Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical And Experimental Analysis Of Fracture Of Athrombogenic Coatings Deposited On Ventricular Assist Device In Micro-Shear Test

Kopernik M., Milenin A., Kąc S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

795--800

EN

The Polish left ventricular assist device (LVAD – RELIGA_EXT) will be made of thermoplastic polycarbonate-urethane (Bionate II) with deposited athrombogenic nano-coatings: gold (Au) and titanium nitride (TiN). Referring to the physical model, the two-scale model of LVAD developed in the previous works in the authors’ finite element code is composed of a macro-model of blood chamber and a micro-model of wall: TiN, Au and Bionate II. The numerical analysis of stress and strain states confirmed the possibility of fracture based on localization of zones of the biggest values of triaxiality factor. The introduction of Au interlayer between TiN and polymer improved the toughness of the connection, and increased the compressive residual stress in the coating what resulted in reduction of stress and strain close to the boundary between substrate and coating. However, the proper design of multilayer wall of the medical device requires the introduction of the real stress and strain states in the deposited coatings. The characteristics of TiN nano-coating such as residual stress, material model and fracture model were determined in the previously completed studies such as experimental and numercial nanoindentation tests, profilometry studies and in situ SEM’s micro-tension tests. The experimental in situ SEM’s micro-shear test was performed in the present paper and the corresponding numerical model of the test was also developed, and then, interpreted. The critical strains taken from experiment and considered as the effective strains in the model of test are the values which are the function of triaxiality factors for the tested samples. The developed in the authors’ FE code model of multilayer wall of VAD enriched with critical strain determined in the present paper enables prediction of fracture.

PL

Polska lewa komora wspomagania pracy serca (LVAD – RELIGA_EXT) zostanie wykonana z termoplastycznego poliwęglano-uretanu (Bionate II) z naniesionymi atrombogennymi powłokami: złota (Au) i azotku tytanu (TiN). W odniesieniu do modelu fizycznego, dwuskalowy model komory LVAD opracowany we wcześniejszych pracach w autorskim kodzie elementów skończonch jest złożony z modelu makro czaszy krwistej i z mikro-modelu ściany: TiN, Au i Bionate II. Analiza numeryczna stanów naprężenia i odkształcenia potwierdziła prawdopodobieństwo pękania poprzez zlokalizowanie stref o największej wartości współczynnika naprężenia trójosiowego. Wprowadzenie międzywarstwy złota pomiędzy TiN i polimer poprawiło wytrzymałość tego połączenia i powiększyło ściskające naprężenie własne w powłoce, co doprowadziło do redukcji naprężenia i odkształcenia blisko granicy pomiędzy podłożem i powłoką. Jednakże, właściwy projekt wielowarstwowej ściany urządzenia medycznego wymaga wprowadzenia rzeczywistych stanów naprężeń i odkształceń w naniesionych powłokach. Charakterystyki powłok TiN takie jak naprężenie własne, model materiału i model pękania zostały określone we wcześniej wykonanych badaniach takich jak doświadczalne i numeryczne testy nanoindentacji, badania profilometryczne, i testy mikrorozciągania prowadzone pod elektronowym mikroskopem skaningowym. W niniejszej pracy przeprowadzono doświadczalny test mikrościnania pod skaningowym mikroskopem elektronowym, opracowano model numeryczny tego testu, a następnie go zinterpretowano. Odkształcenia krytyczne otrzymane z doświadczenia i określone w modelu testu jako intensywność odkształcenia są wartościami będącymi funkcją współczynników naprężeń trójosiowych dla badanych próbek. Opracowany w kodzie własnym model elementów skończonych wielowarstwowej ściany komory VAD wzbogacony o określone w niniejszej pracy odkształcenia krytyczne umożliwia przewidywanie pękania.

2

Failure Strain and Strain-Stress Analysis in Titanium Nitride Coatings Deposited on Religa Heart Ext Ventricular Assist Device

Kopernik M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

121--129

EN

The Polish ventricular assist device is made of Bionate II with deposited TiN biocompatible nano-coating. The two scale finite element model is composed of a macro-model of blood chamber and a micro-model of the TiN/Bionate II. The numerical analysis of stress and strain states confirmed the possibility of fracture. Therefore, the identification of a fracture parameter considered as a failure strain is the purpose of the present work. The tensile test in a micro chamber of the SEM was performed to calibrate the fracture parameter of the material system TiN/Bionate II. The failure strain is a function of a temperature, a thickness of coating and parameters of surface's profile. The failure strain was calculated at the stage of the test, in which the initiation of fracture occurred. The finite element micro-model includes the surface roughness and the failure strain under tension condition for two thicknesses of coatings which will be deposited on the medical device.

