BazTech - Yadda

1

Opracowanie i wstępne badania ceramicznych membran filtracyjnych

Pittruff Peter, Młocek Witold, Jurków Dominik

Szkło i Ceramika

|

2023

|

R. 74, nr 4

41--50

PL

Celem pracy jest opracowanie składu i technik osadzania membran filtracyjnych na porowatych podłożach ceramicznych. W trakcie badań przeanalizowano morfologię oraz właściwości mechanicznych i chemicznych prezentowanych membran. Zakres badań obejmował sprawdzenie kompatybilności zarówno membrany, jak i rdzenia (porowatego podłoża) ceramicznego oraz sprawdzenie odporności tego modułu na warunki pracy. Końcowy moduł filtracyjny składał się z co najmniej jednej warstwy mikrofiltracyjnej o wielkości porów nie większej niż 10 µm.

EN

The goal of this paper is the development of a filtration membrane composition and technology together with the technique of membrane deposition onto ceramic substrates. The definition of membrane composition was produced jointly with analysis of its morphology, mechanical and chemical properties. The application scope of investigation was to verify the compatibility of both membrane and ceramic core, and to validate the resistance of this module against working environment. The final filtration module had to consist of at least one microfiltration film with pore size not greater than 10 µm.

2

Mechanical properties of sandwich products obtained by 3D printing from PLA-PLA/Al2O3

Subramaniyan Madheswaran, Karuppan Sivakumar

Polimery

|

2023

|

Vol. 68, nr 11-12

646--651

EN

The mechanical properties of samples made by 3D printing from poly(lactic acid) (PLA) and PLA filled with 20, 40, 60 and 80 wt% PLA/Al2O3 (85/15) was evaluated. Addition of PLA/Al2O3 improved mechanical properties of PLA. Tensile strength increased by approx. 19%, tensile modulus by 27%, com¬pression modulus by approx. 42%, flexural modulus by 70%, impact strength by 20% and hardness by approx. 14% compared with pure PLA.

PL

Zbadano właściwości mechaniczne kształtek wykonanych metodą druku 3D z poli(kwasu mlekowego) (PLA) napełnionego 20, 40, 60 i 80% mas. PLA/Al2O3 (85/15). Wytrzymałość na rozciąganie zwiększyła się o ok. 19%, moduł sprężystości przy rozciąganiu o 27%, moduł przy ściskaniu o ok. 42%, moduł sprężystości przy zginaniu o 70%, udarność o 20%, a twardość o ok. 14% w porównaniu z czystym PLA.

3

Aluminium oxide (Al22O3)-few layer graphene (FLG) reinforced aluminium hybrid composites

Kaykılarlı Cantekin, Altınışık Zehra, Kılıç E. Can, Uzunsoy Deniz, Yeprem H. Aygül

Composites Theory and Practice

|

2022

|

R. 22, nr 2

72--78

EN

The present study investigates the microstructural and mechanical properties of few layer graphene (FLG, 0.1 to 5 wt.%) and aluminium oxide (Al22O3, 4 to 20 wt.%) reinforced Al6061 matrix composites prepared via mechanical alloying (MA), uniaxial pressing and pressureless sintering. The effects of the amounts of Al22O3 and FLG were studied. MA was carried out at 300 rpm for 3 h in a planetary ball mill in argon atmosphere. The mechanically alloyed (MAed) powders were compacted via uniaxial pressing (400 MPa) and sintering (620°C, 2 h). The microstructural and mechanical properties of the Al-xAl22O3-yFLG powders and bulk samples were investigated via X-ray diffraction (XRD), light microscopy (LM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), the Archimedes’ method and a hardness test. In the XRD analysis, the aluminium carbide (Al4C3) phase was not detected. The SEM, LM micrographs and EDS results show that the produced composites have a homogeneous structure. Based on the Archimedes’ method, the densification rates of the reinforced samples were higher than the unreinforced sample. The Al22O3-3FLG sample exhibited the highest relative density, 99.25%. According to the hardness measurements, the highest hardness value was 87.28 HV for the Al22O3-1FLG composite and increased twofold compared to Al6061.

