliwość określenia zarówno typu wiązań pomiędzy atomami węgla lub atomami azotu i węgla, jak i ich względnej koncentracji. Widma ramanowskie uzyskane dla struktur węglowych i CNX wzbudzonych wiązką światła widzialnego zawierają dwa piki oznaczane jako G oraz D. Pik G jest związany bezpośrednio z wiązaniami sp2, natomiast pik D jest pośrednio związany z wiązaniami sp3. Położenia, względne intensywności oraz półszerokości tych pików zależą od koncentracji wiązań sp3/sp2 [1], a także od naprężeń w badanych strukturach [2]. W artykule przedstawiono wyniki badań struktury wytwarzanych warstw węglowych uzyskane z użyciem mikrospektroskopii Ramana, topografii powierzchni (AFM, SEM) na polietero-eteroketonie oraz stanu naprężeń własnych w powłokach węglowych.

EN

Carbon layers formed on metallic materials as well as on polymers (e.g. polietheretheroketone or UHMWPE polyethylene) are often used in medicine. In particular they are applied in preparation of cardiology implants because they can reduce blood clotting. In the case of carbon coatings, formed on the polymeric surface, adhesion and wear resistance to friction are especially important. The adhesion and the wear resistance of coatings are determined by their structure and the state of internal stresses. Mechanical properties of the a-C:N:H coating depend inter alia on the concentration of carbon, nitrogen and hydrogen as well as the relative concentration of sp3 and sp2 bonds, and stresses in the coating. Determination of the character of bonds between carbon atoms and between nitrogen and carbon atoms is possible by using the Raman spectroscopy. All Raman spectra, collected for carbon or CNX structures, contain two Raman peaks. The so called G peak (observed at ~1580 cm–1) which is directly related to the sp2 carbon bonds and D peak (observed at the ~1340 cm–1), indirectly related to the sp3 bonds. Position, intensity, and width (FWHM) of both peaks can provide information about the sp3/sp2 ratio of the chemical bonds [1] and on the presence of internal stresses [2] in the coating. This paper presents the structure and properties of a-C:N:H coating, formed by the RF-CVD method on the PEEK substrate. The surface topography was studied using AFM and SEM microscopy. The relative concentration of sp3 and sp2 bonds and the state of internal stresses were studied using the confocal Raman microspectroscopy. The adhesion of a-C:N:H coating to the substrate was measured by the scratch test technique.

10

Mechanical and tribological properties of A-C:H/Ti coatings doped by silver using ion implantation and magnetron sputtering methods : abstract

Szymański W., Kołodziejczyk L., Batory D., Czerniak-Reczulska M., Bociaga D., Rajchel B.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 122-123 spec. iss.

2

EN

Due to favorable mechanical, tribological and biomedical properties the carbon coatings are of interest of many branches of the industry [1]. Growing interest in Ag doped DLC coatings is observed within the space of the last several years. Both, well known antibacterial properties [2] of silver as well as a good biocompatibility [3] of carbon coatings constitute the outstanding solution for a variety of applications, especially for medical implants. The aim of this study was the evaluation of influence of silver onto the mechanical and tribological properties of nanocomposite DLC coatings. Carbon coatings were produced using a hybrid RFPACVD/MS method and silver ions were incorporated into carbon matrix. The processes consist of followed stages: synthesis of nanocomposite carbon (CVD) doped titanium coatings (PVD)[4] and next stage carbon (CVD) and silver deposition (PVD)or Ag ion implantation into carbon coating. Carbon layers synthesis was performed with use of the classic RF PACVD process in methane atmosphere whereas as the titanium ions source the pulsed magnetron sputtering (MS) process was applied. Second stage was performed in the same reaction chamber but the PVD process was carried out using the silver cathode. The ion implantation process was carried out with the use of silver ions with energy of 15 keV. In order to determine the influence of silver ion implantation process onto overall physiochemical properties of carbon coatings four ion doses of 2,4,7 and 10×1016Ag+/cm2 were applied. Due to application of the gradient of chemical composition of Ti–C it is possible to manufacture thick and well adherent carbon layers with a very good mechanical, tribological parameters and corrosion resistive. Application of silver as a doping material allowed modification of the mechanical and biological properties of manufactured layers depending on the silver amount (C:Ag ratio).

