Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tribologia powłok węglowych w podwyższonej temperaturze

Kot M., Zimowski S., Major Ł., Chronowska-Przywara K., Rakowski W.

Tribologia

|

2015

|

nr 3

55--64

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mechanicznych i tribologicznych powłok węglowych a-C, a-C:H i a-C:N. Właściwości tribologiczne takich powłok wciąż nie są dostatecznie rozpoznane, zwłaszcza w przypadku analiz prowadzonych w podwyższonych temperaturach. W ramach pracy analizowano właściwości mechaniczne – twardość i moduł sprężystości oraz właściwości tribologiczne – wskaźnik zużycia i współczynnik tarcia w temperaturze 20ºC i 300ºC. Najtwardszą z powłok okazała się powłoka a-C – 17 GPa, a najmiększą a-C:H – 7GPa. Testy tribologiczne w temperaturze pokojowej wykazały, że współczynnik tarcia jest najmniejszy dla powłoki a-C, a najwyższy dla a-C:N – odpowiednio m = 0,05 i 0,24. Najniższe wartość wskaźnika zużycia zmierzono także dla powłoki a-C. Natomiast w temperaturze 300ºC najlepszą okazała się powłoka uwodorniona a-C:H, dla której zużycie było tylko nieznacznie wyższe niż w temperaturze pokojowej, a współczynnik tarcia wynosił 0,04. Zużycie powłoki a-C:N jest 20-krotnie większe niż powłoki a-C:H, chociaż współczynnik tarcia w całym zakresie 20 000 cykli testu tribologicznego wynosił tylko 0,05. Natomiast powłoka a-C w warunkach przeprowadzanego testu została całkowicie zniszczona już po 7000 cykli.

EN

The paper presents the results of the mechanical and tribological coatings of carbon a-C, a-C:H and a-C:N coatings. The hardest coatings H = 17 GPa is a non-hydrogenated a-C coating, while the softest one is a-C:H - 7 GPa. Tribological tests performed at 20°C exhibited the lowest coefficient of friction 0.05 for the a-C coating. In a case of this coating, the lowest value of wear index was also measured. The hydrogenated and nitrogenated coatings have higher friction m = 0.14 and 0.24 respectively. However, the wear of these coatings was higher than for a-C, but it was still at low level comparing to typical ceramic coatings. In contrast, the hydrogenated a-C:H coating exhibited the best wear resistance at 300°C. The wear index was only 50% higher than at room temperature and the friction coefficient varied within the range of 0.03-0.05. The nitrogenated coating a-C:N has 20 times higher wear than the a-C:H coating, although the friction coefficient was only 0.05 over the whole test duration – 20000 cycles. The best coating (a-C) at in room temperature was the worst at elevated temperatures. This coating was completely destroyed after 7000 cycles.

2

Mikroudarowe pękanie zmęczeniowe powłok tribologicznych

Rakowski W., Adamczyk P., Zimowski S.

Tribologia

|

2015

|

nr 4

145--157

PL

W układach powłoka–podłoże pola naprężeń wywołane cyklicznymi mikroudarowymi obciążeniami powodują złożone skutki zarówno w materiale powłoki, jak i w połączeniu powłoki z podłożem (interfejs) oraz w materiale podłoża. Ich następstwem jest inicjacja i propagacja pęknięć zmęczeniowych prowadząca do ubytków materiału. Narzędziem do przybliżonej, teoretycznej analizy pól naprężeń w tych trzech ośrodkach jest zmodyfikowana teoria Hertza, wykorzystana do określenia głębokości zalegania punktu maksymalnej koncentracji naprężeń oraz promienia styku układu powłoka/podłoże w kontakcie z kulą. Wyznaczony analitycznie promień styku układu powłoka/podłoże w kontakcie z kulą został zweryfikowany eksperymentalnie. Dla celów projektowania oraz właściwej eksploatacji narzędzi i elementów maszyn z powłokami estymowano położenie zbioru punktów maksymalnej koncentracji naprężeń stykowych względem interfejsu. Przedstawiona analiza teoretyczna procesu zmęczenia układu powłoka/podłoże została zweryfikowana w badaniach eksperymentalnych.

EN

The stress field in the coating/substrate system causes combined effects on both the coating and substrate materials due to cyclic loads. The consequence is the initiation and propagation of fatigue cracks leading to a loss of materials. A theoretical means of the analysis of the stress field in these systems is the modified Hertz theory, which is used to determine the depth of the point of maximum stress concentration and the contact radius of coating/substrate system in contact with the ball. The analytically contact radius of the coating/substrate system in contact with a ball was determined and experimentally verified. For the purposes of design and the proper operation of tools and machine parts with coatings, the points of maximum contact stress concentration were estimated. The analysis of the theoretical fatigue process of coating/substrate systems was verified in the experimental research.

3

Struktura i natężenie zgonów według płci i wieku w Polsce w latach 1950-2012

Rakowski W.

