This article presents the research results on impact of the method of polycrystalline graphene layers separation from the growth substrate on the obtained carbon material quality. The studies were carried out on graphene sheets obtained by metallurgical method on a liquid metal substrate (HSMG® graphene). The graphene was separated using chemical etching method or the electrochemical delamination method, by separating by means of electrolysis. During electrolysis, hydrogen is emitted on a graphene-covered of cathode (metal growth substrate) as a result of the voltage applied. The graphene layer breaks away from metallic substrate by gas accumulation between them. The results from these separation processes were evaluated by means of different tools, such as SEM, TEM and AFM microscopy as well as Raman Spectroscopy. In summary, the majority of analyses indicate that the graphene obtained as a result of hydrogen delamination possesses higher purity, smaller size and number of defects, its surface is smooth and less developed after the transfer process to the target substrate.
The article presents the results of studies on the efficacy of water desalination (i.e. Elimination of NaCl ions from the solution) using graphene-polyamide composite membranes. The membranę used for filtration consists of a monolayer of polycrystalline graphene on a porous polyamide carrier support (nylon 66). The degree of desalination for an aqueous NaCl solution percolated through the membrane was 18%. In the future this type of membrane may replace the currently used reverse osmosis membranes.
Domieszkowane SiOx powłoki węglowe zostały wytworzone metodą RF PACVD (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) z wykorzystaniem mieszaniny metanu (CH4 ) oraz heksametylodisiloksanu (HMDSO). Procesy syntezy prowadzono przy różnych proporcjach przepływu CH4/ HMDSO oraz w szerokim zakresie ujemnego potencjału autopolaryzacji elektrody rf. Jako substraty zastosowano utleniany stop tytanu Ti6Al7Nb. Badania współczynnika tarcia oraz odporności na zużycie przez tarcie przeprowadzono metodą kula–tarcza za pomocą tribotestera T-11 oraz przeciwpróbki wykonanej ze stali 100Cr6. Analizę śladów wytarcia prowadzono za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz spektroskopii Ramana. Odporność na zużycie przez tarcie określano na podstawie zarejestrowanych profili wytarcia powłok oraz przeciwpróbek. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają zróżnicowany wpływ parametrów procesów syntezy na właściwości tribologiczne otrzymanych powłok. Zarejestrowano wyraźnie pozytywny wpływ domieszki SiOx na zmniejszenie współczynnika tarcia badanych powłok obserwowany już w zakresie poniżej 0,5% at. Si. Niemniej jednak dla niższych potencjałów autopolaryzacji powłoki o dużej zawartości krzemu i tlenu uległy zniszczeniu po kilku metrach drogi tarcia. Głównym mechanizmem zużycia powłok a-C:H:SiOx jest efekt trzeciego ciała. Wydaje się, że domieszkowanie powłok węglowych SiOx ogranicza zjawiska grafityzacji prowadzące do powstania warstwy przejściowej spełniającej rolę smaru stałego. Pomimo wyraźnie mniejszych oraz stabilnych wartości współczynników tarcia powłok a-C:H:SiOx przy większych zawartościach krzemu i tlenu nie zapewniają one wystarczającej ochrony przed zużyciem współpracujących elementów.
EN
SiOx incorporated carbon coatings were synthesized using RF PACVD (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) method with use of mixture of methane (CH4) and hexamethylodisiloxane (HMDSO). The processes of synthesis were conducted using different CH4/HMDSO flow ratios and wide range of the self-bias potential of the r.f. electrode. As the substrate oxidized Ti6Al7Nb titanium alloy was used. Friction coefficient and wear resistance analysis was performed using the T-11 tribometer in the ball–on–disc configuration and counterpart made of 100Cr6 steel. Wear track analysis was made using scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. The resistance against wear was determined basing on the registered wear profiles and scars on the surface of the coatings and the balls respectively. The results of the conducted examinations prove the varied impact of the process parameters on the tribological properties of the obtained coatings. A noticeably positive influence of SiOx incorporation on the decreasing value of the coefficient of friction was registered for as low concentration of silicon as 0.5 at. %. Nevertheless for low self-bias potentials coatings with high concentration of silicon and oxygen were damaged just after few meters of the sliding distance. The main wear mechanism of a-C:H:SiOx coatings is the third body effect. It seems that incorporation of SiOx into carbon coatings limits the graphitisation phenomena, which lead to formation of the transition layer acting as the solid lubricant. Despite significantly lower and stable coefficients of friction of a-C:H:SiOx coatings with higher concentrations of silicon and oxygen they do not provide sufficient protection against wear of the co-working elements.