PL

Polska komora wspomagania pracy serca jest wykonana z Bionate II z naniesioną biokompatybilną powłoką TiN. Dwu-skalowy model elementów skończonych składa się z modelu makro czaszy krwistej i z modelu mikro dla TiN/Bionate II. Numeryczna analiza stanów naprężeń i odkształceń potwierdza prawdopodobieństwo pękania. Zatem, identyfikacja parametru pękania rozpatrywanego jako odkształcenie uszkodzenia jest celem niniejszej pracy. Próba rozciągania w komorze SEM została przeprowadzona, aby skalibrować parametr pękania dla układu materiałowego TiN/Bionate II. Odkształcenie uszkodzenia jest funkcją temperatury, grubości powłoki i parametrów profilu powierzchni. Odkształcenie uszkodzenia zostało obliczone w tym etapie testu, w którym pojawiła się inicjacja pęknięcia. Mikro model elementów skończonych zawiera chropowatość powierzchni i odkształcenie uszkodzenia w warunkach rozciągania dla dwóch grubości powłok, które będą nanoszone w tym urządzeniu medycznym.

3

Warstwy TiN-Si3N4 nanoszone na tkaniny ochronne techniką magnetronową

Mania R., Marszałek K., Morgiel J., Wolański R.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2014

|

Vol. 55, nr 2

19-22

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad nanoszeniem i własnościami warstw ceramicznych TiN- Si3N4 na tkaninach technicznych. Do nanoszenia warstw użyto impulsowego rozpylania magnetronowego średniej częstotliwości (MF). Tarcze wykonano ze spieków tytanowo-krzemowych zawierających do 10% at. krzemu. Spieki otrzymano techniką prasowania na gorąco. Naniesione cienkie warstwy zawierały azotek tytanu oraz azotek krzemu. Przeprowadzone badania przy użyciu mikroskopu elektronowego Philips CM20 potwierdziły nanokrystaliczno-amorficzną strukturę warstw. Przebadano dwa rodzaje tkanin technicznych firmy DuPont tj. nomex i kevlar, metodą termograficzną. Wykonano badania odporności uzyskanych pokryć na tkaninach. Stwierdzono, że pokrycie tkanin warstwami ceramicznymi TiN- Si3N4 zdecydowanie zwiększa odporność tych tkanin na strumień energii cieplnej.

EN

The paper presents the investigations of ceramic films deposition on textiles. Pulsed medium frequency (MF) sputtering was used to deposit the TiN- Si3N4 films. Targets were obtained from the titanium-silicon sinters containing up to10at.% of the silicon. The sinters were prepared by the hot pressing technique. Titanium nitride and silicon nitride were detected in the sputtered thin films. The amorphous-nanocrystalline films structure was confirmed with use of the electron microscope Philips CM20. The thermal resistance investigation of these films on textiles such as DuPont Kevlar and Nomex, was performed using thermographic method. It was found that the ceramic films greatly increase the textiles resistance to a heat flux.

4

Odporność tribologiczna stopu magnezu AZ91D z różnymi warstwami wierzchnimi z azotku tytanu

Tacikowski M., Senatorski J., Wątła A., Wierzchoń T.

Inżynieria Powierzchni

|

2013

|

nr 3

68--75

PL

Celem niniejszej pracy było porównanie wpływu różnych wariantów powierzchniowych warstw azotku tytanu o charakterze dyfuzyjnym na odporność tribologiczną stopu magnezu AZ91D. Warstwy dyfuzyjne otrzymywano metodą hybrydową łączącą pokrycie metodą PVD stopu prostą lub złożoną powłoką azotku tytanu z podwarstwą tytanu i dalej wygrzewanie celem jej dyfuzyjnego połączenia powłoki z podłożem. Metodą typu Amsler zbadano wpływ trzech warstw, w tym warstwy pojedynczej na podwarstwie tytanu, wielowarstwy azotek tytanu – tytan oraz warstwy azotku na warstwie pośredniej tytanu i aluminium na odporność na zużycie przez tarcie stopu AZ91D. Wyniki badań skonfrontowano z odpornością tribologiczną stali łożyskowej ŁH15. Stwierdzono, że optymalny wariant stanowi warstwa azotku tytanu na warstwie pośredniej tytanu i aluminium, która w próbie odporności na zużycie przez tarcie przy obciążeniu 200 N wykazuje niską kinetykę zużycia, a w efekcie odporność tribologiczną, wyższą niż stal łożyskowa ŁH15. Warstwę tę, w przeciwieństwie do warstwy pojedynczej azotku tytanu na podwarstwie tytanu, charakteryzuje przy tym bardzo dobra przyczepność do podłoża. Relatywnie korzystne właściwości tribologiczne wykazuje również wielowarstwowa warstwa azotku tytanu.

EN

The aim of the present study was to compare the influence of various types of titanium nitride layers with the diffusive character on the wear resistance of the AZ91D magnesium alloy. The layers were produced by the hybrid method consisting of covering the surface of the alloy with a single or multi-layer titanium nitride coating with a titanium sub-layer using the PVD method followed by an annealing aimed to diffusively bond the coating with the substrate. Using Amsler type method the effects of three variants of the diffusive titanium nitride layers on the corrosion resistance of the AZ91D alloy were examined. These variants were: a single-layer with a titanium sub-layer, a sandwich type layer composed of titanium nitride/titanium sub-layers and a composite layer formed on an intermediary titanium and aluminum layer. The optimum version appeared to be the composite layer which in wear test under the 200N load exhibits the low wear kinetics, which results in the tribological resistance exceeding this of the ŁH15 type bearing steel. In opposite to the single titanium nitride layer with a titanium sub-layer the composite layer is also characterized by good adhesion to the substrate. Relatively advantageous properties are also exhibited by the titanium nitride sandwich type layer .