Studia i Materiały / Europejska Uczelnia Informatyczno-Ekonomiczna w Warszawie

|

2015

|

Nr 2(10)

101--125

PL

W latach 1950-2012 przy zmieniającej się liczbie mieszkańców w Polsce (25-38,5 mln) liczba zgonów ogółem zamykała się w przedziale od 224,2 tys. w 1960 r. do 405,7 tys. w 1991 r. Z demograficznego i ekonomicznego punktu widzenia ważna jest struktura płci i wieku osób umierających. W artykule omówiono zmiany natężenia zgonów według grup wieku i płci w latach 1950-2012 oraz na przykładzie 2011 r. porównano je z wybranymi krajami europejskimi. O postępie w zmniejszeniu zgonów w Polsce świadczy udział grup wieku 0-19 oraz 70 lat i powyżej w zgonach ogółem. I tak udział najmłodszych roczników zmalał z 36,89% w 1950 r. do 0,94% w 2012 r., a udział najstarszych roczników wzrósł odpowiednio z 24,59% do 62,58%. Mimo dużego postępu, zwłaszcza w subpopulacji 0-14 lat, jaki nastąpił w Polsce w zmniejszeniu natężenia zgonów, w grupach wieku 15-69 lat natężenie zgonów mężczyzn jest około dwukrotnie większe niż w krajach europejskich reprezentujących wysoki poziom rozwoju gospodarczego. Zgony ludzi młodych i w wieku aktywności zawodowej należy traktować jako utratę drogocennego kapitału społecznego. Powstaje problem, co należy uczynić, aby obniżyć natężenie zgonów ogółem, a szczególnie mężczyzn w wieku produkcyjnym, w którym natężenie zgonów jest zbyt wysokie.

EN

The number of deaths in Poland varied from 224,2 thousands in 1960 to 405,7 thousands in 1991 in 1950-2012. It is important (from demographic and economic point of view) to analyse structure of sex and age of persons who passed away. In the article one can find the analysis of intensity of the deaths according to age and sex in 1950-2012 and taking the example of 2011 they were compared to choose European countries. The participation of the age group 0-19 and the age group 70+ in the overall number of deaths may prove the civilization progress. Younger die in the lower proportion now. 1950 they constituted 36,89% and in 2012 0,94%. Older – contrary. Their participation rose from 24,59% to 62,58%. Nevertheless the progress was visible (especially in the group 0-14), the intensity of deaths in the age span 15-69 is twice higher as in the European countries, representing high economic level of development. The deaths of young healthy persons should be treated as the loss of social capital. The author considers the ways of reducing the quota of deaths of productive men.

4

Application of cubic box spline wavelets in the analysis of signal singularities

Rakowski W.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2015

|

Vol. 25, no. 4

927--941

EN

In the subject literature, wavelets such as the Mexican hat (the second derivative of a Gaussian) or the quadratic box spline are commonly used for the task of singularity detection. The disadvantage of the Mexican hat, however, is its unlimited support; the disadvantage of the quadratic box spline is a phase shift introduced by the wavelet, making it difficult to locate singular points. The paper deals with the construction and properties of wavelets in the form of cubic box splines which have compact and short support and which do not introduce a phase shift. The digital filters associated with cubic box wavelets that are applied in implementing the discrete dyadic wavelet transform are defined. The filters and the algorithme à trous of the discrete dyadic wavelet transform are used in detecting signal singularities and in calculating the measures of signal singularities in the form of a Lipschitz exponent. The article presents examples illustrating the use of cubic box spline wavelets in the analysis of signal singularities.

5

Wpływ twardości i sprężystości podłoża na mikroudarowe zużycie zmęczeniowe powłoki

Rakowski W., Zimowski S., Adamczyk P.

Tribologia

|

2014

|

nr 5

147--158

PL

Badania mikroudarowej wytrzymałości powłok tribologicznych przeprowadzono w celu uzyskania wiedzy o pękaniu i odspajaniu fragmentów powłoki pod wpływem powtarzających się cyklicznie obciążeń o charakterze udarowym, w zależności od twardości i sprężystości podłoża. Niszczenie powłoki następuje pod wpływem kumulacji efektów zmęczeniowych w długich okresach mierzonych liczbą uderzeń przy założonej sile i energii kinetycznej uderzenia. Badano powłoki TiN o grubości 0,5 μm osadzone na stali ferrytycznej i austenitycznej. Twardość i sprężystość obu podłoży oraz układów powłoka–podłoże wyznaczono przy użyciu Micro-Combi-Testera firmy CSEM. Badania mikroudarowej wytrzymałości zmęczeniowej wykonano na stanowisku zaprojektowanym i zbudowanym w Laboratorium Tribologii i Inżynierii Powierzchni AGH. Stwierdzono istotny wpływ sprężystości podłoża oraz jego twardości na badane zjawiska.