In this work, the growth mechanisms of chemical vapor deposited and metallurgical graphene and their selected mechanical and electrical properties were investigated. The study revealed the influence of the growth mechanisms on monoand poly-crystalline nanostructures of synthesized graphene monolayers. The structure of flake boundaries greatly affects both the mechanical and electrical properties. The key factors are overlapping of the graphene flakes, their degree of mismatch and the presence of π type bonds. All of these issues should be taken into account when developing industrially scaled technologies for graphene manufacturing.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań mechanizmów wzrostu oraz wybranych właściwości mechanicznych i elektrycznych grafenu chemicznie osadzanego z fazy gazowej oraz grafenu metalurgicznego. Badania wykazały wpływ mechanizmów wzrostu na mono- i polikrystaliczne nanostruktury syntetyzowanych monowarstw grafenu. Struktura granic płatków grafenu znacząco wpływa zarówno na właściwości mechaniczne jak i elektryczne. Kluczowymi czynnikami są: nakładanie się płatków grafenu, stopień ich niedopasowania oraz obecność wiązań typu π. Wszystkie te aspekty powinny być brane pod uwagę przy opracowywaniu technologii produkcji grafenu na skalę przemysłową.
This paper describes two stages of optimization of the properties of 2024 and 7075 aluminium alloys, in particular their resistance to pitting by first T6, T6I6 or T6I4 treatment, and second increase its tribological properties by depositing by RF PACVD method a gradient coating of high adhesion to the substrate. Quantitative microstructural characteristics reveals that it is possible to increase hardness (up to 190HV for 7075 alloy) with relatively high yield strength (520 MPa) and high ultimate elongation (about 20%) by optimizing dispersion of precipitates using two-stage artificial aging process. Next to eliminate forming of thin Al2O3 layer with relatively poor adhesion to the aluminium substrate, gradient a-C: H/Ti layers synthesis hybrid plasma chemical RF PACVD reactor equipped with pulsed magnetron sputtering system was used. Using such configuration enables forming a thick and highly adherent diamond-like carbon layer on aluminium surface with low coefficient of friction (0.05), at a substrate temperature below 470K. Due to application of Ti magnetron cathode it was possible to improve the adhesion strength up to 30mN of diamond-like carbon layer to the covered substrate. Influence of deposition parameters on microhardness profile as well as adhesion and morphology were determined by nanotest and AFM, respectively.
PL
W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań doboru parametrów dwuetapowego procesu obróbki cieplnej stopów aluminium, w szczególności podwyższenia odporności na pitting poprzez zastosowanie obróbki T6, T6I4 lub T6I6 oraz odporności na zacieranie poprzez osadzenie metodą RF PACVD warstw gradientowych o wysokiej adhezji do podłoża. Przeprowadzona analiza wyników badań dowodzi, że istnieje możliwość podwyższenia twardości (nawet do 190 HV dla stopu 7075) przy relatywnie wysokiej jego granicy plastyczności (520 MPa) i wysokim wydłużeniu przy zerwaniu (20%) na drodze optymalizacji dyspersji wydzieleń poprzez zastosowanie dwuetapowego starzenia. W celu wyeliminowania tworzenia się cienkiej warstwy Al2O3 charakteryzującej się relatywnie niska adhezja do podłoża osadzono, przy pomocy reaktora RF PACVD wyposażonego w źródło rozpylania magnetronowego, gradientową powłokę a-C: H/Ti. Zastosowanie niniejszej konfiguracji umożliwiło w temperaturze poniżej 470K wytworzenie na podłożu aluminiowym cienkiej, dobrze przylegającej powłoki weglowej charakteryzującej się niskim współczynnikiem tarcia (0.05). Zastosowanie tytanowej katody magnetronowej umożliwiło osiągnięcie wartości adhezji powłoki węglowej do podłoża na poziomie 30 mN. Wpływ parametrów osadzania zarówno na profil mikrotwardości jak i adhezje oraz morfologie przebadano przy użyciu technik nanoindentacji oraz Mikroskopu Sił Atomowych.