5

Cięcie serów nożem z powłoką TiN

Kowalik K., Sykut B., Opielak M., Michałek W., Tomporowski A.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2013

|

Nr 2

118-119

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań energochłonności jednostkowej procesu cięcia serów żółtych. Materiały te różniły się zawartością tłuszczu w suchej masie. Proces realizowano dwoma narzędziami. Energochłonność procesu cięcia nożem pokrytym azotkiem tytanu (TiN) porównano z energochłonnością procesu realizowanego nożem ze stali narzędziowej NC6. Zmniejszenie wartości energochłonności jednostkowej procesu wynikające z zastosowania narzędzia pokrytego TiN wynosiło 0,3÷20%.

EN

The paper presents research results dealing with the energy consumption in the cheeses cutting process. Tested materials varied in fat content in dry matter. The energy consumption of cutting process using a knife coated with titanium nitride (TiN) were compared with the energy consumption of cutting process using a knife made of NC6 tool steel. A reduction in the unit energy consumption of cutting process using a knife coated with titanium nitride (TiN) was in the range of 0.3÷20%.

6

Two-scale finite element model of multilayer blood chamber of POLVAD_EXT

Kopernik M., Milenin A.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 2

178--185

EN

The latest construction of heart prosthesis - Polish ventricular assist device (POLVAD_EXT) is made of polymer and biocompatible TiN nanocoating. The two-scale model of the POLVAD_EXT is based on the finite element method. The theory of nonlinear elasticity and elasto-plasticity is applied in computations. The model in microscale includes: model of residual stress in TiN nanocoating, working loading of the POLVAD_EXT and profile of surface of deposited TiN nanocoating. The analysis of the stress–strain state is performed in two scales for the blood chamber of the POLVAD_EXT. The verification of the calculated macroresults is prepared by applying Authors' FEM code and experimental digital image correlation data. The computed distributions of stresses and strains in macro- and microscales are helpful to determine the regions of blood chamber of the POLVAD_EXT considered as the failure-source areas.

7

Numerical modelling and verification of Polish ventricular assist device

Milenin A., Kopernik M., Jurkojć D., Gawlikowski M., Rusin T., Darłak M., Kustosz R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2012

|

Vol. 14, no. 3

49-57

EN

The developed multiscale model of blood chamber of POLVAD (Polish ventricular assist device) was introduced. The tension test for polymer and digital image correlation (DIC) were performed for verification of the strains and displacements obtained in the numerical model of POLVAD_EXT. The numerical simulations were carried out in conditions given in the experiment to compare the results obtained on external surfaces of blood chamber of the POLVAD_EXT. The examined polymer applied in the POLVADs is sensitive to changes of temperature and this observation is considered in all prepared numerical models. The comparison of experimental and numerical results shows acceptable coincidence. There are some heterogeneous distributions of strains in experiment with respect to analysis of computed parameters. The comparison of two versions of blood chambers (POLVAD and POLVAD_EXT) in numerical analysis shows that POLVAD_EXT construction is better with respect to analysis of strain and stress. The maximum values of computed parameters are located in the regions between connectors on the internal surfaces of blood chambers of POLVAD.

8

Warstwy ceramiczne na tkaninach

Mania R., Godlewska E., Mars K., Morgiel J., Wolański R.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 11

34-36

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań nad nanoszeniem warstw ceramicznych na tkaninach. Do nanoszenia warstw wykorzystywano technikę magnetronową. Używano magnetronu planarnego typu WMK-50 z zasilaczem impulsowym firmy DORA POWER SYSTEM. Proces nanoszenia prowadzono w aparaturze próżniowej NA-501 produkcji TEPRO Koszalin. Target wykonano ze spieków tytanowo-krzemowych zawierających do 10% at. krzemu. Spieki otrzymano techniką prasowania na gorąco. Naniesione cienkie warstwy zawierały azotek tytanu oraz azotek krzemu. Przeprowadzone badania przy użyciu mikroskopu elektronowego Philips CM20 potwierdziły nanokrystaliczno-amorficzną strukturę warstw. Metodą termograficzną wykonano badania odporności uzyskanych pokryć na tkaninach firmy DuPont takich jak nomex czy kevlar. Stwierdzono, że pokrycie ceramiczne zdecydowanie zwiększa odporność tych tkanin na strumień energii cieplnej.

EN

The paper presents the results of ceramic films deposition on textiles. To obtain the films the planar magnetron WMK-50 with pulsed power supply DPS was used. Processes were conducted in a vacuum apparatus NA-501 Koszalin TEPRO production. Targets were obtained from the titanium-silicon sinters containing up to 10% at. silicon. The sinters were obtained using the hot pressing technique. Sputtered thin films contained titanium nitride and silicon nitride. The amorphous-nanocrystalline films structure was confirmed with use of Philips CM20 electron microscope. The thermal resistance investigation of these films on textiles such as DuPont Kevlar and Nomex, was performed using thermographic method. It was found that the ceramic films greatly increase the textiles resistance to a heat flux.