11

Kształtowanie właściwości austenitycznej stali REX 734 w procesach obróbek jarzeniowych połączonych z wytwarzaniem powłok węglowych

Borowski T., Brojanowska A., Popławski K, Rajchel B., Rożniatowski K., Wierzchoń T.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

nr 12

558-563

PL

Stale austenityczne wykazują niezadowalającą twardość i odporność na korozję wżerową w środowisku płynów fizjologicznych. Dlatego podejmowanych jest wiele przedsięwzięć w celu modyfikacji ich właściwości oraz trwałości. W celu modyfikacji właściwości użytkowych stali REX 734, takich jak odporność korozyjna i odporność na zużycie przez tarcie, zastosowano niskotemperaturowe (<=380°C) procesy azotowania i węgloazotowania w warunkach wyładowania jarzeniowego połączone z procesem wytwarzania powłoki węglowej w jednym cyklu technologicznym. W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury powierzchni wytworzonych warstw, składu chemicznego i fazowego oraz badania właściwości użytkowych takich jak twardość, odporność na zużycie przez tarcie i odporność korozyjna. Zastosowane węgloazotowanie jarzeniowe połączone z wytwarzaniem powłoki węglowej w jednym procesie technologicznym wpłynęło na poprawę odporności korozyjnej w roztworze Ringera oraz istotnie zwiększyło odporność na zużycie przez tarcie stali austenitycznej.

EN

Austenitic stainless steels are characterized by unsatisfactory hardness and pitting corrosion resistance in a physiological liquid environment. In order to modify REX 734 steel functional properties, such as corrosion resistance and frictional wear resistance, low-temperature (<=380°C) glow discharge nitriding and carbonitriding processes were applied in combination with the process of producing carbon coating in one technological cycle. The work presents the results of examinations of produced layers surface microstructure, their chemical and phase composition as well as examinations of their functional properties, such as hardness, frictional wear resistance and corrosion resistance. Application of glow discharge carbonitriding combined with producing of carbon coating in one technological process influenced the improvement of corrosion resistance in Ringer's solution and significantly increased wear resistance of austenitic stainless steel.

12

Analiza numeryczna naprężeń w cienkich diamentopodobnych powłokach węglowych DLC wykorzystanych w endoprotezach stawu biodrowego

Rońda J., Wojnarowski P., Wantuch E., Rajchel B.

Inżynieria Powierzchni

|

2012

|

nr 1

39-46

PL

Celem pracy jest określenie wpływu naniesienia powłok DLC na wartości naprężeń występujących w panewce wykonanej z polietylenu o ultrawysokim ciężarze molekularnym (UHMWPE). W tym celu posłużono się modelem numerycznym łączącym metodę elementów skończonych (MES) oraz automaty komórkowe (CA) pozwalające na odwzorowanie skomplikowanego kształtu powierzchni granicy między warstwami. W pracy przedstawiono wyniki w postaci mapy naprężeń dla poszczególnych warstw. Zaobserwowano również wpływ naniesienia powłoki DLC na maksymalne wartości naprężeń otrzymanych na podłożu polietylenowym.

EN

The aim of the present study was to determine the effect of the applied DLC coatings on the value of stress in the acetabular cup made of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). For this purpose, a numerical model that combines the finite element method (FEM) and the method of cellular automata (CA) have been used. It allows mapping of complex surface shape of the inter-layer boundary. The paper presents results obtained in the form of a map of stress drawn for each layer. The effect of the applied DLC coating on the stress values obtained in polyethylene substrate has been also observed.

13

Naprężenia własne w stali AISI 316L po uformowaniu powłok Ti-b/Ti-Si-C metodami IbAD oraz PLD