W artykule przedstawiono wyniki badań doboru parametrów dwuetapowego procesu obróbki cieplnej stopów aluminium, w szczególności podwyższenia odporności na pitting przez zastosowanie obróbki T6I6 i tworzenia się umacniających faz rdzeniowych (core-shell). Ponadto w celu wyeliminowania tworzenia się cienkiej warstwy Al2O3 charakteryzującej się relatywnie słabą adhezją do podłoża osadzono za pomocą reaktora RF PACVD wyposażonego w źródło rozpylania magnetronowego gradientową powłokę a-C:H/Ti. Zastosowanie takiej konfiguracji umożliwiło w temperaturze poniżej 200°C wytworzenie na podłożu aluminiowym cienkiej, dobrze przylegającej powłoki węglowej charakteryzującej się małym współczynnikiem tarcia (0,05). Wpływ parametrów osadzania zarówno na profil mikrotwardości, jak i adhezję oraz morfologię badano za pomocą nanoindentacji oraz mikroskopu sił atomowych.
EN
This paper describes two stages of optimization of the properties of 2024 (Al- CuMg) aluminium alloy, in particular their resistance to pitting by first T6I6 treatment in order to form a core-shell precipitates. And second, to eliminate forming of thin Al2O3 layer with relatively poor adhesion to the aluminium substrate, gradient a-C:H/Ti layers synthesis hybrid plasma chemical RF PACVD reactor equipped with pulsed magnetron sputtering system was used. Using such configuration enables forming a thick and highly adherent diamond-like carbon layer on aluminium surface with low coefficient of friction (0,05) at a substrate temperature below 200°C. Influence of deposition parameters on microhardness profile as well as adhesion and morphology were determined by nanotest and AFM, respectively.
Współcześnie wraz z rozwojem medycyny, w szczególności technik operacyjnych i zabiegów, następuje bardzo szybki postęp w dziedzinie biomateriałów. W dalszym ciągu istnieje potrzeba poszukiwania nowych materiałów o kontrolowanej biokompatybilności i określonych właściwościach użytkowych, które mogą poprawić komfort życia oraz przyśpieszyć proces leczenia pacjentów cierpiących m.in. na różnego rodzaju alergie. Nowoczesne technologie inżynierii powierzchni pozwalają na tworzenie nowych oraz modyfikowane już istniejących typów powłok, polepszając tym samym ich właściwości użytkowe oraz niejednokrotnie nadając nowe cechy, jak choćby właściwości antybakteryjne. Przykładem takiego materiału mogą być domieszkowane srebrem nanokompozytowe powłoki amorficznego węgla wytworzone na powierzchni stali AISI316LVM. Diamentopodobne powłoki węglowe wytworzono hybrydową metodą RFPACVD/MS (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapor Depostion /Magnetron Sputtering). Powłoki następnie domieszkowano jonami srebra metodą implantacji jonów. Tak otrzymane podłoża badano pod kątem składu chemicznego, morfologii i topografii powierzchni, kąta zwilżania oraz właściwości mechanicznych. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na znaczną poprawę wartości parametru H/E bez zmiany wyjściowej twardości powłoki węglowej oraz zmianę udziału składowej polarnej i dyspersyjnej swobodnej energii powierzchniowej przy zachowaniu hydrofilowych właściwości powłoki.
