Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Twardowska A., Rajchel B.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 2

78--81

PL

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

EN

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

2

Analiza stanu naprężeń w powłokach ceramicznych wielofazowych dwuwarstwowych otrzymywanych metodami PVD na podłożu metalicznym

Twardowska A., Kowalski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

588--591

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań naprężeń własnych w układzie stal AISI 316L-powłoka Ti-B/Ti-Si-C po procesie formowania z zastosowaniem dwóch metod: ablacji laserowej PLD oraz dwuwiązkowej metody IBAD, wykorzystując tarcze z węglika tytanowo-krzemowego Ti3SiC2 oraz dwuborku tytanu TiB2. Badania składu fazowego oraz jego zmian w funkcji odległości od powierzchni przeprowadzono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) w geometrii Bragg-Brentano oraz stałego kąta padania dla kątów 0,5° i 1°. Wartości naprężeń własnych obliczano metodą g-sin2ψ, wyznaczając uprzednio precyzyjnie położenie pików dyfrakcyjnych dla kolejnych odbić fazy Fe-γ. Budowa powłok Ti-B/Ti-Si-C była wielofazowa. W zależności od zastosowanej metody formowania wystąpiły niewielkie różnice w składzie fazowym warstw w powłoce oraz rodzaju i wielkości makronaprężeń. Przeprowadzono obliczenia numeryczne rozkładu temperatury oraz naprężeń w układzie stal AISI 316L-powłoka Ti-B/Ti-Si-C, wykorzystując program Ansys. Wyniki przeprowadzonych obliczeń wskazały na większe wartości naprężeń w analizowanym układzie niż wyznaczone metodą g-sin2ψ.

EN

In this paper X-ray diffraction method was used to analyze residual stresses in AISI 316L steel after Ti-B/Ti-Si-C coatings deposition. Bi-layered coatings were formed at room temperature by dual beam ion assisted deposition IBAD and pulsed laser deposition PLD techniques using compound targets of Ti3SiC2 and TiB2. XRD analysis was conducted in Bragg-Brentano and grazing incident geometry for 0,5° and 1°. Residual stresses were calculated by g-sin2ψ method, using precise location of X-ray diffraction peaks previously determined for successive reflections of Fe-γ phase. Ti-B/Ti-Si-C coatings were multiphase. There were differences in phase composition of coatings and type and size of macrostress determined in steel, depending on deposition method. Additionally, the numerical calculations of temperature distribution and stress distribution after Ti-B/Ti-Si-C coatings deposition were carried out using Ansys finite element commercial software. The results obtained from numerical calculations show some discrepancy with results obtained by g-sin2ψ method.

3

Charakterystyka powłok Ti-Si-C formowanych metodą IBAD na stali 316L

Twardowska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1270-1273

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań powłok Ti-Si-C wytworzonych na podłożu stalowym (AISI 316L) metodą dwuwiązkową IBAD. Proces prowadzono w próżni, stosując węglik tytanowo-krzemowy Ti3SiC2 jako substancję rozpylaną (target), bombardowaną wiązką jonów Ar+ o energii 15 keV. Charakterystyki otrzymanych powłok dokonano za pomocą rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej (XRD), konfokalnej dyspersyjnej mikrospektroskopii ramanowskiej, metod mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej (SEM, EDS, TEM). Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowane parametry procesu IBAD pozwoliły uformować jednorodne, ciągłe powłoki o grubości poniżej 0,9 um. Stwierdzono wielofazową budowę powłok składających się z amorficznej osnowy (o stosunku zawartości 70% mas. Si/ 30% mas. Ti) oraz wydzieleń faz: Ti5Si3, Si2Ti oraz Ti6C3,75. Widma ramanowskie zarejestrowane dla uformowanych powłok w trybie wysokiej zdolności rozdzielczej (HR) wskazały na piki opisane funkcją typu Gauss-Lorentza, odpowiadające liczbom falowym 152 cm-1, (159 cm-1), 216 cm-1, (226 cm-1), 278 cm-1, (279 cm-1), 311 cm-1, (301 cm-1), 378 cm-1, (379 cm-1), 608 cm-1, 625 cm-1, 691 cm-1, (675 cm-1), odpowiadającym liczbom falowym rejestrowanym dla Ti3SiC2. Twardość HIT (od 2,7 GPa do 5,3 GPa) oraz zredukowany moduł Younga EIT (160 GPa), wyznaczone zostały metodą Oliver & Pharr'a na podstawie pomiaru nanotwardości pokrytych podłoży.