EN

Micro-impact strength tests of tribological coatings were performed in order to obtain knowledge about cracking and decohesion of coatings under cyclically repeated impact loads, depending on the hardness and elasticity of the substrate. The destruction of the coating is caused by the accumulation of the effects over long periods of time, which are measured by the number of impacts at a set load and kinetic energy. TiN coatings with a thickness of 0.5 μm deposited on austenitic and ferritic steel were investigated. The hardness and elastic modulus of both substrates and coating-substrate systems were determined using a Micro-Combi-Tester from CSM Instruments. Micro-impact fatigue tests were carried out on an impact tester designed and built in the Laboratory of Tribology and Surface Engineering AGH University of Science and Technology. It was found that the elasticity and the hardness of the substrate significantly influence the impact fatigue process.

6

Badanie odporności na pękanie i zużycie przez tarcie powłok wielowarstwowych

Kot M., Rakowski W., Major Ł., Lackner J.

Tribologia

|

2014

|

nr 2

89--99

PL

W pracy przedstawiono możliwości poprawy odporności na pękanie oraz zużycie powłok azotków metali i węglowych poprzez wprowadzenie międzywarstw z materiału charakteryzującego się sprężysto-plastycznym charakterem deformacji. Przedstawiono wyniki badań indentacyjnych i tribologicznych powłok wielowarstwowych Ti/TiN i a-C:H/TiN, które porównano z właściwościami powłok pojedynczych TiN i a-C:H. Mechanizm deformacji takich powłok określono poprzez testy indentacyjne z wykorzystaniem sferycznych wgłębników i analizę odcisków przy użyciu technik SEM i TEM. Wykazano celowość wprowadzania cienkich warstw tytanu w powłokach wielowarstwowych, których odkształcenia plastyczne przy obciążeniach zewnętrznych prowadzą do poprawy odporności na pękanie oraz kilkukrotnie zmniejszają zużycie w stosunku do powłok pojedynczych.

EN

The paper presents the opportunity of improving fracture and wear resistance of ceramic and carbon coatings through the introduction of metallic interlayers that exhibit an elastic-plastic character of deformation. The results of indentation and tribological tests of Ti/TiN and a-C:H/TiN multilayer coatings were compared with the results of TiN and a-C:H single coatings. The mechanism of deformation and fracture was analysed by spherical indentation and TEM, SEM microscopic observation of indents. The presented results showed the desirability of the introduction of thin titanium interlayers into multilayer structure. Thin Ti layers were plastically deformed under external contact loading which improved several times the fracture and wear resistance of tested multilayers in comparison to single layers.

7

Prefiltering in Wavelet Analysis Applying Cubic B-Splines

Rakowski W.

International Journal of Electronics and Telecommunications

|

2014

|

Vol. 60, No. 4

331-340

EN

Wavelet transform algorithms (Mallat’s algorithm, a trous algorithm) require input data in the form of a sequence of numbers equal to the signal projection coefficients on a space spanned by integer-translated copies of a scaling function. After sampling of the continuous-time signal, it is most frequently possible to compute only approximated values of the signal projection coefficients by choosing a specific signal approximation. Calculation of the signal projection coefficients based on the signal interpolation by means of cubic B-splines is proposed in the paper.

8

Inteligentna wyszukiwarka internetowa oparta na grupowaniu dokumentów

Kużelewska U., Rakowski W.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2012

|

R. 19, nr 9

1665--1672, CD

PL

Powstanie sieci WWW spowodowało w ostatnich latach wzrost dostępności specjalistycznych informacji dla każdego użytkownika komputera podłączonego do Internetu. Liczba dostępnych w Internecie informacji rośnie w ogromnym tempie. Wraz ze wzrostem liczby stron internetowych trudniejszym staje się odnalezienie poszukiwanej informacji. Odpowiedzią na ten problem było powstanie wyszukiwarek internetowych, które na zapytanie użytkownika opisujące poszukiwaną informacje zwracają listę dokumentów mniej lub bardziej odpowiadających zapytaniu. Wyszukiwarki internetowe nie są idealnym rozwiązaniem, ponieważ zwrócona lista dokumentów jest długa i często zawiera dokumenty nie związane z poszukiwaną informacją. Grupowanie dokumentów jest rozwiązaniem mającym na celu poprawę jakości prezentacji wyników wyszukiwania, gdyż umożliwia wyświetlenie ich w postaci tematycznie powiązanych grup. W artykule przedstawiono wyniki grupowania dokumentów z sieci WWW zwrócone przez jedną z popularnych wyszukiwarek. Wykorzystano następujące metody grupujące: EM i AHC.

EN

Development of the World Wide Web over recent years led to increased availability of specialized information for each user with a computer connected to the Internet. The amount of information available there is increasing rapidly and finding desirable information is more difficult. The solution of the problem may be Internet search engines, however they have some disadvantages. They require from users to input a query describing searching information and they return a list of documents, which is very long and often contains websites not relevant to the query. To increase efficiency of the searching process one may identify groups of similar documents from a result list. One of the tools to do it are clustering algorithms. The article presents clustering of Web search results from one of the popular search engines grouped using the following methods: EM and AHC.

9

Naprężenia stykowe przy współpracy kół zębatych z powłokami osadzonymi na sprężystym podłożu

Rusinek M., Rakowski W.