EN
Nowadays, the advances in medicine, in particular, surgical techniques, are followed by very vast grow of the biomaterials market. Thus, there is a tangible need for development of new materials with controlled bioactivity and certain useful properties that can improve the quality of life and the healing processes o fpatients suffering from various types of allergies. Modern technologies in surface engineering allow creation of new and modification of existing types of coatings, thereby improving their performance and often adding extra features, such as antibacterial properties. An example of such material may be nanocomposite silver doped carbon coating deposited on AISI 316LVMsteel. Diamond-like carbon coatings were prepared by hybrid RF PACVD/MS (Radio Frequency Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition / Magnetron Sputtering) deposition technique. Synthesized layers were subsequently doped with silver ions by means of the ion implantation method. Modified substrates were characterized in terms of chemical composition, morphology and surface topography, contact angle and mechanical properties. Results of this study show high value of H/E ratio for carbon and silver doped coatings and the evolution of the polar and dispersive component of surface free energy, while maintaining the hydrophilic properties of the coating.
W pracy przedstawiono wyniki badań nad metodą wytwarzania powłok Al2O3 metodą aerozol-żel. Metoda ta jest modyfikacją klasycznego procesu zol-żel i polega na ultradźwiękowym generowaniu mgły aerozolu i osadzaniu go na wybranym podłożu. Zaletą takiej modyfikacji jest możliwość osadzania powłok tlenkowych na podłożach o skomplikowanej lub porowatej powierzchni. Powłoki Al2O3 osadzane metodą aerozol-żel były następnie obrabiane cieplnie temperaturze 300÷700°C. Przeprowadzono badania morfologii powierzchni, budowy chemicznej i strukturalnej oraz twardości i adhezji wytworzonych powłok. Stwierdzono, że po wygrzewaniu w 300°C powłoka wykazuje amorficzną strukturę pseudobohemitu, natomiast po wygrzewaniu w temperaturze 500°C i 700°C otrzymano powłoki y-Al2O3.
EN
An aerosol-gel technique has been used for film deposition in this work. This process is the modification of the sol-gel method in which ultrasonically generated aerosol is used for formation of liquid films. The aerosol-gel method enables the deposition of films on substrates with complex or porous surface In this work the alumina aerosol-gel deposited films were thermally treated at the temperature of 300÷700°C. The study of surface morphology, chemical and crystalline structure as well as hardness and adhesion of films were carried out. The dependence of deposition and condensation conditions on morphology and structure of the films have been studied. It was found that after annealing at 300°C film revealed amorphous psuedobohemit structure while after annealing at 500°C and 700°C y-Al2O3 films were obtained.
W artykule przedstawiono wyniki badań azotowania pod obniżonym ciśnieniem stopu gamma TiAl, prowadzonego w uniwersalnym piecu próżniowym VPT-4022/24. Badaniu poddano wpływ parametrów azotowania na strukturę, morfologię oraz grubość wytworzonej warstwy. Dodatkowo przeprowadzono analizę składów fazowych, a także nanotwardości wytworzonych warstw. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że azotowanie próżniowe realizowane w jednokomorowej instalacji uniwersalnej pozwala na modyfikację warstwy wierzchniej stopu gamma TiAl przez wytworzenie twardych, odpornych na ścieranie struktur azotowych oraz roztworu stałego w strukturze gamma-TiAl. Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, iż proces azotowania przy obniżonym ciśnieniu, w odniesieniu do stopów tytanu, może być atrakcyjną alternatywą dla takich procesów, jak azotowanie w wyładowaniu o częstotliwości radiowej czy azotowanie za pomocą lasera diodowego, szczególnie przy obróbce detali o większych przekrojach.