Twardowska A., Rajchel B.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 2

78--81

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań składu fazowego oraz naprężeń własnych w stali AISI 316L po procesie formowania dwuwarstwowych powłok Ti-B/Ti-Si-C. Do formowania powłok zastosowano dwie metody: ablację laserową PLD oraz dwuwiązkową metodę IBAD, wykorzystując tarcze z węglika tytanowo-krzemowego Ti3SiC2 oraz diborku tytanu TiB2. Badania składu fazowego oraz jego zmian w funkcji odległości od powierzchni przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w geometrii Bragg- -Brentano oraz stałego kąta padania GIXRD dla kątów 0,5°; 1° i 3°. Wartości naprężeń własnych obliczano metodą g-sin2ψ [1], wyznaczając uprzednio precyzyjnie położenie pików dyfrakcyjnych dla kolejnych odbić fazy Fe- γ. Budowa powłok Ti-B/Ti-Si-C była wielofazowa. W zależności od zastosowanej metody formowania wystąpiły niewielkie różnice w składzie fazowym warstw w powłoce oraz rodzaju i wielkości naprężeń własnych. Badania mikrostrukturalne przeprowadzone za pomocą TEM (SAED) i HRTEM potwierdziły amorficzną lub częściowo amorficzną budowę powłok z nanokrystalicznymi wydzieleniami faz z układu Ti-Si-C w amorficznej osnowie.

EN

In this paper X-ray diffraction method was used to analyze phase composition and residual stresses in AISI 316L steel after Ti-B/Ti-Si-C coatings deposition. Bi-layered coatings were formed at room temperature by dual beam ion assisted deposition IBAD and pulsed laser deposition PLD techniques using compound targets of Ti 3SiC2 and TiB2. XRD analysis was conducted in Bragg-Brentano and grazing incident geometry GIXRD for 0,5°, 1° and 3°. Residual stresses were calculated by g-sin2ψ method [1], using precise location of X-ray diffraction peaks previously determined for successive reflections of Fe-γ phase. Ti-B/Ti-Si-C coatings were multiphase. There were differences in phase composition of coatings and type and size of macrostress determined in steel, depending on deposition methods. TEM (SAED) and HRTEM examinations of coated steel confirmed amorphous or partially amorphous composition of coatings with nanoparticles of Ti-Si-C system embedded in amorphous matrix.

14

Biomateriały tytanowe wytwarzane metodą hybrydową łączącą proces IBSD z obróbką w warunkach wyładowania jarzeniowego

Sobiecki J. R., Rajchel B., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 4

248--251

PL

W artykule przedstawiono badania mikrostruktury, odporności korozyjnej, odporności na zużycie przez tarcie powłok węglowych wytworzonych metodą IBSD na stopie tytanu Ti-6Al-4V poddanym uprzednio obróbce węgloazotowania w warunkach wyładowania jarzeniowego. Wytworzone warstwy typu Ti(CN) + Ti 2N + αTi(N) charakteryzują się dobrą odpornością na korozję i wysoką odpornością na zużycie przez tarcie, a także dobrą biozgodnością. Wykazano, że metodą IBSD można wytworzyć powłokę węglową na węgloazotowanym stopie tytanu charakteryzującą się drobnokrystaliczną budową, o dobrej przyczepności do podłoża, polepszającą odporność korozyjną i zwiększającą odporność na zużycie przez tarcie stopu Ti-6Al-4V powszechnie stosowanego w medycynie. W skład powłoki wchodzi zarówno faza diamentowa, jak i grafitowa, przy czym ilość tej pierwszej oszacowano na około 40%. Jest to warstwa perspektywiczna do zastosowań medycznych z uwagi na właściwości powłok NCD i warstwy Ti(C, N) + Ti2N + αTi(N).

EN

The paper contains the research of the microstructure, corrosion resistance, wear resistance of carbon coatings produced by IBSD method on the Ti-6Al-4V titanium alloy subjected to the carbonitriding process using the glow discharge conditions. The produced layers Ti(C, N) + Ti 2N + Ti(N) type have good corrosion resistance, high wear resistance and good biocompability. It was revealed that using the IBSD method there is a possibility to obtain carbon coating of nanocrystalline structure on carbonitrided titanium alloy which has good adhesion to the substrate. The coating improves the corrosion resistance and wear resistance of the Ti-6Al-4V titanium alloy commonly used in medicine. The investigation of carbon coating showed that there are two phases: diamond phase (about 40%) and graphite phase (about 60%). Taking into the consider the layer properties of this is a perspective layer for medical applications.

15

Wpływ implantowanego itru na wysokotemperaturowe utlenianie stali ferrytycznej Crofer 22 APU

Gil A., Wyrwa J., Godlewska E., Dąbek J., Rajchel B.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 6

352-354

PL

W pracy przedstawione zostały badania wpływu implantowanego itru na utlenianie stali ferrytycznej Crofer 22 APU przeznaczonej na interkonektory do ogniw paliwowych SOFC. Utlenianie prowadzono w warunkach izotermicznych i cyklicznie zmiennej temperatury przy temperaturze 900°C w atmosferze powietrza. Stwierdzono, że implantowany itr znacząco zmniejsza szybkość utleniania stali.