Tribologia

|

2012

|

nr 4

219-226

PL

Analizowano możliwość zastosowania teorii Hertza do przypadku styku skoncentrowanego elementów pokrytych powłoką osadzoną na sprężystym podłożu. Badano rozkład naprężeń w miejscu styku elementów, których powierzchnie zostały umocnione poprzez obróbkę powierzchniową. Gradient twardości i moduł sprężystości materiału w głąb warstwy wierzchniej wyznaczono w badaniach indentacyjnych. Na potrzeby analizy zostały wprowadzone założenia: powłoka idealnie przylega do podłoża, właściwości materiału powłoki w miejscach równo oddalonych od powierzchni są jednakowe, grubość powłoki na obydwu stykających się elementach jest jednakowa, styk odbywa się bez poślizgu. Wyniki badań dowodzą, że teorię Hertza można stosować do przypadku materiałów warstwowych poprzez połączenie rozwiązań analitycznych z eksperymentem numerycznym.

EN

Due to the increased interest amongst teeth gear manufacturers for an adequate method of controlling the stress field, this paper presents an analysis of the applicability of the Hertz theory to the case of the contact of elements with coated material. The proposed method to determine the contact stress field in this case of contact was developed based on the classic Hertz theory and a specific numerical model. The gradient of hardness and elastic modulus in the material of the surface layer was measured by indentation. The following assumptions were made: the graded surface layer adheres perfectly to the substrate, the properties of surface layer material in the same distance from the surface are the same, the thickness of surface layer of the both surfaces in contact is the same, and the contact is without sliding. The results show that, by extending the combination of numerical experiments, the Hertz theory can be applied to the case of layered materials.

10

Modelling and experimental verification of nanoindentation tests on coating-substrate systems

Kot M., Rakowski W., Łyźniak J.

Tribologia

|

2012

|

nr 4

67-73

EN

The nanoindentation method is widely used to study the mechanical properties of thin films and surface layers. But the results of such a tests are difficult to interpret, especially for coatings with a thickness less than 1 žm. A new method of analysis of nanoindentation results are presented in this paper. It is based on simultaneous studies of experimental results by transformation indentation curves into stress-strain curves and FEM modelling. This method was compared with a few models provided in published literature. The influence of substrate properties and coating thickness on the deformation of the system and the critical depth of penetration to onset substrate yield are analysed.

PL

Metoda instrumentalnej indentacji jest powszechnie stosowana do badania właściwości mechanicznych cienkich powłok i warstw wierzchnich. Wciąż jednak wyniki testów nanoindentacyjnych są trudne do interpretacji zwłaszcza dla powłok o grubości poniżej 1 žm. W pracy przedstawiono metodę analizy wyników badań indentacyjnych w oparciu o badania rzeczywistych układów powłoka-podłoże oraz wyniki modelowania MES. Badano wpływ właściwości podłoża i grubości powłoki na deformacje układu i krytyczną głębokość penetracji, przy której podłoże nie ma wpływu na pomiar. Do analizy wyników eksperymentów zaproponowano metodę transformacji krzywych indentacyjnych do układu naprężenie-odkształcenie. Metodę tę porównano z modelami podawanymi w literaturze.

11

Analiza deformacji falowych cienkich powłok w ślizgowym styku skoncentrowanym

Zimowski S., Rakowski W.

Tribologia

|

2012

|

nr 5

243--250

PL

W pracy przedstawiono analizę falowego charakteru deformacji toru tarcia w styku skoncentrowanym. Przedmiotem badań była kompozytowa powłoka niklowo-molibdenowa wzmocniona cząstkami tlenku glinu (Ni-Mo/Al₂O₃) o grubości ok. 5,6 µm, którą osadzono metodą elektrochemiczną na stalowym podłożu. Właściwości tribologiczne powłoki wyznaczono z użyciem tribotestera typu kula–tarcza w styku niesmarowanym z kulką Al₂O₃ o średnicy 1 mm. Współczynnik tarcia wynosił ok. 0,2, a po zniszczeniu powłoki gwałtownie zwiększał się, aż do wartości około 0,8. Powłoka ma dobrą adhezję do podłoża, a jej niszczenie w teście zarysowania polegało na pękaniu o charakterze kohezyjnym przy obciążeniu ok. 21 N. Twardość powłoki równą 6,9 GPa i moduł Younga 183 GPa wyznaczono metodą instrumentalną. W celu wnioskowania o zjawiskach zachodzących w mikroobszarach styku zmierzono geometrię bruzdy profilometrem stykowym oraz przeprowadzono analizę mikrostruktury jej powierzchni, stosując różne techniki. W oparciu o mechanikę kontaktu przedstawiono próbę interpretacji mechanizmu tworzenia charakterystycznego, cyklicznie powtarzającego się wzoru stereometrycznego, powstałego w bruździe. Potwierdzono wpływ parametrów kinematycznych testu tribologicznego na zjawisko falowego odkształcania warstw przypowierzchniowych oraz ostateczną formę deformacji, cyklicznie powtarzających się zagłębień w kształcie połowy kropli.