EN
The research results of vacuum nitriding of gamma TiAl alloy in universal vacuum furnace VPT 4022/24 have been presented in this paper. Influence of nitriding parameters on structure, morphology and thickness of created layer was examined, additionally the analysis of phase composition and nanohardness has been obtained. On the basis of received results found, there is possibility to modify surface layer of gamma TiAl alloy in universal, one chamber vacuum installation by vacuum nitriding, where, during process, hard, abrasion resistant nitrogen compounds and nitrogen solid solutions in y-TiAl are created. Obtained results allow to state that vacuum nitriding process related to titanium alloys can be attractive alternative to radio frequency nitriding, diode laser nitriding, especially in treating details with larger transverse cross-sections.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: EU directive of CO2 emission reduction causes many applied technologies to become unprofitable considering environmental protection. Due to that, there is an urgent need to create new or modify existing technological solutions - especially in the field of materials engineering. One of the options to reduce CO2 emission is replacement of parts made of steel by Aluminum -Lithium alloys mainly in such branches like automotive and aircraft industry. Design/methodology/approach: Prenitriding option was carried out in low pressure plasma discharge mode, at a substrate temperature below 200şC followed by the deposition of 500 nm thick SixNy coating. Morphology and mechanical properties were compared with substrate without prenitriding treatment. Findings: In this paper, first promising results of surface treatment with the use of prenitriding option of Al-Li alloy are presented. The results showed that the wear resistance of the Al-Li alloy may be modified by application of plasma enhanced CVD [1-4]. Two different types of surface modification were applied. Research limitations/implications: In case of vehicles’ parts, subjected to wear or/and contact fatigue a use of light weight alloys gives rise to many difficulties, caused by their low surface parameters. The aluminium alloys applied for elements operated in wear contact even with the best possible mechanical properties at the moment, it is limited due to still not enough tribological properties. The research in this field may bring another reduction of vehicles total weight. Practical implications: At present, ultra light materials with high durability are elaborated for components, e.g. in automotive industry mainly to realize a light gearbox. Originality/value: Functional Gradient Coatings (FGC) was deposited below temperature which could cause destruction of “tailored” structure of the substrate.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: In this article mechanical properties together with wear mechanism of paper knife-edge die made of A 681 steel with TiN, TiCN and DLC coating were analyzed. A Paper knife-edge die using in stamping machine, serves a map of complicated graphical projects. However wear resistance is strongly dependent on chemical composition of a paper mainly on the TiO2 content. Design/methodology/approach: In order to optimize the wear resistance of analyzed paper knife-edge die, influence of HS6-5-2 and A 681 substrate with Duplex treatment (vacuum nitriding/ TiN, TiCN and DLC antiwear coatings deposition) were compared. Morphology and mechanical properties (hardness, adhesion) were measured. Findings: The present results show that the duplex treatment (nitriding/TiN) is a very promising technology for protection of paper knife-edge dies due to the uniform, dense structure with a high adhesion to the HS6-5-2 substrate. Hybrid layer fabricated by the gas nitriding and vacuum arc deposition presented improved mechanical properties. Research limitations/implications: In further examinations to compare the results obtained for each layer it should be taken into consideration to manufacture the gradient DLC layers onto nitrided high-speed cutting steel. For full analysis of worked out technology additional examinations concerning investigation of friction coefficient and wear resistance and corrosion features of deposited layers should be conducted. Originality/value: Our experiments provide in this case the evidence of increased mechanical properties of HS6-5-2 steel together with Duplex treatment (TiN coating) instead of A 681 substrate with TiN or TiCN coating.
W porównawczym artykule prezentujemy dwa sprawdzone sposoby dokonywania pomiaru prędkości i przepływu powietrza w przewodzie wentylacyjnym lub przemysłowym: z użyciem przetwornika z sondą cieplno-oporową oraz przetwornika z elementami Debimo (lub rurką Pitota). Wybór zestawu odpowiedniego uzależniony jest m.in. od temperatury przepływającego czynnika, wymiarów przekroju, w którym na być dokonywany pomiar, zanieczyszczenia powietrza pyłami. Dla ukazania różnic w tabeli zostały zestawione wybrane informacje na temat tych dwóch rozwiązań.
Dla prawidłowej pracy instalacji wentylacyjnej, chłodniczej, czy klimatyzacyjnej konieczne jest osiągnięcie zaprojektowanych parametrów powietrza. Istotnym parametrem podlegającym ocenie jest prędkość oraz ilość przepływającego powietrza. Najczęściej parametry te mierzone są bezpośrednio w przewodach lub w okolicach kratek nawiewnych lub wywiewnych. Zastosowanie mierników KIMO gwarantuje szybki i dokładny pomiar prędkości oraz ilości powietrza w we wszystkich instalacjach, w których wymagane jest dokonanie pomiarów.