4

Analiza stereologiczna gęstych spieków kompozytowych w układzie ATZ

Grabowy Marek, Dzidek Wiktoria, Wilk Agnieszka, Wojteczko Kamil, Wojteczko Agnieszka, Łuszcz Maciej, Delikhovskyi Yurii, Pędzich Zbigniew

Materiały Ceramiczne

|

2021

|

T. 73, nr 2

82--91

PL

Kompozyty ATZ (Alumina Toughened Zirconia), składające się z matrycy tetragonalnego ZrO2 modyfikowanej dodatkiem Al2O3, zyskują coraz większą popularność i poszerzają obszar zastosowań wśród ceramicznych materiałów konstrukcyjnych i biologicznych. Wykorzystując mechanizmy poprawy właściwości mechanicznych w kompozytach, udało się znacznie podnieść w nich odporność na kruche pękanie czy wytrzymałość na zginanie. Doskonałe parametry mechaniczne tego typu tworzyw zależą w głównej mierze od ich składu fazowego oraz uzyskanej mikrostruktury. Celem niniejszej pracy było otrzymanie spieków kompozytów ATZ, określenie podstawowych właściwości mechanicznych oraz kompleksowa charakterystyka mikrostruktury nowatorskich kompozytów ATZ. Materiał bazowy wykorzystany do ich przygotowania stanowiła mieszanina proszku ZrO2 otrzymanego za pomocą metod chemii mokrej oraz niewielkiego dodatku nanometrycznego, komercyjnie dostępnego proszku korundu. Właściwe kompozyty ATZ-10 oraz ATZ-20 uzyskano poprzez wprowadzenie do materiału bazowego większych ilości fazy Al2O3 (odpowiednio 10% i 20% obj.). Jako materiał odniesienia do celów porównawczych wykorzystano komercyjnie dostępne proszki nanometrycznego ZrO2 z dodatkiem 3% mol. Y2O3 (typowy materiał TZP). Po należytym przygotowaniu zgładów, wykorzystując mikroskopię skaningową, wykonano szereg zdjęć, które następnie zbinaryzowano i poddano szczegółowej analizie stereologicznej. Uzyskane kompozyty ATZ charakteryzowała wysoka gęstość przekraczająca 99% gęstości teoretycznej, wytrzymałość na zginanie dochodząca do wartości 1 GPa oraz znakomita odporność na kruche pękanie o KIc powyżej 10 MPa•m1/2. Specyficzna metoda wytwarzania, skutkująca intensyfikacją dyfuzji w trakcie spiekania, doprowadziła do uzyskania homogenicznych mikrostruktur o drobnych ziarnach. Analiza stereologiczna pozwoliła na szczegółową charakterystykę mikrostruktury; wyznaczono średni liniowy rozmiar ziaren, średnią powierzchnię ziaren oraz udział poszczególnych faz, odpowiadający realnej zawartości tlenków w zaprojektowanych kompozytach. Znajomość wartości parametrów opisujących postać mikrostruktury stanowi ważny element interpretacji znakomitych właściwości mechanicznych badanych kompozytów ATZ.

XX

ATZ composites (Alumina Toughened Zirconia), consisting of a tetragonal ZrO2 matrix modified with the addition of Al2O3, are gaining more and more popularity and expand the area of application among ceramic construction and biological materials. By using synergistic factors for improving mechanical properties in composites, it was possible to significantly increase their fracture toughness and bending strength. The excellent mechanical properties of this type of materials depend mainly on their phase composition and obtained microstructure. The aim of this study was to obtain novel ATZ composites, determine the basic mechanical properties and conduct a comprehensive characterization of the microstructure of innovative ATZ composites. The base material used for their preparation was a mixture of ZrO2 powder synthesized by wet chemistry methods and a small addition of commercially available corundum nano-powder. The ATZ-10 and ATZ-20 composites were obtained by adding larger amounts of Al2O3 phase into the base material (respectively 10 and 20 vol.%). Commercially available nanometric ZrO2 powders containing 3 mol.% of Y2O3 (typical TZP material) were used as reference material for comparative purposes. After proper preparation of the specimens’ surfaces, a series of images were taken using scanning electron microscopy, which were then binarized and subjected to detailed stereological analysis. The obtained ATZ composites were characterized by high density exceeding 99% of the theoretical density, flexural strength reaching 1 GPa and excellent fracture toughness with KIc above 10 MPa•m1/2. The specific method of fabrication, resulting in diffusion intensification during sintering, led to homogeneous microstructures with fine grains. Stereological analysis allowed for a detailed characterization of the microstructure - the average linear grain size, average grain area and the fraction of individual phases, corresponding to the real content of oxides in the designed composites, were determined. The knowledge of the parameters describing the form of the microstructure is an important element in the discussion about the excellent mechanical properties of the investigated ATZ composites.