EN

Ti-Si-C coatings were formed at room temperature on AISI 316L steel substrates by dual beam ion assisted deposition technique from single compound Ti3SiC2 target. Scanning and transmission electron microcopy method were used to examine as-deposited coatings. Their morphology was smooth and dense and their thickness was in the range from 100 nm up to 1 ?m. Raman spectra of coated substrates were collected up with five peaks at 152 cm-1, (159 cm-1), 216 cm-1, (226 cm-1), 278 cm-1, (279 cm-1), 311 cm-1, (301 cm-1), 378 cm-1, (379 cm-1), 608 cm-1, 625 cm-1, 691 cm-1, (675 cm-1), the same positions as for Ti3SiC2 compound target. TEM and HRTEM examinations, accompanied by SAED analyses revealed that deposited films were amorphous. Nanoindentation tests were provided on coated and uncoated substrates and hardness HIT and reduced elastic modulus EIT were calculated using the Oliver & Pharr method.

4

Ion beam assisted deposition of Ti–Si–C thin films

Twardowska A., Rajchel B., Jaworska L.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 1

87-90

EN

Purpose: Deposition of hard thin multilayer coatings is a common practice in improving the performance of tools for many different applications. From this aspect Ti3SiC2, due to its lamellar structure and unique combination of properties is a potential interlayer material candidate for thermo-mechanical application. Design/methodology/approach: Multiphase Ti–Si–C thin films were deposited by the ion beam assisted deposition (IBAD) technique from a single Ti3SiC2 compound target on an AISI 316L steel substrate. To optimize the deposition process, Monte Carlo simulations were performed; the range of the deposition parameters was determined and then experimentally verified. Scanning and transmission electron microscopies were used to examine the microstructure and quality of the deposited films. Mechanical properties were determined by nanoindentation tests. Findings: The deposited film was flat, smooth and dense with small crystalline particles. The hardness HIT of coated substrates was in the range 2.7 to 5.3 GPa. The average calculated value reduced elastic modulus EIT for coated substrates was 160 GPa. The hardness and reduced elastic modulus for uncoated substrates were HIT = 4.4 GPa and EIT = 250 GPa, respectively. Practical implications: PVD techniques enable low substrate temperature deposition, preferred due to the thermal limitations of the metallic substrates commonly used in industrial applications. The aim of this work is low temperature deposition of Ti-Si-C film, from a single Ti3SiC2 compound target, on 316L steel substrate, using the IBAD technique, known for excellent film connection to the substrate. Originality/value: Ion beam assisted deposition parameters were calculated and experimentally verified.

5

Wzrost warstw w obecności wiązki jonów (IBAD) : symulacje komputerowe metodą Monte Carlo

Oleszkiewicz W., Romiszowski P.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2005

|

Vol. 46, nr 6

11-13

PL

Przedstawiono kontynuację badań symulacyjnych metodą Monte Carlo wzrostu warstw (w skali atomowej) wspomaganego niskoenergetycznym bombardowaniem jonowym (IBAD). W określonych warunkach procesu osadzania badano, w jakim stopniu oddziaływania adatom-adatom, jon-adatom, uwzględnione w modelu, wpływają na strukturę warstw i morfologię ich powierzchni. Stwierdzono, że oddziaływania te mogą znacząco zmieniać strukturę kolumnową warstw zwłaszcza w zakresie małych energii jonów bombardujących warstwę. Zmienia się wówczas również gęstość i chropowatość warstw.

EN

Monte Carlo simulations of the IBAD process of layer growths in the atomic scale are presented. The investigations focused on the influence of both the adatom-adatom and ion-adatom interactions on the structure and the morphology of the layers. It was found that these interactions can determine the presence (or absence) of the columnar structure of the layers particularly for the low ion bombardment energy regime. Also the density and the roughness of the layers is sensible to the magnitude of these interactions.

6

Powłoki węglowe nanoszone dwuwiązkową metodą IBAD

Rajchel B., Wantuch E., Proniewicz L.M., Mitura M., Lekka M., Burakowski T.