9

Microscale analysis of strain-stress state for TiN nanocoating of POLVAD and POLVAD_EXT

Milenin A., Kopernik M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2011

|

Vol. 13, no. 4

11-19

EN

The main purpose of the research was to develop the micromodel of biocompatible titanium nitride nanocoating deposited on polymer by pulsed laser deposition method in blood chambers of Polish ventricular assist devices: POLVAD and POLVAD_EXT. The analysis of the parameters of micromodel crucial for the phenomenon of loss of cohesion occurring between coating and substrate was carried out as well. The micromodel takes into account residual stress, material model of nanocoating, stress resulting from blood pressure in chamber, the thickness of coating and wave parameters of nanocoating (wavelength and antinode). The investigation shows that thickness and residual stress are the most influential parameters. The phenomenon of the loss of cohesion will be observed more frequently for thicker coatings with higher residual stresses.

10

Comparative analysis of ventricular assist devices (POLVAD and POLVAD_EXT) based on multiscale FEM model

Milenin A., Kopernik M.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2011

|

Vol. 13, no. 2

13-23

EN

The prosthesis - pulsatory ventricular assist device (VAD) - is made of polyurethane (PU) and biocompatible TiN deposited by pulsed laser deposition (PLD) method. The paper discusses the numerical modelling and computer-aided design of such an artificial organ. Two types of VADs: POLVAD and POLVAD_EXT are investigated. The main tasks and assumptions of the computer program developed are presented. The multiscale model of VAD based on finite element method (FEM) is introduced and the analysis of the stress-strain state in macroscale for the blood chamber in both versions of VAD is shown, as well as the verification of the results calculated by applying ABAQUS, a commercial FEM code. The FEM code developed is based on a new approach to the simulation of multilayer materials obtained by using PLD method. The model in microscale includes two components, i.e., model of initial stresses (residual stress) caused by the deposition process and simulation of active loadings observed in the blood chamber of POLVAD and POLVAD_EXT. The computed distributions of stresses and strains in macro- and microscales are helpful in defining precisely the regions of blood chamber, which can be defined as the failure-source areas.

11

Wytwarzanie cienkich warstw antyemisyjnych TiN na powierzchniach elementów mocy mikrofalowej i ich charakterystyka

Lorkiewicz J., Kula J., Klimasz M., Pszona S., Sobczak J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1068-1073

PL

Zjawiska elektronowej emisji wtórnej oraz multipaktoringu stanowią często poważne zagrożenie dla prawidłowej pracy mikrofalowych elementów mocy, takich jak klistrony, magnetrony, falowody i sprzęgacze. Z multipaktoringiem wiążą się efekty silnego wzrostu prądu elektronów wtórnych ze ścian układu próżniowego, desorpcji gazów powierzchniowych, lokalnego grzania powierzchni i powstania naprężeń cieplnych, które w przypadku izolacyjnych komponentów ceramicznych mogą doprowadzić do zniszczeń mechanicznych. Jednym ze środków zabezpieczających układy mocy wysokiej częstotliwości przed efektami multipaktoringu są pokrycia cienkimi warstwami materiałów o grubości rzędu kilku nanometrów, charakteryzujących się niską wartością wpółczynnika wtórnej emisji elektronowej SEY (ang. secondary ). Z uwagi na niską wartość SEY, jak również stabilność w polu mikrofalowym oraz w podwyższonej temperaturze związkiem często stosowanym do wykonywania tego typu pokryć jest azotek tytanu. Warstwy antyemisyjne TiN uzyskuje się obecnie dwiema metodami: metodą rozpylania katodowego oraz metodą naparowania tytanem w atmosferze rozrzedzonego amoniaku. Praca dotyczy zastosowania metody naparowania do wytwarzania warstw antyemisyjnych na ceramicznych lub metalowych powierzchniach elementów sprzęgaczy w ramach realizacji projektu badawczego Tesla Test Facility (TTF)/XFEL, realizowanego w Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) w Hamburgu oraz w Instytucie Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana (IPJ) w Świerku. Artykuł zawiera opis procedury nakładania warstw Tin oraz typowych wyników pomiarów SEY i składu chemicznego mierzonego metodą XPS.

EN

The performance of such RF power components as klystrons, magnetrons, wave-guides and couplers is often limited by secondary electron emission and multipacting. The latter results in the rise of secondary electron yield (SEY), residual gas desorption, local heating and thermal stresses which, particularly in ceramic elements, may lead to cracking. Surface coating with several nm thick films of low SEY materials is one of the most important anti-multipactor remedies. TiN surface layers are largely preferred for multipactor suppression due to their low secondary emission on the one hand and good stability in RF electromagnetic fields and in high temperatures on the other. Anti-multipactor TiN layers are usually reached using two methods: reactive magnetron sputtering or titanium evaporation in ammonia. This paper deals with TiN protective layers generation on ceramic or metal surfaces of RF couplers using evaporation technique developed within the frames of Tesla Test Facility (TTF)/XFEL project carried out in Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) in Hamburg and in The Soltan Institute for Nuclear Studies (SINS) at Świerk. The article describes the basics of the coating procedure, results of SEY coefficients measurements and XPS studies on TiN coated surfaces.