EN

This paper presents an analysis of the wave deformation nature of the friction track in a sliding point contact. The object of this study was a composite nickel-molybdenum coating reinforced by the particles of aluminium oxide (Ni-Mo/Al₂O₃) with a thickness of about 5.6 µm, which was deposited by an electrochemical method on a steel substrate. Tribological properties of the coatings were determined in a nonlubricated contact with an alumina ball of 1 mm diameter. The coating has good adhesion to the substrate, and its destruction in the scratch test consisted of a cohesive cracking at a load of about 21 N. The hardness of the coating equalled 6.9 GPa, and a Young's modulus of 183 GPa was determined by instrumental method. In order to explain the phenomena occurring in the microareas of the contact, the groove geometry was measured using a profilometer, and the microstructure analysis of its surface was performed using different techniques. Based on the contact mechanics, an attempt to interpret the formation mechanism of the characteristic, cyclically repeating, stereometric shape formed in a groove was performed. The impact of kinematic parameters of tribological tests on the phenomenon of wave deformation of subsurface layers as well as the final form of the deformation (the cyclically recurring pits with the shape of half a drop) was confirmed.

12

Struktura i odporność na zużycie przez tarcie warstw azotowanych z powierzchniową strefą fosforanów cynku wytworzonych na stali X37CrMoV5-1

Kulikowski K., Zimowski S., Rakowski W., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 5

423--425

PL

Technologie hybrydowe, łączące różne obróbki powierzchniowe, należą do najbardziej dynamicznie rozwijających się kierunków rozwoju inżynierii powierzchni. Umożliwiają one bowiem wytworzenie warstw powierzchniowych o unikatowych, wzajemnie uzupełniających się właściwościach. W artykule przedstawiono mikrostrukturę (mikroskopia świetlna, SEM, XRD) oraz wyniki badań odporności na zużycie przez tarcie (kula-tarcza) warstw kompozytowych wytworzonych na stali EN X37CrMoV5-1 po obróbce cieplnej (twardość 53 HRC) w procesie hybrydowym łączącym metody azotowania jarzeniowego i fosforanowania chemicznego.

EN

Hybrid methods, connecting different surface treatments, belong to the most dynamically growing directions of surface engineering’s development. They allow to produce surface layers of unique and mutually complemen- tary properties. The paper presents the microstructure (light microscope, SEM, XRD) and results of frictional wear resistance (ball on disc) of composite layers pro- duced on EN X37CrMoV5-1 steel after heat treatment (hardness 53 HRC) by a hybrid method combined the processes of glow discharge nitriding and chemical phosphating.

13

Naprężenia stykowe przy współpracy kół zębatych pokrytych powłoką

Rakowski W., Rusinek M.

Tribologia

|

2011

|

nr 6

173-182

PL

W artykule przedstawiono analizę możliwości zastosowania teorii Hertza do przypadku styku skoncentrowanego elementów pokrytych powłoką. Przedmiotem analizy był rozkład naprężeń w miejscu styku zębów kół zębatych o zębach prostych, których powierzchnie robocze zostały umocnione przez obróbkę powierzchniową. Gradient twardości i modułu sprężystości materiału w głąb warstwy wierzchniej został przyjęty na podstawie dostępnych danych oraz wyników badań indentacyjnych. Metodę wyznaczenia pola naprężeń kontaktowych oparto na analizie teorii Hertza oraz symulacji modelu numerycznego. Przyjęty model numeryczny umożliwia wyznaczenie rozkładu naprężeń w warstwie wierzchniej i głębiej w podłożu oraz określenie miejsca maksymalnej koncentracji tych naprężeń w styku pary zębów. Na potrzeby analizy założono, że: powłoka idealnie przylega do podłoża, własności materiału powłoki w miejscach równo oddalonych od powierzchni są jednakowe, grubość powłoki na obydwu stykających się zębach jest jednakowa, styk zębów odbywa się bez poślizgu. Uzyskane wyniki analizy dowodzą, że teorię Hertza można adaptować do przypadku styku skoncentrowanego elementów pokrytych powłoką, poprzez jej integrację z modelem numerycznym. Informacje zdobyte podczas modelowania numerycznego służą także poprawie dokładności opisu oddziaływań w styku walcowych kół zębatych o zębach prostych.

EN

Due to the increased interest amongst tooth gear manufacturers for an adequate method of stress field controlling, this paper presents an analysis of the applicability of Hertz theory to the case of contact of the elements with coated material. The proposed method to determine the contact stress field in this case of contact was developed based on the classic Hertz theory and a specific numerical model. Gradient of hardness and elastic modulus in the material of the surface layer was measured by indentation and partly taken from databases. The adopted numerical model allows the determination of the stress distribution in the surface layer, in the core material below this layer, and allows the determination of the maximum stress concentration. The following assumptions were made: (1) The graded surface layer adheres perfectly to the substrate. (2) The properties of surface layer material at the same distance from the surface are the same. (3 ) The thickness of surface layer of both surfaces in contact is the same, and the contact is without sliding. The results of analysis indicate that Hertz theory can be adapted to the case of the contact of elements made with coated material through its integration with a numerical model. An example for analysis was the stress distribution in the contact of gears with straight teeth, whose working surfaces have been hardened by glow discharge. Information gained using this method can provide a contribution to improve the accuracy of the description of the interaction in the contact of surfaces with coated material.