5

Direct and In-Direct Strength Evaluation of Refractory Structural Elements Subjected to Temperature Cycles

Awchat Ganesh D.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2021

|

Vol. 15, no 4

160--173

EN

Refractory structural elements used in the lining work of refractory are exposed to a more complex stress-strain behavior due to the temperature variation cycle. To investigate the performance of refractory structural elements, an attempt was made in this research to cast Aluminium Oxide, i.e., 80% Al2O3 castable in the form of cubes of 150 mm x 150 mm x 150 mm size and heated to different temperatures of 100°C to 800°C. Rebound Hammer Test, Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) test performed to evaluate compressive strength refractory structural elements qualitatively and quantitatively. Direct compressive strength of identical heated cube specimens investigated using a compression testing machine. The relationship between direct and indirect test results of compressive strength was established and compared. Four different grade bricks B-1, B-2, B-3, and B-4 heated to 800°C to study the formation of microcracks at high temperatures. The bricks were fired for 0, 2, 4, 6, 8, and 10 cycles up to 800°C and same used for UPV testing, Modulus of Rupture (MoR) tests. The study aimed to correlate direct and indirect strength results helpful in selecting suitable refractory materials in practice. UPV test values plotted with cube specimen heated at 100°C to 800°C revealed that UPV values decrease as temperature increases. The compressive strength of cubes increased with temperature due to the evaporation of water vapor in the matrix and the ceramic bonding effect, which increased cube compressive strength after heating. The graph of the relationship between MoR and UPV for all grade bricks at five heating cycles up to 800°C revealed thermal cracks observed in all B-2 bricks only after third loading cycles. For other specimens, the proportionality relationship between them is linear. The experimental outcome of research provides technical support for the selection of structural elements material in refractory.

6

Optical characterization of thin Al2O3 layers deposited by magnetron sputtering technique at industrial conditions for applications in glazing

Dywel Piotr, Skowroński Łukasz

Materials Science Poland

|

2020

|

Vol. 38, No. 1

108--115

EN

In this study, thin Al2O3 films (11 nm – 82 nm) were deposited by means of a recently developed pulse gas injection magnetron sputtering method and investigated by means of atomic force microscopy, spectroscopic ellipsometry and spectrophotometry. Quite low values of optical constants (1.581 to 1.648 at λ = 550 nm) of the alumina films are directly associated with specific growth conditions (pulse injection of the reactive or reactive + inert gas) in the pulse gas injection magnetron sputtering process. The light transmittance of Al2O3/glass systems (86 % to 90 %) is only a few percent lower than that calculated for glass (93 %).

7

Ceramic injection moulding process of alumina

Matula G., Krzysteczko J., Lipowska B.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2014

|

Vol. 67, nr 1

32--38

EN

Purpose: The aim of this research is presented ceramic injection moulding process of alumina parts. Firstly alumina parts was performed by using binder system. The binder consisted of a mixture of a polypropylene (PP), paraffin wax (PW) and stearic acid (SA). Design/methodology/approach: The volume fractions of powder in the feedstocks were changed from 40-50%vol and the volume of polypropylene were changed from 20-34%vol The concentrations of SA were kept at 6%vol. Secondly the feedstock was heated to melt the binder and injected into a mould. Thirdly the polymeric and wax binder was debinding by using solvent and thermal debinding. The thermal cycle was performed based on the results of the thermogravimetric analysis. Previously samples were sintered in one cycle with debinding of the binder during 23 h at 1400°C using heating rates of 0.5°C/min. Findings: Thermogravimetric analysis (TGA) was performed to determine decomposition temperatures of polypropylene, paraffin and stearic acid. Morphology of alumina powder by scanning electron microscopy (SEM) was disclosed. Originality/value: The paper presents ceramic injection moulding process of alumina parts for selected samples.

8

Growth Characteristics of the Oxide Layer on Aluminium in the Process of Plasma Electrolytic Oxidation

Gębarowski W., Pietrzyk S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

407--411

EN

During the formation of the oxide layer by plasma electrolytic oxidation (PEO), the electrochemical processes are accompanied by the plasma micro-discharges, occurring uniformly over the coated electrode. Application of an alternating current with strictly controlled electrical parameters can affect the character of the discharges, and consequently the properties of the obtained layers. When the cathodic current density exceeds anodic, at some point, a sudden change in the appearance of micro-discharges and a decrease in the intensity of the acoustic emission can be observed - in literature this effect is called “soft sparking”. In the present work, the evolution of the electrical properties of the layers at various stages of their formation has been characterized, using electrochemical impedance spectroscopy. The study showed a significant decrease in charge transfer resistance and increase in capacitance of the oxide layer after reaching the ”soft sparking”. This indicates a significant change in the structure of the oxide layer, in the barrier and main part, which is additionally confirmed by measuring the breakdown voltage.