Problemy Eksploatacji

|

2004

|

nr 3

59-66

PL

Powłoki budowane na bazie węgla, a w szczególności powłoki typu DLC (Diamond Like Carbon) oraz ta-C, charakteryzują się właściwościami fizycznymi, chemicznymi oraz mechanicznymi zbliżonymi niekiedy do własności diamentu. Powłoki te, nanoszone między innymi na współpracujące powierzchnie główki oraz panewki endoprotezy stawu biodrowego, ze względu na twardość, właściwości chemiczne oraz biozgodność mogą znacznie wydłużyć ich czas pracy w organizmie człowieka [1, 2, 3]. Jednak właściwości fizyczne, chemiczne, mechaniczne oraz biozgodność powłok węglowych w istotny sposób zależą od metody zastosowanej do ich nanoszenia. Szczególnie interesujące własności mechaniczne posiadają powłoki formowane metodami jonowymi takimi jak technika IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) czy też technika IBSD (Ion Beam Sputter Deposition). Powłoki takie charakteryzują się szeroką warstwą przejściową do pokrywanego podłoża, gładkością i niskim współczynnikiem tarcia. Mikrostruktura tych powłok jest jednak znacznie bardziej złożona niż powłok najczęściej nanoszonych metodami CVD (Chemical Vapour Deposition). Prezentowana praca przedstawia zastosowanie dwuwiązkowej metody IBAD do nanoszenia powłok węglowych oraz wyniki wybranych analiz mikrostruktury i właściwości tego typu powłok.

EN

Thin coating layers, based on carbon, especially DLC (Diamond Like Carbon) and ta-C, have physical, chemical and mechanical properties close to diamond properties. By this reason carbon coatings, formed for protection of endoprostheses can extend a time of work of endoprostheses in human body [1, 2, 3]. Unfortunately, physical, chemical, mechanical and biocompatible properties of carbon coating layers are determined by method used for their formation. Especially, carbon coating layer formed by ion methods, such as the IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) or IBSD (Ion Beam Sputter Deposition), have very good mechanical properties. Carbon coatings formed by dual beam IBAD technique have excellent adhesion to substrate and low friction coefficient. The microstructure of IBAD carbon coatings are more complex then layer formed by CVD (Chemical Vapour Deposition) techniques. In this paper the application of the dual beam IBAD method for carbon layer creation is described. Some experimental results obtained for carbon coatings are presented.

7

Badania chropowatości powierzchni warstw optycznych nanoszonych w procesie IBAD : wstępne porównanie symulacji komputerowych z eksperymentem

Marendziak A., Oleszkiewicz E., Oleszkiewicz W., Romiszowski P., Żukowska K.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2003

|

Vol. 44, nr 11

21-23

PL

W pracy przedstawiono kontynuację badań symulacyjnych (metodą Monte Carlo) modyfikacji topografii powierzchni i wzrostu warstw nanoszonych w procesie IBAD. Badano chropowatość powierzchni warstw o symulowanym wzroście oraz warstw optycznych (CrN) nanoszonych w warunkach odpowiadających warunkom symulacji. Z pomiarów elipsometrycznych, mierząc spektralną zależność współczynnika załamania n oraz wskaźnika absorpcji k, określono wpływ energii bombardujących jonów na właściwości optyczne osadzanych warstw. Zmiana parametrów n i k wynika m. in. ze zmian topografii powierzchni, co badano wykorzystując mikroskop sil atomowych (AFM). Porównując wartości współczynników ft, zmierzonych za pomocą mikroskopu AFM z wartościami uzyskanymi z symulacji komputerowych stwierdzono konieczność opracowania odpowiedniej metodyki uśredniania obliczeń.

EN

In this work we present the continuation of our former simulation studies on optical films deposited in IBAD process. The comparison between the simulation results and the experimental results obtained for CrN film obtained for different energy of ion beam is presented. The results show that along with the increase of the ion beam energy the roughness of the films under consideration decreases for both simulation and experimental cases determined by AFM microscope measurements.

8

Powłoki węglowe formowane metodami jonowymi dla celów endoprotetyki stawu biodrowego : badania wstępne

Rajchel B., Otfinowski J., Czajkowska B., Jaworska L., Wantuch E., Petelenz B., Burakowski T., Proniewicz L. M., Gąsiorek S., Mitura M., Adamski A., Frańczuk B.