14

Modelowanie i badania eksperymentalne pękania cienkich powłok ceramicznych i węglowych

Kot M., Rakowski W., Major Ł., Indyka P.

Tribologia

|

2011

|

nr 5

101-108

PL

Praca zawiera analizę deformacji i naprężeń prowadzących do niszczenia układów powłoka–podłoże przez odkształcenia plastyczne podłoża i pękanie twardych powłok. Do analizy wykorzystano obliczenia numeryczne metodą elementów skończonych oraz wyniki testów indentacyjnych. Badano powłoki ceramiczne TiN oraz węglowe a-C:H nałożone na stalowe podłoża. Określono obciążenia prowadzące do powstawania charakterystycznych form niszczenia oraz towarzyszący im stan naprężeń. Wpływ mikrostruktury powłok na powstawanie i propagację pęknięć badano z użyciem mikroskopii SEM i TEM.

EN

In article consideration about deformations and failure of coating-substrate system by plastic deformation of substrate and coatings fracture were presented. Analysis were based on FEM modelling and spherical microindentation results. Such complex analysis allow to determine critical loads and corresponding stress distribution leading to coatings fracture. Ceramic TiN and carbon a-C:H coatings deposited on X10CrNi 18-8 steel substrates were under consideration. It was found that tensile stress on the coatings surfaces, caused formation of first annular cracks, is ?R = 6.5 i 2.4 GPa for TiN and a-C:H coatings respectively. SEM and TEM microscopic investigations have shown great impact of coating microstructure on trough thickness crack propagation.

15

Eksperymentalna i teoretyczna analiza zużycia cienkich powłok ceramicznych w styku tribologicznym

Zimowski S., Rakowski W.

Tribologia

|

2011

|

nr 4

263-270

PL

W artykule przedstawiono model służący do prognozowania zużycia cienkich powłok ceramicznych pracujących w styku skoncentrowanym. Opracowany model oparty jest o prawo zużycia Archarda, które uzależnia przyrost objętości materiału usuwanego ze strefy styku w wyniku zużycia od: współczynnika zużycia, nacisków w strefie styku oraz drogi tarcia i przyrostu pola styku. Zarówno w modelu, jak i w testach parę tribologiczną stanowiły kula i płaska powierzchnia. Kula o średnicy 1 mm wykonana z Al2O3 współpracowała z powłoką TiN, dwoma powłokami kompozytowymi typu nc-TiN/a-C oraz powłoką nc-WC/a-C. Na podstawie obserwacji mikroskopowych i analizy profilu bruzdy stwierdzono głównie ścierny charakter zużycia, dominujący w zakresie małych obciążeń, kiedy układ powłoka/podłoże nie ulega znaczącej deformacji. Porównanie wyników badań symulacyjnych z eksperymentalnymi wskazuje, że przyjęty model umożliwia szacowanie zużycia powłok ceramicznych w oparciu o parametry materiałowe oraz warunki tarcia.

EN

The article presents the model used to predict wear of thin ceramic coatings working in tribological contact. The model is based on the Archard wear law and contact mechanics. The cooperation of elements in the ball/plane system in the elastic deformation range was established. Wear simulations were compared with the results obtained from tribological tests in a ball-on-disc machine. The tribological pair consisted of TiN coating or nc-WC/aC and nc-TiN/aC composite coatings as the discs and alumina ball with diameter of 1mm as the counterpart. Microscopic observations and grove profiles analysis shows abrasion as the dominant mechanism of wear. This model allows the estimation of the durability of ceramic coatings based on the mechanical properties of material and friction parameters.

16

Unstained viable cell recognition in phase-contrast microscopy

Skoczylas M., Rakowski W., Cherubini R., Gerardi S.

Opto-Electronics Review

|

2011

|

Vol. 19, No. 3

307-319

EN

Individual cell recognition is a relevant task to be accomplished when single-ion microbeam irradiations are performed. At INFN-LNL facility cell visualization system is based on a phase-contrast optical microscope, without the use of any cell dye. Unstained cells are seeded in the special designed Petri dish, between two mylar foils, and at present the cell recognition is achieved manually by an expert operator. Nevertheless, this procedure is time consuming and sometimes it could be not practical if the amount of living cells to be irradiated is large. To reduce the time needed to recognize unstained cells on the Petri dish, it has been designed and implemented an automated, parallel algorithm. Overlapping ROIs sliding in steps over the captured grayscale image are firstly pre-classified and potential cell markers for the segmentation are obtained. Segmented objects are additionally classified to categorize cell bodies from other structures considered as sample dirt or background. As a result, cell coordinates are passed to the dedicated CELLView program that controls all the LNL single-ion microbeam irradiation protocol, including the positioning of individual cells in front of the ion beam. Unstained cell recognition system was successfully tested in experimental conditions with two different mylar surfaces. The recognition time and accuracy was acceptable, however, improvements in speed would be useful.