PL

Podczas formowania warstewki tlenkowej metodą plazmowego utleniania elektrolitycznego (PEO). procesom elektrochemicznym towarzyszą mikro-wyładowania plazmowe, występujące równomiernie na pokrywanej elektrodzie. Zastosowanie prądu zmiennego, o ściśle kontrolowanych parametrach, pozwala wpływać na charakter wyładowań i w konsekwencji na właściwości otrzymywanych warstw. W przypadku, kiedy gęstość prądu katodowego jest wyższa od anodowego, na pewnym jego etapie, można zaobserwować nagłą zmianę postaci wyładowań oraz spadek natężenia emisji akustycznej, co w literaturze nazywane jest tzw. “miękkim iskrzeniem”. W niniejszej pracy została scharakteryzowana ewolucja właściwości elektrycznych warstwy tlenkowej na poszczególnych etapach jej formowania, za pomocą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Przeprowadzone badania pokazały znaczny spadek oporu przeniesienia ładunku oraz wyrost pojemności elektrycznej warstwy po osiągnięciu stanu „miękkiego iskrzenia”. Wskazuje to na duże zmiany zachodzące w strukturze warstwy tlenkowej, w jej części barierowej oraz właściwej, co dodatkowo potwierdzają pomiary napięcia przebicia.

9

Sol-gel Al2O3 antireflection coatings for silicon solar cells

Dobrzański L.A., Szindler M., Szindler M.M., Hajduk C.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2014

|

Vol. 67, nr 1

24-31

EN

Purpose: This paper presents the results of investigations on morphology and optical properties of the prepared aluminium oxide thin films Design/methodology/approach: Thin films were prepared with use of sol-gel spin coating method. The changes of surface morphology were observed in topographic pictures performed with the atomic force microscope AFM. Obtained roughness coefficients values were generated with XEI Park Systems software. The thickness distribution were checked with spectroscopic ellipsometry with use of mapping mode. The optical reflection spectra were measured with UV-Vis spectrophotometry. Findings: Results and their analysis show that the sol-gel method allows the deposition of homogenous thin films of Al2O3 with the desired geometric characteristics and good optical properties. Practical implications: The technology of sol-gel aluminium oxide thin films deposition causes that mentioned thin films are good potential material for optics, optoelectronics and photovoltaics. Originality/value: The paper presents some results of investigations on aluminium oxide thin films prepared with sol-gel spin coating method on polished monocrystalline silicon.

10

Optycznie stymulowana luminescencja detektorów hybrydowych

Mandowska E., Tkaczyk S., Biernacka M., Mandowski A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2013

|

R. 89, nr 10

112-114

PL

Optycznie stymulowana luminescencja (OSL) jest wykorzystywana do wyznaczania dawki promieniowania jonizującego absorbowanego przez próbkę w trakcie ekscytacji. Najbardziej popularnymi detektorami OSL są kryształy Al2O3:C i BeO. Do pewnych zastosowań ważne jest użycie detektora w postaci dużej, elastycznej folii (np. w medycynie). Opracowano nowe detektory OSL umieszczając mikrokrystality Al2O3:C w organicznej matrycy polimerowej. W artykule prezentujemy wyniki badań nowo syntetyzowanych detektorów hybrydowych.

EN

Optically stimulated luminescence (OSL) may be used for estimating dose of absorbed radiation. The most popular OSL detectors are made of Al2O3:C as well as BeO crystals. For some applications (e.g. in medicine) it would be desirable to construct detectors in the form of higharea flexible foils. New OSL detectors were developed by incorporating Al2O3:C microcrystallites into organic (polymer) matrix. The article presents studies of newly synthesised hybrid detectors.

11

Design and Analysis of A Multi Band Electrically Small Antenna Using Ceramic Material Substrate

Ullah M. H., Islam M. T., Mandeep J. S., Misran N.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2013

|

R. 89, nr 1a

271--274

EN

A Multi band modified S shaped electrically small microstrip patch antenna on Aluminium tri-oxide ceramic substrate is designed and analyzed in this paper. The proposed microstrip line fed miniature patch antenna designed by using high frequency electromagnetic solver and the computed results are analyzed by using finite element method. It is observed from obtained results that, the achieved -10 dB return loss bandwidth 410 MHz in Ku band and 350 MHz in K band, 1.5dBi average gain in total operating band, 97.3% of average efficiency are achieved for Ku and K applications. Furthermore, the co-cross polarization of radiation pattern and the current distribution along surface the radiating patch of the proposed antenna are analyzed.