EN

In this paper the influence of implanted yttrium on the oxidation behavior of ferritic steel Crofer 22 APU for interconnectors for SOFC are presented. The oxidation experiments were carried out under isothermal and thermal cycling conditions at 900°C in air. It has been found that implanted yttrium signifi cantly decreases the oxidation rate.

16

Wybrane parametry procesu tarcia powłoki ochronnej formowanej metodą IBAD na powierzchni polietylenowej panewki biodrowej

Rybak T., Sulej-Chojnacka J., Mróz A., Gierzyńska-Dolina M., Rajchel B.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2011

|

T. 22, nr 4

291-301

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych pary trącej „głowa-panewka”, stanowiącej układ ruchowy endoprotezy stawu biodrowego, o średnicy ?28 mm. W badaniach uSyto głowę wykonaną ze stopu CoCrMo oraz panewkę UHMWPE z powłoką C-C wykonaną w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Badania prowadzono w Laboratorium Inżynierii Powierzchni i Tribologii Instytutu Obróbki Plastycznej w Poznaniu z wykorzystaniem symulatora SBT-01. Przeprowadzono badania momentu tarcia, siły docisku, wartości temperatury styku oraz zużycia elementów endoprotezy o średnicy 28 mm i porównano z wynikami pary trącej: głowa CoCrMo oraz panewka UHMWPE bez powłoki uformowanej jonowo. Podano i omówiono wyniki badań.

EN

The article presents results of tribological tests for 28 mm head-cup friction couple, which is the motion system of the hip endoprosthesis. In the studies femoral head made of CoCrMo alloy and polyethylene acetabular cup with C-C coating made in Institute of Nuclear Physics of Polish Academy of Science were applied. Investigations were performed in Laboratory of Surface Engineering and Tribology in Metal Forming Institute in Poznan using SBT-01 simulator. Friction moment, contact force, joint temperature and o 28 mm friction elements wear were investigated. This results was compared to results of friction couple: CoCrMo femoral head and UHMWPE acetabular cup without ion formed coating. There are presented and discussed investigations results.

17

Próba wykorzystania georadaru do badań płytkich zmian antropogenicznych w podłożu

Rajchel B.

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2011

|

nr 446 (1)

225--232

PL

Badania na obszarze Iwonicza-Zdroju dostarczyły informacji na temat przydatności metody georadarowej do określania budowy przypowierzchniowych warstw geologicznych zmienionych antropogenicznie. Z wyznaczonych w terenie czternastu punktów metodą GPS wytypowano sześć punktów określających prawdopodobną lokalizację studni kopanych, w obrębie których wykonano pomiary georadarowe. Łącznie wykonano 24 profile pomiarowe georadarem typu Detector Duo. Pomiary georadarowe wykazały szereg ciekawych anomalii, choć często trudnych do jednoznacznej interpretacji. Na badanym terenie, oprócz naturalnych zmian facjalnych, zauważalny jest negatywny wpływ działalności człowieka – wyrobiska górnicze, zakłócające pierwotny układ warstw geologicznych.

EN

The purpose of the research conducted in the region of Iwonicz-Zdrój was to obtain the information concerning the applicability of the GPR method for defi ning anthropologically altered, near-surface geological layers, which are very common in the entire area of Przedkarpacie sink hole. From the fourteen points which were selected in the research area using the GPS method, six GPR points determining the probable localization of dug wells were chosen. In total, 24 measurement profi les were made using the Ground Penetrating Radar Detector Duo. GPR surveys revealed series of interesting anomalies, often diffi cult for equivocal interpretation. In the research area, apart from natural facies changes, the infl uence of human activity is also very noticeable – mining excavations, which disturb the primary arrangement of geological strata.