12

Zastosowanie rezonatora kwarcowego z akustyczną falą powierzchniową i warstwy azotku tytanu do wykrywania amoniaku

Soluch W., Sadura J., Teodorczyk M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 2

71-73

PL

Przedstawiono wpływ warstwy azotku tyatanu (TiN) na parametry rezonatora kwarcowego z akustyczną falą powierzchniową (AFP). Na częstotliwości około 196MHz i dla grubości warstwy TiN około 0,1 μm, uzyskano tłumienność wtrąceniową około 22 dB i dobroć obciążonego rezonatora około 10 000. Badania wpływu adsorpcji i desorpcji amoniaku na zmiany częstotliwości rezonatora badano w atmosferze suchego azotu. Stwierdzono, że częstotliwość rezonatora wzrasta w wyniku adsorpcji amoniaku (NH3). Jest to przypuszczalnie spowodowane wzrostem sztywności mechanicznej warstwy TiN. Ze wstępnych badań wynika, że rezonator kwarcowy z AFP i warstwa TiN mogą znaleźć zastosowanie w czujnikach amoniaku.

EN

Effect of titanium nitride (TiN) layer on a surface acoustic wave (SAW) guartz resonator parameters is presented. At a frequency of about 196 MHz and for TiN layer thickness of about 0.1 μm, insertion loss of about 22 d Band loaded quality factor of about 10 000 were obtained. Effect of ammonia adsorption and desorptipn on the resonator freguency changes were investigated in a dry nitride atmosphere. It was found that, as a result of ammonia adsorption, the resonator frequency was increased. It was probably caused by an increase of the TiN layer mechanical stiffness. From the preliminary investigations it follows that quartz SAW resonator and TiN layer can find application in ammonia sensors.

13

Powłoki (Cr,Si)N/Tin na płytkach frezarskich z węglików spiekanych

Dąbrowski M., Morgiel J., Grzonka J., Mania R., Zimowski S.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 1

66-68

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań warstw (Cr,Si)N/TiN naniesionych na płytkach frezarskich 3- i 4-ostrzowych wykonanych z węglików spiekanych. Warstwę podłożową z TiN nanoszono przy użyciu techniki łukowej. Do nanoszenia warstwy wierzchniej z (Cr,Si)N wykorzystano magnetron. Reaktywne rozpylanie w mieszaninie argonu i azotu prowadzono z targetów wykonanych ze spieków chromowo-krzemowych o zawartości 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 i 5,0% at. Si. Nanoszenie przeprowadzano w temperaturach 300, 400, 500 i 600°C. Obserwacje mikrostruktury powłok z wykorzystaniem transmisyjnej mikroskopii elektronowej pozwoliły stwierdzić, że warstwa (Cr,Si)N ma silnie zdefektowaną budowę kolumnową o krystalitach o wielkości od 50...100 nm. Nie stwierdzono obecności fazy Si₃N₄ w badanych warstwach. Twardość powłok przy obciążeniu 50 mN przekraczała 20 GPa. Test pracą (skrawano stal trudnoobrabialną 13 HMNF, 330 HB) wykazał prawie dwukrotne wydłużenie czasu eksploatacji płytek z powłokami (Cr,Si)N uzyskanymi z targetów TO.5 oraz T5 w stosunku do tych z powłokami CrN (trzykrotne w odniesieniu do płytek - "fabrycznych"). Bardzo wysoki wzrost odporności na zużycie uzyskano przy toczeniu stali bez chłodzenia. Najwyższy, bo prawie dziesięciokrotny wzrost odporności na zużycie w stosunku do płytek bez naniesionych warstw, wykazały te, które miały powłoki wytworzone z targetu o 5% zawartości Si.

EN

The paper presents results of investigation conducted for (Cr,Si)N/TiN coatings deposited at sintered carbides 3-edge and 4-edge inserts for milling. The base layer of TiN had been deposed using are technique. To obtain the top layer the magnetron had been used. Reactive sputtering in argon-nitrogen mixture had been conducted from chromium-silicon sinter targets with following content of silicon: 0.5,1.0, 2.0, 3.0, 4.0, and 5.0 at.% Si. Deposition had been conducted under different temperatures: 300, 400, 500 and 600°C. Based on observations of the coatings microstructure performed with HREM, it had been found that (Cr,Si)N layer has significantly defected column structure with crystallites of about 50...100 nm. Si₃N₄ phase had not been found in any of investigated layers. Hardness of coatings at 50 mN load exceeded 20 GPa. Working test (machine cutting of cutting-resistant steel 13 HMNF, 330 HB) showed almost double increase of exploitation time for inserts with (Cr,Si)N coatings obtained with TO.5 and T5 targets in comparison to inserts with CrN coatings (triple increase in comparison to "typical" inserts). Significant wear-resistant improvement had been obtained for steel turning without cooling. The highest, even ten times prolonged wear-resistant in comparison to un-coated inserts had been obtained for inserts with coatings produced from targets with 5at.% of Si.