PL

W artykule przedstawiono projekt wielopasmowej prostokątnej anteny mikropaskowej o elektrycznie małych rozmiarach na podłożu ceramicznym z trójtlenku aluminium. W pracy wykorzystano pakiet programowy do obliczania pól elektromagnetycznych wysokich częstotliwości, a otrzymane wyniki poddano analizie metodą elementów skończonych.

12

Corrosion resistance of oxide coatings on aluminium produced at different electrical conditions during PEO process

Gębarowski W., Pietrzyk S.

Ochrona przed Korozją

|

2013

|

nr 11

508--510

EN

The behaviour of oxide coatings in corrosive solution was investigated. Aluminium samples were oxidized by the plasma electrolytic oxidation process.Differentcathodic current densities in AC cycle were used.In order to characterize corrosion resistance of oxide layers, oxidized samples were immersed in 3.5% NaCl solution and their potentialsrelate to reference electrode were recorded. Furthermore linear polarization and EIS measurements in the same solution after different corrosion time were performed.Sample oxidized at condition in which cathodic current density exceeded anodic one is distinguished by higher stability and much lower current during anodic polarization.

PL

W pracy badano zachowanie warstw tlenkowych w środowisku korozyjnym. Na próbkach aluminiowych została wytworzona warstwa tlenkowa na drodze plazmowego utleniania elektrolitycznego. Zastosowano różne gęstości prądowe cyklu katodowego w przebiegu prądu zmiennego. W celu zbadania odporności na korozję, próbki z wytworzoną warstwą tlenkową zostały umieszczone w 3,5% roztworzeNaCl, a następnie był rejestrowany ich potencjał względem elektrody odniesienia. Dodatkowo badano próbki poprzez ich polaryzację liniową oraz za pomocą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Próbki, na których warstwa tlenkowa była wytworzona w warunkach, przewyższającego udziału gęstości prądowej cyklu katodowego nad cyklem anodowym wyróżniały się większą stabilnością oraz znacznie niższymi wartościami natężenia prądu podczas polaryzacji w stronę anodową.

13

Domieszkowana tlenkiem glinu tetragonalna cyrkonia z przeznaczeniem na elektrolit stały do ogniw paliwowych typu SOFC

Obal K.

Logistyka

|

2013

|

nr 4

PL

Tlenki na bazie stabilizowanej cyrkonii należą do najbardziej rozpowszechnionych tworzyw ceramicznych, które wykorzystuje się między innymi do produkcji elektrolitów dla stałotlenkowych ogniw paliwowych SOFC. Wiąże się to z ich wysokim przewodnictwem jonowym, dobrą wytrzymałością mechaniczną oraz chemiczną odpornością. Zastosowanie ogniw SOFC z elektrolitem ZrO2 stabilizowanym 8% mol tlenkiem itru (YSZ) do celów komercyjnych ograniczone jest z powodu wysokiej temperatury pracy rzędu 9001000°C. Obecnie podejmuje się próby zastąpienia regularnej odmiany YSZ tetragonalną cyrkonią stabilizowaną 3% mol tlenkiem itru (3Y-TZP). Przesłanką zastosowania elektrolitu 3Y-TZP do ogniw jest wyższa wytrzymałość mechaniczna oraz niższa energia aktywacji przewodnictwa elektrycznego w porównaniu z materiałem YSZ w zakresie średnich temperatur, tj. poniżej 700°C.

EN

Oxygen conducting solid electrolytes based on zirconia play an important role in technologies such as solid oxide fuel cells (SOFC) electrolytes, oxygen electrochemical pumps and separators and oxygen sensors. Stabilized zirconia has been used almost exclusively as the electrolyte in SOFCs because the material possesses an adequate level of oxygen-ion conductivity and exhibits desirable stability in both oxidizing and reducing atmospheres. Among the various stabilized, the yttria-stabilized material is the most common. However, widespread commercial applications of SOFC with electrolyte based on yttria doped zirconia is limited due to high operating temperatures (700-1000oC). Consequently several approaches have been taken to reduce the operating temperature. The most important challenge is selection of the solid electrolyte exhibiting high ionic conductivity, good mechanical strength as well as high interfacial gas-solid reaction kinetics.