Regeneracja części poprzez napawanie w połączeniu z obróbką cieplno-chemiczną tych części pozwaIa na odtworzenie własności eksploatacyjnych warstwy wierzchniej elementu lub w wielu przypadkach nawet polepszenie tych własności. Jedną z tych koncepcji jest połączenie napawania z nawęglaniem próżniowym. Sterowanie procesem nawęglania próżniowego wspomagane jest symulacją komputerową tego procesu. Symulator umożliwia taki dobór parametrów procesu nawęglania, który pozwoli uzyskać założony rozkład węgla w warstwie wierzchniej stali. W artykule przedstawiono badania mające na celu wykorzystanie tych symulacji również do sterowania nawęglaniem próżniowym warstw napawanych. Przeprowadzone symulacje wykazały, ze możliwe jest przewidywanie profilu stężenia węgla w warstwie wierzchniej.
EN
The regeneration of the machine parts by pad welding in connection with thermo-chemical treatment of these parts allows recovering the exploitation properties and sometimes even theirs improvement. One of the concepts is the combined of the pad welding with vacuum carburizing. The control of the carburizing process is aided with computer simulation. The simulating program allows selecting the parameters to obtain the desired carbon concentration profile in the surface layer. The investigations that aimed to use these simulations in steering and controlling of the vacuum carburizing processes of the pad welded layers are presented in this paper. The conducted simulations pointed out that the prediction of the carbon concentration in surface layers is possible.
W pracy przedstawiono wyniki badań grubości warstw nawęglonych oparte na rzeczywistych procesach przeprowadzonych na stanowisku do nawęglania próżniowego oraz symulacji numerycznego modelu nawęglania z uwzględnieniem geometrii obrabianych części. Aplikacja komputerowa wyposażona została w opcję automatycznego dobierania parametrów poszczególnych segmentów, co w dużym stopniu przyczyniło się do zmniejszenia czasu optymalizacji parametrów całego procesu. Ponadto prezentowana aplikacja stanowić będzie integralną część opracowanego systemu eksperckiego przeznaczonego do doboru prawidłowej, dla założonych warunków eksploatacyjnych, budowy warstwy wierzchniej oraz optymalnego przebiegu procesu technologicznego.
EN
In the paper the results of carburised layers depth investigation, based on real carburizing processes and numerical carburizing model simulation, were presented. Computer simulation has been equipped with automatic process estimation procedure leading to decrease of calculation and optimizing time. Moreover, the application is the essential part of expert system for optimal process run selection.
W oparciu o analizę technicznych i ekonomicznych walorów nawęglania próżniowego z hartowaniem w gazach obojętnych wykazano nieuchronność zastępowania nim w praktyce przemysłowej tradycyjnych technologii nawęglania. Przedstawiono rezultaty prac badawczo-rozwojowych i wdrożeniowych w zakresie oryginalnej metody nawęglania próżniowego, urządzeń do jej realizacji oraz oprogramowania do modelowania parametrów procesu.
EN
Taking into account the analysis of technical and economic advantages of vacuum carburizing with quenching in inert gases, it has been proved, that it is necessary that this method replaces traditional carburizing technologies in industrial practice. The results of research and development as well practical works in the range of original vacuum carburizing method, devices for its into practice and computer software for modeling process parameters are presented.
In the paper the results of carburized layers depth investigation, based on real carburizing processes and numerical carburizing model simulation, were presented. Obtained results taking in account assumed numerical model, demonstrates good agreement with experimental investigations.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań grubości warstw nawęglonych oparte na rzeczywistych procesach przeprowadzonych na stanowisku do nawęglania próżniowego oraz symulacji numerycznego modelu nawęglania. Otrzymane w oparciu o założony model numeryczny wyniki pokazują dużą zgodność z weryfikacją doświadczalną.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.