14

Microstructure and its defect analysis of titanium nitride and chromium nitride multilayer tribological systems

Major Ł., Lackner J. M., Morgiel J., Kot M., Major B.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

552-555

EN

Multilayer tribological coatings on Ti/TiN; Cr/CrN and TiN/CrN basis were deposited by the Pulsed Laser Deposition (PLD) technique at room temperature using an industrially designed 4-beam multi-spot PLD evaporator. Coatings were built of 2, 8, 32 and 64 layers with the total thickness of 1 ěm. Microstructure was studied using conventional and high resolution transmission electron microscopy (TEM, HRTEM). TEM examinations revealed that layers were built of columnar crystallites and the misfit dislocations (HREM) appeared at the interface. Mechanical properties were analyzed using microhardness and scratch-test as well as a wear test was applied. The wear test was performed on Ti/TiN system using ball-on-disc one with Al2O3 ball under: 0.25 N/10000 cycles, 1 N/1000 cycles and 1 N/2000 cycles. Thin foils for transmission electron microscopy (TEM) observations were cut across the wear-track showing the damaged area in cross-section. They were prepared with the Quanta 3D FIB (Focus Ion Beam) equipped with the Omniprobe system. Microstructure investigations including high resolution (HRTEM) observations and local chemical measurements were conducted with the TECNAI G2 Super TWIN FEG (200 kV) equipped with integrated EDAX Electron Dispersive Spectroscopy (EDS) system. The investigations indicated that the as deposited material presents heavily defected columnar microstructure with occasional fine cracks at the columnar grains boundaries. During early stages of the wear process the cracks at the columnar crystallite boundaries multiplied, as well as formed a new ones cutting through the columns. The wear track formation starts with the removal of small pieces of individual grains leaving “broken tooth” like line. The deeper holes in the wear track were found to be filled with partly amorphous and partly nanocrystalline material. The local chemical analysis indicated it as titanium oxide debris. The size the nancrystallites ranged from 5 nm to 10 nm. The higher load (1 N) resulted in activation of side slips along the existing cracks causing steps at the surface and corresponding dent in the substrate. Under the same loading in the central part of wear track the TiN coating was fractured to a few micron size pieces which were half way pushed into the steel substrate. The HRTEM observations of coating confirmed that the cracks formed during deposition were located at column crystallites boundaries, while wear caused formation of intercrystalline cracks along {111} planes as well.

PL

Wielowarstwowe powłoki tribologiczne na bazie systemów Ti/TiN; Cr/CrN i TiN/CrN wytworzone zostały metodą osadzania laserem impulsowym (PLD). Zastosowany został układ przemysłowy z 4-ro wiązkowym odparowaniem ablacyjnym. Powłoki zbudowane były z 2, 8, 32 i 64 warstwowych układów przy całkowitej grubości powłoki 1 mikrometra. Mikrostrukturę analizowano z zastosowaniem konwencjonalnej (TEM) i wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej (HRTEM). Badania TEM wykazały mikrokolumnową budowę warstw, a stosując HRTEM w obszarze granic warstw stwierdzono dyslokacje dopasowania. Właściwości mechaniczne analizowano w oparciu o pomiary mikrotwardości i testu zarysowania. Wykonano badania zużycia ciernego. Test zużycia typu kulka-na-tarczy przeprowadzono dla systemu Ti/TiN stosując kulkę Al2O3 przy 0,25 N/10 000 cykli; 1 N/1 000 cykli i 1 N/2000 cykli. Cienkie folie do badań mikrostruktury z wykorzystaniem TEM wycięte zostały w poprzek śladu zużycia w celu analizy obszaru zniszczonego na przekroju poprzecznym. Do preparatyki cienkich folii wykorzystano zestaw Quanta 3D FIB wyposażony w system „Omniprobe”. Badania mikrostruktury, obejmujące również wysokorozdzielczą mikroskopię elektronową (HRTEM) i lokalne pomiary składu chemicznego przeprowadzono na aparaturze TECNAI G2 Super TWIN FEG (200k V) zintegrowanej z systemem EDAX elektronowej spektrometrii dyspersyjnej (EDS). Analiza wykazała, że materiał wyjściowy posiadał zdefektowaną mikrostrukturę mikrokolumnową z pojawiającymi się drobnymi pęknięciami na granicach kolumn. We wczesnych etapach zużycia, pęknięcia na granicach krystalitów zwielokrotniały się oraz pojawiały się nowe pęknięcia przecinające kolumny. Ślad zużycia rozpoczynał się od usunięcia małych elementów pojedynczych ziaren, pozostawiając „ząbkowaną” linię. Większe wgłębienia w śladzie zużycia zostawały wypełniane częściowo amorficznymi i częściowo nanokrystalicznymi cząstkami materiału. Lokalna analiza chemiczna ujawniła nano-cząstki tlenku tytanu. Wielkość nanokrystalitów była w zakresie 5 nm do 10 nm. Wzrost obciążenia (1 N) prowadził do aktywacji bocznych poślizgów zlokalizowanych wzdłuż już istniejących pęknięć. Prowadziło to do tworzenia się uskoków na powierzchni i odpowiednich wgłębień w materiale podłoża. Przy tym samym obciążeniu, w centralnej części śladu zużycia w powłoce TiN pojawiały się mikropęknięcia, które wchodziły do podłoża stalowego. Badania HRTEM powłok potwierdziły, iż drobne pęknięcia powstają już podczas procesu osadzania, lokalizują się na granicach krystalitów kolumnowych, zaś proces zużycia prowadzi do tworzenia się międzykrystalicznych pęknięć wzdłuż płaszczyzn typu {111}.