14

Influence of the cathodic pulse on the formation and morphology of oxide coatings on aluminium produced by plasma electrolytic oxidation

Gębarowski W., Pietrzyk S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 1

241-245

EN

Plasma electrolytic oxidation (PEO) is an effective method to obtain hard ceramic coatings on Al, Mg and Ti alloys. Micro-discharges occurring on the electrode surface during process promote the creation of crystalline oxides phases which improve mechanical properties of the coating. By using alternate current (AC) at some current conditions the process can be conducted in ‘soft’ spark regime. This allows producing thicker layers, increasing growth rate and uniformity of layer, decreasing amount of pores and defects. These facts proof the importance of cathodic pulse in the PEO mechanism; however its role is not well defined. In this work, influence of anodic to cathodic current density ratio on kinetics of coating growth, its morphology and composition were investigated. The PEO process of pure was conducted in potassium hydroxide with sodium metasilicate addition. The different anodic to cathodic average currents densities ratios of pulses were applied. The phase composition of coatings was determined by XRD analysis. Morphology of obtained oxide layers was investigated by SEM observations.

PL

Plazmowe utlenianie elektrolityczne (PEO) jest efektywną metodą otrzymywania twardych, ceramicznych powłok głównie na stopach Al, Mg oraz Ti. Mikro-wyładowania występujące na powierzchni elektrody podczas procesu promują tworzenie się krystalicznych faz tlenkowych, które polepszają właściwości mechaniczne powłok. Stosując prąd zmienny, możliwe jest wprowadzenie procesu w tryb tzw. 'miękkiego' iskrzenia przy pewnych parametrach prądowych. Pozwala to otrzymywać grubsze powłoki, zwiększyć szybkość narastania i równomierność warstwy oraz zmniejszyć ilość porów i defektów. Świadczy to o dużym wpływie impulsu katodowego na mechanizm narastania warstwy w procesie PEO, jednak jego rola nie została jeszcze dobrze poznana. W niniejszej pracy badany był wpływ stosunku anodowej gęstości prądowej do katodowej na kinetykę wzrostu warstwy oraz jej morfologię i skład. PEO przeprowadzano w roztworze wodorotlenku potasu z dodatkiem metakrzemianu sodowego. Podkładką było czyste aluminium. Stosowane były przebiegi o różnym stosunku średniej gęstości prądowej anodowej do katodowej. Skład fazowy warstw został określony na drodze analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich. Morfologia warstw tlenkowych była badana na drodze obserwacji pod skaningowym mikroskopie elektronowym.

15

Wpływ synergizmu obróbki cieplno-chemicznej i ubytkowej na wytrzymałość zmęczeniową stykową rolek łożyskowych

Gawroński Z., Łażewski R.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

407-412

PL

Praca przedstawia wyniki przyśpieszonych badań zmęczenia stykowego rolek łożyska tocznego poddanych obróbce cieplno-chemicznej polegającej na konwencjonalnym nawęglaniu gazowym lub nawęglaniu próżniowym. W przypadku nawęglania gazowego po procesie niezbędne jest przeprowadzenie stosunkowo głębokiego szlifowania ze względu na odwęglenie i utlenienie zewnętrznych obszarów TWW (TWW - Technologiczna Warstwa Wierzchnia). Ze względu na ekonomikę procesu zabieg ten realizuje się najczęściej z wykorzystaniem ściernic elektrokorundowych. Właściwości cieplne tego materiału powodują jednak, iż zmianie ulega korzystne z punktu widzenia zmęczenia stykowego widmo naprężeń własnych w TWW. Inaczej jest w przypadku nawęglania próżniowego, gdzie nie ma ryzyka odwęglania i utleniania powierzchni obrabianego detalu - wówczas naddatki na obróbkę wykańczającą są znikome, co sprawia, iż racjonalne staje się zastosowanie ściernic borazonowych CBN. Tego typu ściernice w niewielkim stopniu zmieniają widmo naprężeń własnych otrzymanych po obróbce cieplno-chemicznej w częściach maszyn. Przeprowadzone badania eksploatacyjne dowiodły, iż rolki łożyskowe nawęglane próżniowo i szlifowane borazonem mają znacznie większą trwałość zmęczeniową stykową niż rolki wykonane z tego samego materiału nawęglane konwencjonalnie i szlifowane ściernicą elektrokorundową - co zostało przedstawione w pracy.

EN

The paper presents results of accelerated rolling contact fatigue tests on bearing rollers after conventional and low pressure carburizing. In case of conventional carburizing there are requiring deep grinding due to the decarbonizes and oxidized outside areas of surface layer. In economics of this process point of view the most common in use is aluminum oxide grinding wheel. However, the thermal properties of this material cause that beneficial (in point of view rolling contact fatigue) distribution of residual stresses in surface layer have been changed. Another situation take place in low pressure carburizing method where is no risk of decarbonizes and oxidized surface layer in treated element - therefore surpluses for grinding are insignificant, that makes using of regular boron nitride (CBN) is justified. The influence of using that kind of grinding wheel on residual stresses distribution after thermochemical treatment is minimal. Exploitation researches which have been done clearly shown that bearing rollers after low pressure carburizing and grinding by use CBN wheel got definitely highest rolling contact fatigue limit than samples made from the same material after conventional carburizing and grinding by use aluminium oxide - what has been described in this paper.

