Właściwości tribologiczne tytanu po procesie utleniania w złożu fluidalnym

• Autorzy: Lubas M. , Podsiad P. , Jasiński J. , Jasiński J. , Sitarz M.

Warianty tytułu

EN

Tribological properties of titanium after oxiblation process in fluidized bed

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wpływ utleniania tytanu (Grade 2) w złożu fluidalnym na właściwości tribologiczne. Proces utleniania przeprowadzono w złożu w temperaturze 580°C, 610°C, 640°C przez 6, 8, 12 godz. Określono wpływ parametrów procesu utleniania (temperatura, czas) na wzrost twardości powierzchniowej (mikrotwardość), ubytek masy próbek w próbie ścieralności oraz wyznaczono współczynniki tarcia pary trącej stal-tytan. Pomiary mikrotwardości powierzchniowej utlenionych warstw wierzchnich wykonano sposobem Vickersa przy obciążeniu 98,07 mN (HV0,01). Badania odporności na zużycie ścierne w warunkach tarcia suchego w układzie rolka-klocek przeprowadzono na testerze T-05. Badania te, oprócz uzyskania wyników ubytku masy próbek po cyklu ścierania, który był miarą odporności na zużycie ścierne, dzięki aparaturze rejestrującej pozwoliły także na określenie następujących parametrów: siły tarcia, przemieszczenia pary trącej oraz wzrostu temperatury próbki. Ponadto w pracy odporność na zużycie ścierne określono także z wykorzystaniem kulotestera z kulką cyrkonową. Uzyskane wyniki zużycia otrzymanych warstw tlenkowych wykazały, że zaproponowana technologia utleniania tytanu w złożu fluidalnym jest relatywnie prostą metodą, która pozwala na poprawę własciwości tytanu. Przyjęte parametry procesów utleniania wpływają na poprawę odporności na zużycie tribologiczne badanych próbek Ti. Ponadto analiza wykazała, że utlenianie może znacznie poprawić charakterystykę tarcia i odporność na zużycie tytanu. Związane jest to z dobrą przyczepnością uzyskanych powłok tlenkowych do podłoża metalicznego, odpowiednią grubością oraz dużą twardością powierzchniową dla powłok o strukturze TiO2-rutyl otrzymanych w procesie utleniania w złożu fluidalnym.

EN

The paper presents the influence of titanium (Grade 2) oxidation in a fluidised bed on tribological properties. The oxidation was carried out in a bed at temperature of 580°C, 610°C, and 640°C during 6, 8, and 12 hours. The influence of oxidation process parameters (temperature, time) on an increase in the surface hardness (microhardness), on a loss of specimens mass in an abrasion tests was determined as well as friction coefficients of steel-titanium friction pair were determined. Measurements of surface microhardness of oxidised top layers were performed using a Vickers microhardness tester at the load of 98.07 mN (HV0.01). The testing of abrasive wear resistance under dry friction conditions in a roller-block system was carried out on a T-05 tester. This testing, apart from obtaining results of specimens mass loss after an abrasion cycle, which was the measure of abrasive wear resistance, thanks to recording instruments allowed also to determine the following parameters: the friction force, the shift of the friction pair and the increase in the specimen temperature. Moreover, the abrasive wear resistance was determined also using a ball tester, applying a zirconium ball. The achieved results of obtained oxide layers have shown that the suggested technology of titanium oxidation in a fluidised bed is a relatively simple method, allowing to improve titanium properties. The assumed parameters of oxidation processes result in improvement to tribological wear resistance of studied Ti specimens. Moreover, the analysis has shown that the oxidation can substantially improve the friction characteristic and the wear resistance of titanium. This is related to a good adhesion of obtained oxide coats to the metallic substrate, an appropriate thickness and a high surface microhardness for coats of TiO2-rutile structure obtained in the process of oxidation in a fluidised bed.

Słowa kluczowe

PL

utlenianie tytanu; warstwy tlenkowe; właściwości tribologiczne; współczynnik tarcia

EN

titanium oxidation; oxidized layers; tribological properties; friction coefficient

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 5
• Strony: 393--396
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lubas M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Politechnika Częstochowska

autor

Podsiad P.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Politechnika Częstochowska

autor

Jasiński J.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Politechnika Częstochowska

autor

Jasiński J.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Politechnika Częstochowska

autor

Sitarz M.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Politechnika Częstochowska

Bibliografia

• [1] Wendland J., Wiśniewska-Weinert H., Leshchynsky V., Rybak T., Gierzyńska-Dolna M.: Obróbka plastyczna metali 1 XIX (2008) 41÷47.
• [2] Rusinek B., Stobiecka A., Obtułowicz K.: Alergia na tytan i implanty, alergologia. Immunologia 5 (1) (2008) 5÷7.
• [3] Brunetta D. M., Tengvall P. et. al.: Titanium in medicine. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2001).
• [4] Fenf B., Chen J. Y., Qi S. K., Zhao J. Z., He L., Zhang X. D.: Characteryzatiuon of surface oxide films on tiutanium and bioactivity. J. Mater. Sci. Mater. Med. 13 (2002) 457÷464.
• [5] Yamamoto O., Alvarez K., Kikuchi T., Fukuda Z.: Fabrication and characterization of oxygen-diffused titanium for biomedical applications. Acta Biomat. 5 (2009) 3605÷3615.
• [6] Siva Rama Krishna D., Brama Y. L., Sun Y.: Tick rutile layer on titanium for tribological applications. Tribolgy International 40 (2007) 329÷334.
• [7] Yang W., Wang X.X.: Surface hardening of titanium alloys with oxygen. J. Mater. Sci. 39 (2004) 5583÷5585.
• [8] Bloyce A.: Surface modiffication of titanium alloys for combined improvements in corrosion and wear resistance. Surf. Coat Technol. 107 (1998) 125÷132.
• [9] Więckowski W., Adamus J.: Badania zużyciowo-traciowe tytanu i stopów aluminium. Obróbka Plastyczna Metali. XXIV 3 (2013) 169÷178.
• [10] Wang X. X., Yan W., Hayakawa S., Tsuru K. Osaka A.: Apatite deposition on thermally and anodically oxided titanium surface in simulated body fluid. Biomaterials 24 (2003) 4631÷4637.
• [11] Feng B., Chen J. Y., Qi Sk., Zhao J. Z., He L., Zhang X. D.: Characterization of surface oxide films on titanium and bioactivity. J. Mater. Sci. Mater. Med., 13 (2002) 457÷464.
• [12] Lubas M., Jasiński J. J, Sitarz M., Kurpaska Ł., Podsiad P., Jasiński J.: Raman Spectroscopy of TiO2 thin films formed by hybrid treatment for biomedical applications. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy – w druku SAA 12_207.
• [13] Lubas M., Sitarz M., Jasinski J. J., Jelen P., Klita L., Podsiad P., Jasinski J.: Fabrication and characterization of oxygen – diffused titanium using spectroscopy method. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy –w druku SAA 12_326.
• [14] Gemeli E., Camargo N. H. A.: Oxidation kinetics of commercially pure titanium. Revista Materia 12/3 (2007) 525÷531.
• [15] Jasiński J., Podsiad P., Szymańska S., Lunas M.: Właściwości tytanu po utlenianiu w złożu fluidalnym. Inżynieria Materiałowa 4 182 (2011) 446÷449.
• [16] Jasiński J., Lubas M., Jasiński J., Wieczorek P.: Efekty utleniania tytany po różnych metodach modyfikacji powierzchni. Engineering of Biomaterials 120 (2013) 41÷47.