17

QRS complex detection in noisy holter ECG based on wavelet singularity analysis

Tadejko P., Rakowski W.

Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Informatyka

|

2010

|

Z. 6

95-111

EN

In this paper, we propose a QRS complex detector based on the Mallat and Hwang singularity analysis algorithm which uses dyadic wavelet transform. We design a spline wavelet that is suitable for QRS detection. The scales of this decomposition are chosen based on the spectral characteristics of electrocardiogram records. By proceeding with the multiscale analysis we can find the location of a rapid change of a signal, and hence the location of the QRS complex. The performance of the algorithm was tested using the records of the MIT-BIH Arrhythmia Database. The method is less sensitive to timevarying QRS complex morphology, minimizes the problems associated with baseline drift, motion artifacts and muscular noise, and allows R waves to be differentiated from large T and P waves. We propose an original, new approach to adaptive threshold algorithm that exploits statistical properties of the observed signal and additional heuristic. The threshold is independent for each successive ECG signal window and the algorithm uses the properties of a series of distribution with a compartments class. The noise sensitivity of the new proposed adaptive thresholding QRS detector was also tested using clinical Holter ECG records from the Medical University of Bialystok.We illustrate the performance of the wavelet-based QRS detector by considering problematic ECG signals from a Holter device. We have compared this algorithm with the commercial Holter system - Del Mar’s Reynolds Pathfinder on the special episodes selected by cardiologist.

PL

Praca przedstawia algorytm detekcji zespołu QRS oparty na falkowej analizie osobliwości sygnału Mallata i Hwanga, wykorzystujący diadyczna˛ transformatę falkową. Filtry cyfrowe analizy falkowej odpowiadają falce i funkcji skalującej w postaci tzw. splineów bramkowych drugiego stopnia o zwartym i krótkim nośniku. Dzięki temu podczas analizy sygnału i detekcji osobliwości możemy dokładniej kontrolować parametry procesu separacji wybranych częstotliwości. Dzięki analizie wieloskalowej możliwe jest zlokalizowanie miejsca gwałtownej zmiany sygnału, a tym samym lokalizacji zespołu QRS. Metoda posiada mniejszą wrażliwość na zmiany morfologii kolejnych zespołów QRS, minimalizuje problemy związane z występowaniem składowej wolnozmiennej, artefaktów ruchu i napięcia mięśni oraz pozwala na łatwiejszą separację załamka R w stosunku do załamków P i T. W niniejszej pracy zaproponowano oryginalny, adaptacyjny sposób wyznaczania progu detekcji przy użyciu właściwości statystycznych obserwowanego sygnału oraz dodatkowych heurystyk. Metoda wyznaczania progu jest niezależna dla każdego kolejnego okna sygnału, składającego sie˛ z kilkunastu cykli EKG. Algorytm wyznacza wartość progu na podstawie analizy własności szeregu rozdzielczego z przedziałami klasowymi. Działanie algorytmu zostało przetestowane przy użyciu zapisów z bazy MIT-BIH Arytmia Database. Dodatkowo, wrażliwość na zakłócenia adaptacyjnego detektora QRS była przetestowana przy użyciu, specjalnie wyselekcjonowanych przez kardiologa, epizodów EKG z systemu Holtera z Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. Porównania wyników dokonano z komercyjnym systemem Pathfinder firmy Del Mar Reynolds.

18

Właściwości przeciwzużyciowe amorficznych warstw a-Si:C:H stosowanych w ogniwach fotowoltaicznych

Zimowski S., Swatowska B., Rakowski W.

Tribologia

|

2010

|

nr 3

263-273

PL

Amorficzne uwodornione warstwy na bazie krzemu i węgla a-Si:C:H pełnią rolę warstw antyrefleksyjnych w ogniwach fotowoltaicznych. Warstwy o grubości rzędu 100 nm zostały osadzone niskotemperaturową techniką PECVD na podłożach z krzemu monokrystalicznego i multikrystalicznego. Analiza składu chemicznego metodą spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni FTIR potwierdza obecność dużej ilości wiązań wodorowych w strukturze warstw. Przyczepność warstw do obydwu typów podłoży określono na podstawie testów zarysowania. Odporność na zużycie wyznaczono w teście tribologicznym w styku kula Al2O3–tarcza. Nałożenie warstwy a-Si:C:H obniża współczynnik tarcia do ok. 0,1 i zwiększa odporność na zużycie ok. 4 razy w stosunku do krzemu monokrystalicznego bez powłoki i w mniejszym stopniu w stosunku do krzemu multikrystalicznego.

EN

The amorphous hydrogenated silicon–carbon (a-Si:C:H) layers have been applied as the antireflective coating (ARC) in solar cells. The layers of 100 nm thickness were obtained on multi-crystalline (multi Si) and mono-crystalline (mono-Si) silicon substrates by the PECVD method. Microscopic analyses (SEM) of a-Si:C:H on mono-Si confirm the homogeneity of the layer and the uniformity and flatness of their surfaces. The FTIR data indicate that the a-Si:C:H layers are hydrogen rich. Hydrogen present in the layers may have passive defects in multi-Si. The adherence of the layers to the both substrates was examined by a scratch test. The resistance to abrasion was determined in ball-on-disc tests. The wear resistance and friction coefficient of these layers are dependent on the geometrical structure of the silicon wafers surface. The a-Si:C:H layers considerably increase (4 times) the wear resistance of the mono-crystalline silicon substrates and slightly the multi-crystalline silicon one. As they exhibit antiwear properties, they may also be applied as a protective layer for silicon solar cells.