18

Kształtowanie właściwości biologicznych implantowanej jonami wapnia dyfuzyjnej warstwy fosforku tytanu wytworzonej na stopie Ti6Al4V

Truszkowski J., Rajchel B., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1265-1269

PL

Tytan i jego stopy cechują się unikalną kombinacją właściwości fizykochemicznych oraz dobrą biozgodnością w środowisku tkankowym, dzięki czemu znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie. Główne problemy uniemożliwiające szersze wykorzystanie stopów tytanu w aplikacjach medycznych, to niska odporność na zużycie przez tarcie oraz przechodzenie składników stopowych do otaczających implant tkanek. Prace dążące do wyeliminowania tych problemów są prowadzone m.in. w kierunku wykorzystania metod inżynierii powierzchni, w tym szeroko rozwijanych w ostatnich latach technik hybrydowych. W pracy zaprezentowano wyniki badań próbek uzyskanych w wyniku procesu implantacji jonów wapnia Ca2+ w wytworzoną metodą hybrydową warstwę fosforku tytanu Ti3P na stopie tytanu Ti6Al4V. Analizowano zmiany mikrostruktury i składu chemicznego oraz wpływ procesu implantacji na topografię i właściwości warstwy fosforku tytanu. Przeprowadzono również badania biologiczne w celu ustalenia wpływu tego procesu na biozgodność i bioaktywność wytworzonego materiału. Uzyskane warstwy cechują się lepszymi właściwościami mechanicznymi niż stop tytanu, a proces implantacji wapnia zwiększa biozgodność oraz sprzyja zjawisku osseointegracji.

EN

Titanium and its alloys are characterized by a unique combination of physicochemical properties and good biocompatibility in the tissue environment, as a result they are becoming more widely used in medicine. The main problems preventing wider use of titanium alloys in medical applications are low frictional wear resistance and the migration of alloying elements into the tissues surrounding the implant. Among others, research works aimed to eliminate the above problems are employing surface engineering methods, including widely developed in recent years, hybrid techniques. The paper presents the results of research of materials obtained in the process of calcium Ca2+ ion implantation into the titanium phosphide Ti3P layer produced by hybrid method on the titanium alloy Ti6Al4V. Changes in the microstructure (Fig. 1, Fig. 2), chemical composition (Tab. 1, Fig. 3) and the impact on the topography of the implantation process (Tab. 2, Tab. 3, Fig 4, Fig. 5), as well as the mechanical properties (Tab. 4, Fig. 6) of titanium phosphide layer were analyzed. The biological tests were carried out to determine the impact of implantation process on the biocompatibility and bioactivity of the produced material (Fig. 7, Fig. 8). The obtained layers are characterized by better mechanical properties than titanium alloy, and calcium ion implantation increases the biocompatibility and promotes osseointegration.

19

Porównanie powłok HA otrzymanych w metodzie hydrotermalnej z roztworu zawierającego EDTA-Ca2+-PO43-lub roztworu Hanka na czystym Ti i Ti implantowanym jonami Ca

Strzała A., Petelenz B., Kwiatkowska J., Rajchel B.

Engineering of Biomaterials

|

2010

|

Vol. 13, no. 92

24--29

PL

W celu otrzymania biozgodnej i bioaktywnej warstwy, która poprawi integrację protezy stawu biodrowego z kością, przy użyciu metody hydrotermalnej formowano hydroksyapatyt Ca10(PO4)6(OH)2, HA na podłożach z czystego tytanu oraz tytanu implantowanego jonami Ca. Do syntezy HA użyto dwóch różnych roztworów: jednego zawierającego EDTA, jony wapnia i fosforu oraz drugiego, którym był roztwór Hanka, którego skład i stężenie soli są podobne do składu i stężenia soli osocza krwi ludzkiej. Budowę cząsteczkową tak otrzymanych warstw określono przy użyciu mikrospektroskopii ramanowskiej.W artykule dyskutowana jest efektywność formowania HA w tych roztworach przy użyciu metody hydrotermalnej i wpływ stanu podłoża na procesy osadzania HA.

EN

In order to obtain a biocompatible and bioactive coating that improves hip joint endoprosthesis integration with bone, hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2, HA, was formed on pure titanium and Ca ions implanted titanium substrates using hydrothermal method. To synthesize HA two different solutions were used: one containing EDTA, calcium and phosphorus ions, and the other which was Hank’s solution whose salt composition is similar to the human blood plasma. The molecular composition of as deposited coatings was investigated by means of Raman micro-spectroscopy. The effectiveness of the solutions in HA forming by the hydrothermal method and the influence of the substrate condition are discussed.