Inżynieria Biomateriałów

|

2001

|

R. 4, nr 14

3-6

PL

Zastosowanie supertrwałych powłok węglowych dla poprawy własności trybologicznych układu główka-panewka endoprotezy stawu biodrowego może znacznie wydłużyć okres pracy endoprotezy. Metody jonowe (IBSD, IBAD) umożliwiają formowanie złożonych powłok ochronnych o doskonałej adhezji do podłoża, a poprzez odpowiednią strukturę warstwową powłok formowanych metodami jonowymi można w istotny sposób zmniejszyć naprężenia mechaniczne układu powłoka-podłoże. Własności biochemiczne i mechaniczne powłok formowanych metodami jonowymi silnie zależą od przebiegu słabo poznanych procesów fizycznych zachodzących w trakcie formowania powłok. Celem niniejszej pracy było określenie struktury dwuwarstwowych powłok DLC-SiC oraz DLC-TiC oraz wstępna ocena ich biozgodności w hodowlach makrofagów i fibroblastów. Wielowarstwowe powłoki formowano dwuwiązkową metodą IBAD na powierzchniach płaskich próbek wykonanych ze stali lub ze stopu Ti-Al-V. Strukturę warstwową uformowanych powłok oceniono jako dobrą, a stopień przeżywalności komórek hodowanych na powierzchni próbek był wysoki.

EN

Super-hard carbon coatings improve tribological properties of the head/cup system in the hip joint prostheses, and essentially extend their working time. The ionic methods (IBSD, IBAD) allow obtaining complex protective coatings with perfect adhesion to the substrate. Mechanical stresses on the substrate-coating interface can be minimized by applying appropriate layer structures. Biochemical and mechanical properties of coatings formed by the ionic methods strongly depend on, not fully understood, physical processes taking place upon deposition. The objective of this work was to determine the structure of the double-layer DLC-SiC and DLC-TiC coatings and to assess their biocompatibility in the macrophage and fibroblast cultures. The multilayer coatings were formed by a dual-beam IBAD method on flat surfaces of samples of stainless steel or Ti-Al-V alloy, and their layer structure was investigated by the RBS method. The resistance to chemical corrosion turned out good and the survival rate to cells cultured on the coated surfaces was high.

9

Badania właściwości warstwy fosforanowej na powierzchni tytanu wytworzonej metodą IBAD

Baszkiewicz J., Krupa D., Rajchel B., Barcz A., Sobczak J. W., Biliński A.

Inżynieria Biomateriałów

|

2001

|

R. 4, nr 13

21-25

PL

W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań odporności korozyjnej tytanu pokrytego warstwą fosforanową uzyskaną metodą IBAD. Badania składu chemicznego uzyskanej warstwy prowadzono następującymi metodami: RBS, PIXE, SIMS i XPS. Badania odporności korozyjnej były prowadzone metodami elektrochemicznymi w roztworze symulującym płyn ustrojowy (SBF) w temperaturze pokojowej. Próbki przed pomiarami elektrochemicznymi eksponowano w warunkach badań przez 13h. Wyniki badań SIMS wskazują, że na powierzchni tytanu powstaje zewnętrzna warstwa zawierająca wapń, tlen i fosfor. Pod zewnętrzną warstwą istnieje warstwa przejściowa, którą tworzą zaimplementowane w powierzchnię tytanu jony wapnia. Grubość uzyskanych warstw zależy od czasu osadzania. Analiza XPS wskazuje, że w uzyskanej warstwie istnieją fosforany oraz tlenek lub wodorotlenek wapnia. Na podstawie badań elektrochemicznych stwierdzono, że odporność korozyjna badanych próbek zależy od czasu formowania warstwy.

EN

The paper presents preliminary results of concerning the corrosion resistance of titanium coated with a phosphate layer produced by the IBAD method. Chemical composition of the layer was determined using the RBS, PIXE, SIMS and XPS methods. The corrosion resistance was measured electrochemically in a simulated body fluid (SBF) at room temperature. Prior to the measurements, the samples were exposed to the test conditions for 13 h. The SIMS analysis indicates that the layer formed on the titanium surface contains calcium, oxygen and phosphorus. Beneath there is a transition zone, formed by calcium ions implanted into the titanium surface. Thickness of the phosphate layer depends on coating formation time. The XPS analysis shows that the coating contains phosphates and calcium oxide or hydroxide. Electrochemical examinations indicate that corrosion resistance of the samples depends on coating formation time.