Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of hBN on Wear of AlCrN-Coated Spark Plasma - Sintered TiB2/Ti Composites at Temperatures up to 900°C

Łuszcz Maciej, Michalczewski Remigiusz, Kalbarczyk Marek, Osuch-Słomka Edyta, Molenda Jarosław, Liu Le, Antonov Maksim, Hussainova Irina

Tribologia

|

2022

|

nr 1

43--55

EN

In this work, hexagonal boron nitride powder was used for the lubrication of an interface of TiB2/Ti composite protected by an AlCrN coating and a ceramic Si3N4 ball. The wear behaviour of this tribo-pair in an oscillating motion was studied with an SRV tribotester at the temperature range from room temperature to 900 °C. The action of hexagonal boron nitride as a solid lubricant was analysed with the use of a 3D microscopy and energy-dispersive spectroscopy. The test results confirmed that under high-temperature conditions, the use of hexagonal boron nitride as a solid lubricant does not increase the wear resistance of the TiB2/Ti composite. The use of the AlCrN coating significantly reduces wear at the temperature up to 600 °C only, while the combined use of the AlCrN coating and hBN lubrication provides effective protection against wear even at the temperature up to 900 °C. Therefore, the synergy of the anti-wear action of the coating and the solid lubricant was proved.

PL

W niniejszej pracy wykorzystano heksagonalny azotek boru (hBN) jako smarującą międzywarstwę między podłożem kompozytowym z TiB2/Ti chronionym powłoką AlCrN a przeciwpróbką – kulką ceramiczną wykonaną z Si3N4. Testy tribologiczne wykonano z zastosowaniem stanowiska SRV. Zbadano zużycie ścierne w ruchu oscylacyjnym w zakresie od temperatury pokojowej do 900°C. Rola hBN jako stałego środka smarowego została zbadana z wykorzystaniem mikroskopii 3D oraz spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii. Wyniki przeprowadzonych badań potwierdziły, że w warunkach wysokich temperatur zastosowanie heksagonalnego azotku boru pełniącego funkcję smaru stałego nie powoduje zwiększenie odporności na zużycie kompozytu TiB2/Ti. Zastosowanie powłoki AlCrN powoduje znaczącą redukcję zużycia jedynie do temperatury 600°C, podczas gdy łączne zastosowanie powłoki AlCrN i smarowania hBN stanowi skuteczną ochronę przed zużyciem nawet do 900°C. Wykazano zatem synergię przeciwzużyciowego działania powłoki i smaru stałego.

2

Thermoelectric properties of bismuth-doped magnesium silicide obtained by the self-propagating high-temperature synthesis

Bucholc Bartosz, Kaszyca Kamil, Śpiewak Piotr, Mars Krzysztof, Kruszewski Mirosław J., Ciupiński Łukasz, Kowiorski Krystian, Zybała Rafał

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2022

|

Vol. 70, nr 3

art. no. e141007

EN

Doping is one of the possible ways to significantly increase the thermoelectric properties of many different materials. It has been confirmed that by introducing bismuth atoms into Mg sites in the Mg2Si compound, it is possible to increase career concentration and intensify the effect of phonon scattering, which results in remarkable enhancement in the figure of merit (ZT) value. Magnesium silicide has gained scientists’ attention due to its nontoxicity, low density, and inexpensiveness. This paper reports on our latest attempt to employ ultrafast self-propagating high-temperature synthesis (SHS) followed by the spark plasma sintering (SPS) as a synthesis process of doped Mg2Si. Materials with varied bismuth doping were fabricated and then thoroughly analyzed with the laser flash method (LFA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) with an integrated energy-dispersive spectrometer (EDS). For density measurement, the Archimedes method was used. The electrical conductivity was measured using a standard four-probe method. The Seebeck coefficient was calculated from measured Seebeck voltage in the sample subjected to a temperature gradient. The structural analyses showed the Mg2Si phase as dominant and Bi2Mg3 located at grain boundaries. Bismuth doping enhanced ZT for every dopant concentration. ZT = 0.44 and ZT=0.38 were obtained for 3wt% and 2wt% at 770 K, respectively.