15

Powłoki typu duplex TiN-Si3N4/TiN na węglikach spiekanych

Mania R., Morgiel J., Dąbrowski M., Grzonka J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2007

|

Vol. 48, nr 10

45-46

PL

Zaprezentowano sposób otrzymywania powłok typu duplex na nożach frezerskich z węglików spiekanych. Warstwę podłożową z azotku tytanu nanoszono techniką łukową na stanowisku PUSK-83. Warstwę wierzchnią złożoną, zawierającą nanokrystaliczny azotek tytanu z amorficznym azotkiem krzemu, nanoszono planarnym magnetronem. Target magnetronu wykonano ze specjalnego spieku zawierającego 96% at. Ti i 4% at. Si. Spiek otrzymano metodą prasowania na gorąco. Wykonano badania mikrostruktury warstw przy użyciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego o wysokiej zdolności rozdzielczej. Stwierdzono, że otrzymana powłoka charakteryzuje się dużą mikrotwardością bliską 30 GPa. Potwierdzono współzależność między trwałością ostrzy pokrytych płytek frezerskich TPKN 1603PPR SM25T/P25 a mikrotwardością warstwy.

EN

The method of the duplex coatings obtaining on sintered carbide inserts was presented in the paper. The base layer had been obtained by the arc PVD method with the PUSK-83. The external layer of nanocristalline titanium nitride with amorphous silicone nitride had been sputtered with the planar magnetron. The magnetron target had been made of the titanium silicon sinter containing 96% at. of Ti and 4% at. of Si. The sinter was obtained by hot pressing method. The microstructure investigation with high resolution transmission electron microscope was performed. The obtained coating is characterized by high micro-hardness, close to 30 GPa. Trial runs were performed for TPKN 1603PPR SM25T/P25 inserts. Correlation between wear of the investigated inserts and the hardness of the coating had been proven.

16

Adhezja bakterii na modyfikowanych powierzchniach protetycznego stopu Co-Cr-Mo. Badania wstępne

Klimek L.

Inżynieria Powierzchni

|

2006

|

nr 4

64-68

PL

W pracy przedstawiono badania mające na celu określenie stopnia adhezji bakterii do modyfikowanych powierzchni stomatologicznego stopu protetycznego Co - Cr - Mo. Badania wykonano na stopie WIRONI'I', którego powierzchnię pokryto następującymi powłokami: azotek tytanu TiN oraz węgloazotek tytanu Ti(CN). Ten ostatni w dwóch wariantach składu - 4% wag. C i 15% wag. C. Próbki zostały umieszczone na 24 godziny w pożywce bakteryjnej, a następnie poddane obserwacjom w elektronowym mikroskopie skaningowym, gdzie określano liczbę bakterii obecnych na powierzchniach badanych próbek. Otrzymane wyniki wykazały, że najmniej bakterii kolonizowało powierzchnie pokryte azotkiem tytanu, a najwięcej próbkę kontrolną - stop bez pokrycia. Warstwy węgloazotków tytanu wykazywały pośredni stopień kolonizacji bakteriami, przy czym dało się zauważyć, że im warstwa bogatsza w węgiel, tym obserwuje się więcej bakterii na powierzchni.

EN

The investigations leading to define the degree of bacteria adhesion to modified surfaces of prosthodontic alloy Co-Cr-Mo were presented in the paper. The study was made on the WIRONIT alloy, the surface of which was covered with titanium nitride TiN and titanium nitrocarbide Ti(CN) coatings. The latter was applied in two composition variations - 15% by weight and 4% of weight. The samples were placed for 24 hours in bacterial medium and then observed under a scanning electron microscope, where the number of bacteria present on samples surface were determined. The obtained results showed, that the smallest number of bacteria colonised surfaces covered with titanium nitride and the greatest number of bacteria were observed on the control sample i.e. the alloy without any covering layer. The titanium nitrocarbide layers showed the medium colonisation degree by bacteria. Moreover, it was visible, that the more carbon in the layer, the more bacteria on the surface were present.

17

Podwyższenie eksploatacyjnych właściwości pary hamulcowej drogą przekształcenia warstwy wierzchniej partnera metalowego

Janecki J., Dasiewicz J., Pawelec Z.