16

Wpływ dodatku α - Al2O3 na wytrzymałość resztkową utwardzanych mikrofalami mas formierskich ze szkłem wodnym

Stachowicz M., Granat K., Nowak D.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 2 spec.

203--208

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań wstępnych wpływu bezwęglowego dodatku - tlenku aluminium α - Al2O3 na wytrzymałość resztkową mas ze szkłem wodnym sodowym utwardzanych mikrofalami. Wytrzymałość oznaczano w temperaturze otoczenia na wygrzewanych w piecu próbkach walcowych. Masy do badań sporządzono na osnowie kwarcowej z dodatkiem 2,5% niemodyfikowanego, krajowego szkła wodnego gatunku 145. Wykonane z nich standardowe próbki walcowe utwardzano, stosując innowacyjny proces nagrzewania mikrofalowego, po czym wygrzewano przez 30 minut w temperaturach od 100 do 1200 °C. Po ostudzeniu do temperatury otoczenia określono parametry wytrzymałościowe wygrzewanych próbek. Otrzymane wyniki porównano z danymi literaturowymi oceniając wpływ zastosowanej w badaniach metody utwardzania oraz specjalnego dodatku na przebieg zmian wytrzymałości resztkowej w funkcji temperatury wygrzewania. Analizując wyniki badań stwierdzono pozytywny wpływ na wytrzymałość resztkową mas zarówno innowacyjnego procesu nagrzewania, jak również zastosowanego dodatku α - Al2O3.

17

Mechanizm zużywania modelowego skojarzenia pierścień tłokowy-tuleja cylindrowa wykonanego z żeliwa i kompozytu zbrojonego włóknami Al2O3 ułożonymi stycznie do powierzchni tarcia

Posmyk A., Bąkowski H.

Tribologia

|

2010

|

nr 5

173-180

PL

W pracy przedstawiono mechanizm zużywania skojarzenia pierścień tłokowy–tuleja cylindrowa wykonanego z żeliwa i siluminu okołoeutektycznego zbrojonego włóknami z tlenku glinu. Żeliwo szare lub sferoidalne jest stosowane na pierścienie tłokowe silników spalinowych, a kompozyt na osnowie siluminu na tuleje cylindrowe silników spalinowych. Osnową kompozytu jest stop EN-AC-4700, a fazą zbrojącą są włókna tlenku glinu. Zadaniem fazy zbrojącej jest zmniejszenie skłonności do sczepiana adhezyjnego żeliwa z aluminium w osnowie. Podczas współpracy ślizgowej ma miejsce styk powierzchni żeliwa z wystającymi ponad powierzchnię włóknami tlenku glinu. Zawartość tych włókien i ich ułożenie w stosunku do powierzchni tarcia decydują o wartości lokalnych naprężeń i odkształceń, które wywierają istotny wpływ na opory tarcia i mechanizm zużywania skojarzenia. W pracy przedstawiono wyniki obliczeń lokalnych naprężeń i odkształceń wykonanych MES na modelu, w którym włókna są ułożone stycznie do powierzchni tarcia i prostopadle do kierunku ruchu pierścienia.

EN

The wear mechanism of piston ring-cylinder liner pairing produced from cast iron and eutectic silumine reinforced with alumina fibers has been presented in this paper. Grey or spheroid cast iron is used for the production of piston rings and composite material is used for cylinder liners of combustion engines. EN-AC-4700 –alloy is the matrix of composite and alumina fibers are the reinforcing phase. The function of the reinforcing phase is the decrease of the tendency to adhesion tacking between cast iron and the aluminium matrix. During sliding, the contact exists between cast iron and alumina fibers protruding over the matrix surface. The content of fibers and their orientation to the friction surface determine the level of local stresses and stains, which exercise a significant influence on friction forces and the wear of pairing. The calculated results of local stresses and strains made by MES on the model are presented. The fibers in this model are oriented tangentially to the friction surface and perpendicularly to the direction of movement.

18

Mechanizm zużywania w skojarzeniu żeliwo szare-kompozyt zbrojony cząstkami AL2O3

Posmyk A., Bąkowski H.