20

Wpływ pola magnetycznego podczas polerowania magnetościernego na wybrane cechy warstwy wierzchniej przedmiotu

Wantuch E., Rajchel B., Burakowski T., Rońda J.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2010

|

nr 4

61-71

PL

Współczesną technikę cechuje wysoka niezawodność i trwałość połączona najczęściej z wydłużonym okresem bezobsługowej pracy urządzeń. Dla uzyskania wymaganej niezawodności eksploatacyjnej współczesnych maszyn i urządzeń w wielu przypadkach stosuje się niekonwencjonalne technologie obróbki umożliwiające kształtowanie specjalnych właściwości eksploatacyjnych elementów. Jednym z przykładów może być zapewnienie bezawaryjnej pracy ślizgowych łożysk korbowodu, wykonanego ze stali 16MnCr5 do sprężarek agregatów chłodniczych, dla których w finalnej fazie obróbki czopa wału zastosowano technologię polerowania magnetościernego. Artykuł prezentuje wybrane wyniki badań odporności na zużycie ścierne elementów obrobionych magnetościernie wraz z analizą oddziaływania stałego pola magnetycznego z ferromagnetycznym przedmiotem podczas tego rodzaju obróbki. Przeprowadzona analiza wykazuje synergiczny wpływ pola magnetycznego i ciepła obróbki, co umożliwia uzyskanie korzystnych zmian własności warstwy wierzchniej (WW) przedmiotu z tribologicznego punktu widzenia. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że kinematyka ruchu har- towanego przedmiotu stalowego w polu magnetycznym podczas obróbki, powoduje magnetomechaniczne oddziaływanie pola na ferromagnetyczny martenzyt zawarty w hartowanej stali. Energia pola magnetycznego zmienia stan pierwotnej równowagi termodynamicznej stref warstwy wierzchniej znajdujących się w różnych zakresach temperatury. Podczas obróbki przedmiotu, strefy przypowierzchniowe warstwy wierzchniej o grubości rzędu mikrometrów pozostają pod wpływem silnego gradientu temperatury uzyskując wysoką temperaturę zmieniającą się od temperatury otoczenia do temperatury powyżej temperatury punktu Curie dla stali. W badaniach eksperymentalnych metodą spektroskopii rentgenowskiej oraz metodą RBS (Rutherford Beam Spectroscopy) zidentyfikowano i potwierdzono bezpośredni oraz pośredni wpływ pola magnetycznego na skład fazowy hartowanej stali, a w badaniach strukturalnych metodą spektroskopii mosbauerowskiej cienkich warstw ok.100 nm, udokumentowano zmniejszanie się ilości austenitu szczątkowego w warstwie wierzchniej przedmiotów po polerowaniu magnetościernym.

EN

Modern technology is characterized by high reliability and durability, most often connected with a long period of a device's maintenance with low exploitation costs. In order to achieve operating reliability of modern machines and devices, in many cases unconventional machining technologies are applied that allow for forming special usage qualities of elements. One of the examples may be providing a fault-free exploitation of slide bearing of the shaft neck made of 16MnCr5 steel, for refrigerating unit compressors, where at the final stage of machining the magnetoabrasive polishing technology was used. The paper presents selected research results of the abrasive resistance in elements subject to magnetoabrasive polishing together with the analysis of the constant magnetic field interactions with a ferromagnetic object during such machining. The conducted analysis indicates at a synergic infl uence of the magnetic field and the machining heat, which allows for obtaining favourable changes to the surface layer (SL) qualities in the object from the tribological point of view. A movement of a steel, hardened object in the magnetic field causes magnetomechanic impact of the field upon ferromagnetic martensite. The magnetic field energy disturbs the primary thermodynamic state of the surface layer zones subject to temperatures from the martensite transformation temperature range. When polishing, the near-surface zones of the surface layer gain high temperature and remain under the influence of high temperature gradient, changing in the layer of several micrometers from the ambient temperature to temperature above Curie point for steel. Experimental research with the X-ray diffraction and the RBS (Rutherford Beam Spectroscopy) method confirmed direct influence of a magnetic field upon the phase composition of hardened steel, and structural research of thin layers of c.a. 100 nm with the application of the Mössbauer spectroscopy indicate at decreasing amount of rudimentary austenite in the surface layer of a steel object after magnetoabrasive polishing.