Tribologia

|

2005

|

nr 3

109-118

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań tarciowo-zużyciowych par ciernych. Badania tribologiczne prowadzono na testerze T-05 typu rolka--klocek. Parę tribologiczną stanowiła rolka wykonana z żeliwa ZL 50 a przeciwpróbką był klocek wykonany za pomocą obróbki skrawaniem z klasycznego klocka hamulcowego z kompozytu ciernego. Skojarzenie to w pewnym stopniu imituje węzeł cierny samochodu bęben hamulcowy-okładzina hamulca. Celem badań było określenie wpływu obróbki cieplno-chemicznej żeliwa na zużycie i współczynnik tarcia skojarzenia kompozyt cierny-żeliwo azotowane. Przedmiotem badań była również ocena wpływu powłok przeciwzużyciowych z azotku tytanu (TiN) nakładanych plazmowo na próbkę z żeliwa na charakterystyki tribologiczne pary ciernej. Na podstawie otrzymanych wyników badań wykazano brak celowości stosowania modyfikacji warstwy wierzchniej metalowego elementu pary ciernej na drodze obróbki cieplno-chemicznej i pokrywania plazmowego.

EN

The paper presents results of tribological investigation of friction pairs. The tests were performed using T-05 block-on-ring testing machine. The friction pair consisted of ZL-50 iron ring and a block made of a typical friction composite. This tribosystem imitates the working conditions of a car brake drum and friction lining. The aim of the research was to determine the effect of the iron thermochemical treatment on friction and wear characteristics of friction pair. The research also aimed at determination of effect of antiwear coatings (TiN) deposited on the iron ring on tribological characteristics of friction joints. The test results indicate that thermochemical treatment as well as antiwear coatings do not improve the tribological performance of brake parts.

18

Płytki krwi w kontakcie ze stopem tytanu Ti6Al4V i z jego zmodyfikowanymi powierzchniami

Okrój W., Klimek L., Komorowski P., Walkowiak B.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 43-44

13-16

19

Biozgodne powłoki TiN na poliuretanie; mikrostruktura i właściwości

Major R., Czarnowska E., Kustosz R., Lackner J. M., Waldhauser W., Lacki P., Major B.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 47-53

163--167

20

Corrosion protection of Ni-Cr and Co-Cr base dental alloys by titanium nitride layers in 0.9% NaCl solution

Klimek L., Rylska D.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 3

728-732

EN

Chemical properties of human body's environment cause corrosive processes of Ni-Cr and Co-Cr base alloys widely used in prosthetic dentistry. To avoid allergic reactions, which may occur as a result of alloys' corrosion, some modifications of alloys surface are employed. This paper presents the results of investigations of the corrosion resistance of titanium nitride layers deposited by means of PVD method onto dental alloys. Two types of coatings: TiN and TiN + Ti2N were deposited on the Ni-Cr and Co-Cr-type alloys. These coatings were examined by means of X-ray microanalysis in order to determine the chemical composition and structure of layers, the approximate thickness of layers was also stated. Then the corrosion behaviour was examined. The OCP versus time measurements and potentiodynamic polarization technique were used to determine the corrosion resistance of coated and uncoated samples. The surfaces of samples were observed by SEM. The electrochemical corrosion investigations show better corrosion behaviour of alloys coated by TiN layers in comparison with these coated by TiN+Ti2N and uncoated for both kinds of alloys. TiN and Ti2N coatings on Ni-Cr and Co-Cr alloys may improve the corrosion resistance under condition of their good compactness. It is suggested that dense TiN and Ti2N coatings could have an application in prosthetic dentistry.

PL

Stopy z grupy NiCr oraz CoCr, szeroko stosowane w protetyce stomatologicznej, podlegają procesom korozyjnym w środowisku ludzkiego organizmu. W celu uniknięcia alergicznych odczynów, które mogą wystąpić na skutek korozji tych stopów, stosuje się różne zabiegi modyfikacji ich powierzchni. Artykuł prezentuje wyniki badań odporności korozyjnej tych stopów pokrytych warstwą azotków tytanu uzyskanych metodą PVD. Na stopy NiCr oraz CoCr nanoszono dwa rodzaje azotków tytanu: TiN oraz TiN + Ti2N. Warstwy te badano metodami mikroanalizy rentgenowskiej, określano także grubości warstw. Dokonano oceny odporności na korozję elektrochemiczną stopów bez pokrycia i z naniesioną warstwą azotków mierząc zmiany potencjału korozyjnego w funkcji czasu oraz stosując metodę potencjodynamiczną, a następnie dokonano obserwacji powierzchni próbek na mikroskopie skaningowym. Wyniki badań korozyjnych wskazują na lepszą odporność korozyjną stopów z warstwą TiN w porównaniu z warstwami TiN + Ti2N dla obu stopów. Szczelne, zwarte warstwy azotków tytanu mogą poprawić odporność korozyjną stopów NiCr oraz CoCr i stąd mogą znaleźć zastosowanie w protetyce stomatologicznej.