Tribologia

|

2009

|

nr 2

183-190

PL

W pracy przedstawiono mechanizm zużywania skojarzenia żeliwo–kompozyt. Żeliwo jest stosowane na pierścienie tłokowe silników spalinowych, a kompozyt na tuleje cylindrowe silników małej mocy. Osnową kompozytu jest stop EN-AW-6062, a fazą zbrojącą są cząstki tlenku glinu. Do wyjaśnienia mechanizmu zbudowano model skojarzenia, wykorzystując metodę elementów skończonych. W modelu uwzględniono zmianę wytrzymałości na styku materiałów osnowy i cząstek fazy zbrojącej. Symulacja z wykorzystaniem zbudowanego modelu pozwoliła wyznaczyć rozkład naprężeń i odkształceń w żeliwie i kompozycie w pobliżu cząstki zbrojącej. Z otrzymanego rozkładu wynika, że w żeliwie w pobliżu cząstek fazy zbrojącej panują naprężenia przekraczające granicę plastyczności żeliwa, co prowadzi do przyspieszonego zużywania żeliwa na etapie docierania skojarzenia. Siły tarcia generują moment, który obraca cząstki słabo związane z osnową. Cząstki usunięte z osnowy powodują zużywanie przez bruzdowanie zarówno żeliwa, jak i materiału osnowy.

EN

The wear mechanism of cast iron-composite material pairing was presented in this paper. Cast iron has been used for piston rings production and composite material for cylinder liners. The matrix of the composite is 6062 alloy and as the reinforcing chase aluminium oxide particles has been used. For an explanation of the wear mechanism the, Finite Elements Method has been used. Three cases have been analysed: first, without movement (ž = 0) and without the transient layer, second, with movement (ž = 0,2) and without the transient layer, third, with movement (ž = 0,2) and with the transient layer. Simulation with the use of a build model allowed us to achieve the distribution of stresses and strains. From the calculated distribution of stresses, it results that the stresses in cast iron near of reinforcing phase particles are higher then the yield strength of cast iron. This lead to accelerated wear of cast iron during the wear-in phase of the rubbing pair. The friction forces generate moment, which rotates the reinforcing particles with weak adherence to the matrix material. Particles are removed from the matrix cause wear of cast iron and matrix material.

19

Model testera do badań tribologicznych w ruchu posuwisto--zwrotnym

Bara M., Służałek G., Bąkowski H.

Mechanik

|

2009

|

R. 82, nr 1

64-65

PL

W pracy przedstawiono model testera do badań tribologicznych oraz model, rozkład naprężeń i odkształceń skojarzenia ślizgowego warstwy tlenku aluminium z tworzywem PEEK/BG. Badania przeprowadzono dla ruchu posuwisto-zwrotnego w warunkach tarcia technicznie suchego przy średniej prędkości ślizgania 0,3 m/s oraz nacisku jednostkowym 0,3 MPa. Przedstawione wyniki badań MES stanowią uzupełnienie testów tribologicznych skojarzenia ślizgowego.

EN

In this article presented the model of tribological tester and distribution of stresses and strains in sliding pair of the aluminum layer with PEEK/BG material. The investigations have been carried out for to-and-from motion with friction in air conditions for average planing speed 0,3 m/s and unit pressure 0,3 MPa. Results of investigations by means of FEM are tribological tests complement in sliding pair.

20

Laser surface treatment of magnesium alloys with aluminium oxide powder

Dobrzański L. A., Malara S., Tański T.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 1

70-77

EN

Purpose: The aim of this paper was to improve the magnesium cast alloys surface layer by laser surface treatment and to determine the laser treatment parameters. Design/methodology/approach: The laser treatment of magnesium alloys with alloying Al2O3 powder of the particle about 80ěm was carried out using a high power diode laser (HPDL). The resulting microstructure in the modified surface layer was examined using scanning electron microscopy. Phase composition was determined by the X-ray diffraction method using the XPert device. The measurements of microhardness of the modified surface layer were also studied. Findings: The alloyed region has a fine microstructure with hard carbide particles. Microhardness of laser surface alloyed layer was significantly improved as compared to an alloy without laser treatment. Research limitations/implications: The investigations were conducted for cast magnesium alloys MCMgAl12Zn1, MCMgAl9Zn1, MCMgAl6Zn1, MCMgAl3Zn1 and Al2O3 powder of the particle size about 80 ěm. One has used laser power in the range from 1.2 to 2.0 kW. Practical implications: The results obtained in this investigation were promising comparing with the other conventional processes. High Power Diode Laser can be used as an economical substitute of Nd: YAG and CO2 to improve the surface magnesium alloy by feeding the carbide particles. Originality/value: The value of this paper is to define the influence of laser treatment parameters on quality, microstructure and microhardness of magnesium cast alloys surface layer.