19

Analiza wpływu grubości warstw składowych na deformacje i pękanie powłok wielowarstwowych Ti/TiN

Kot M., Major Ł., Lackner J., Rakowski W.

Tribologia

|

2010

|

nr 4

181-189

PL

W artykule analizowano wpływ wielowarstwowej budowy powłok typu ceramika/metal na zwiększenie ich odporności na pękanie i ograniczenie zużycia. Analizowano deformacje i pękanie takich powłok w oparciu o wyniki badań indentacyjnych i tribologicznych. Badano powłoki 8xTi/TiN o różnych stosunkach grubości warstw składowych Ti i TiN, nałożone na stalowe podłoża metodą PLD. Mechanizm deformacji takich powłok polegał na uplastycznianiu warstw Ti i pękaniu warstw TiN, co obserwowano z użyciem mikroskopii transmisyjnej. Analizowano możliwość propagacji pęknięć w kolejnych warstwach składowych ceramicznych i metalowych na skutek powtarzającego się obciążenia przy teście tribologicznym w styku kula–tarcza.

EN

Ceramic/metal multilayers with a nanometer thickness of layers are new kinds of materials for tribological applications. A stack of hard ceramic and tough metallic layers give coatings with higher hardness, adhesion and wear resistance. In this article, micromechanical properties of Ti/TiN multilayers with different thickness ratios of ceramic to metallic sublayers are presented. Multilayers were deposited on 2H17 ferrite steel by the PLD (Pulsed Laser Deposition) technique. The deformation mechanism based on subsequent fracture of TiN sublayers and followed plastic deformation of Ti around crack were found using TEM examination of thin foils from spherical indents. Tribological tests show the highest wear resistance of 8xTi/TiN multilayer with 1:2 thickness ratio of Ti:TiN (42:83 nm). Slightly lower wear resistance of 8xTi/TiN 1:4 (25:100 nm) is a result of possible crack propagation through the metallic sublayer and the loss of its ability to deflect and terminate cracks. The thinner metallic sublayers, the easier is crack propagation through the coating, but excessively thick Ti sublayers lead to lower hardness and wear resistance. Optimum properties for tested Ti/TiN system could be expected when the metallic sublayer is not thinner than 40nm and metallic to ceramic thickness ratio is 1:2.

20

Analiza właściwości mikromechanicznych i tribologicznych powłok nanokompozytowych nc-WC/a-C i Nc-WC/a-C:H

Kot M., Moskalewicz T., Wendler B., Czyrska-Filemonowicz A., Rakowski W., Zimowski S.

Tribologia

|

2010

|

nr 3

135-143

PL

W publikacji zostały zaprezentowane wyniki badań mikromechanicznych oraz tribologicznych powłok nc-WC/a-C i nc-WC/a-C:H osadzonych poprzez rozpylanie magnetronowe na nieutwardzonym i utwardzonym powierzchniowo tlenem stopie Ti6Al4V. Obie powłoki są zbudowane z nanocząstek różnych węglików wolframu WC o wielkości 2-6 nm umieszczonych w amorficznej węglowej osnowie. Porównywano wpływ rodzaju osnowy węglowej – amorficznej (a:C) i amorficznej uwodornionej (a-C:H) oraz wpływ umocnienia podłoża przez utwardzenie tlenem na właściwości mikromechaniczne i tribologiczne układów z powłokami kompozytowymi. Twardość powłoki nc-WC/a-C wynosi 18,4 GPa, a powłoki nc-WC/a-C:H 14,1 GPa. Testy tribologiczne wykazały natomiast znacznie lepszą odporność na zużycie przez tarcie powłoki nc-WC/a-C:H niż powłoki nc-WC/a-C.

EN

In the article, micromechanical and tribological properties of nanocomposite coatings nc-WC/a-C and nc-WC/a-C: H were presented. Coatings were deposited by magnetron sputtering on baseline and oxigen-hardened Ti6Al4V titanium alloy. Both coatings contain tungsten carbide nanoparticles nc-WC of different sizes 2 to 6 nm imbedded in an amorphous carbon matrix. The effect of carbon matrix – hydrogen free (a:C) and hydrogenated (a-C:H) and the influence of substrate strengthening on the mechanical properties of coating-substrate systems were tested. The Nc-WC/a-C coating has higher hardness 18.4 GPa than nc-WC/a-C:H - 14.1 GPa. It was established that the coating with hydrogenated carbon matrix has better wear resistance than the WC/a-C coating. For both systems with oxygen-hardened substrate, a low coefficient of friction 0.1 to 0.12 wear was measured.