3

Efekt mechanicznej syntezy na mikrostrukturę kompozytów na osnowie miedzi umacnianych cząstkami azotku tytanu. Wytwarzanie i właściwości Cu-5% wag. TiN

Franczak Aleksandra, Karwan-Baczewska Joanna

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2021

|

Vol. 88, nr 2

2--7

PL

W artykule przedstawiono sposób wytworzenia kompozytów na osnowie miedzi umacnianych dodatkiem 5% wag. azotku tytanu. W tym celu zastosowano proces mechanicznej syntezy (MA) i iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Zaobserwowano, że 10-cio godzinny proces mechanicznej syntezy doprowadził do utworzenia się struktury płatkowej mieszanki kompozytowej Cu-TiN. Cząstki azotku tytanu znajdują się wewnątrz plastycznej osnowy, jednakże ich rozmieszczenie nie jest w pełni równomierne. Artykuł przedstawia mikrostrukturę mieszanki kompozytowej uzyskanej zarówno podczas mechanicznej syntezy jak i po jej zakończeniu, a także mikrostrukturę uzyskanych spieków po procesie iskrowego spiekania plazmowego. Zamieszczono wyniki dotyczące gęstości, twardości i przewodności elektrycznej kompozytów.

EN

In the presented work, Cu matrix composites reinforced with 5% wt. of TiN were prepared by mechanical alloying (MA) and spark plasma sintering (SPS) method. During experiments it was observed that 10 hours of MA lead to a flake-like particle morphology. Titanium nitride particles are located inside copper matrix but their distribution is not completely homogeneous. This article shows microstructure of the powders during and after MA as well as SPS method. Density, hardness and electrical conductivity of the composites are also presented.

4

The effect of ceramic type reinforcement on structure and properties of Cu-Al2O3 composites

Strojny-Nędza A., Pietrzak K., Gładki A., Nosewicz S., Jarząbek D. M., Chmielewski M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2018

|

Vol. 66, nr 4

553--560

EN

The purpose of this paper is to elaborate on mechanical alloying conditions for a composite powder consisting of copper and brittle aluminium oxides. Detailed analysis of the Cu-Al2O3 powder mixture structure obtained in the mechanical alloying process allows for the study of the homogenization phenomena and for obtaining grains (in composite form) with a high degree of uniformity. The Cu-5vol.%Al2O3 composites were obtained by means of the spark plasma sintering technique. The results presented herein were studied and discussed in terms of the impact of using a different form of aluminium oxide powder and a different shape of copper powder on composite properties. Research methodology included microstructure analysis as well as its relation to the strength of Cu-Al2O3 interfaces. It transpires from the results presented below that the application of electrocorundum as a reinforcement phase in composites decreases porosity in the ceramic phase, thus improving thermal properties and interfacial strength.

5

Copper matrix composites reinforced with titanium nitride particles synthesized by mechanical alloying and spark plasma sintering

Franczak A., Karwan-Baczewska J.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 43, no. 2

97--105

EN

Copper matrix composites containing ceramic particles such as carbides, borides, or nitrides have attracted much attention over the last few years. The increased interest in such materials has mainly been created by their high electrical and thermal conductivity, good mechanical and tribological properties, and microstructural stability. Among other nitrides, the titanium nitride seems to be considered as an attractive reinforcement due to its high hardness, excellent electrical conductivity, and stability at high temperatures. Moreover, its good corrosion resistance proves the uniqueness of the TiN particles above any other nitrides. In this work, Cu-10 wt.% TiN composite powders were produced by mechanical alloying and sintered by the spark plasma sintering (SPS) technique under different temperatures. The morphology and powder particle size after mechanical synthesis were inspected by a scanning electron microscopy (SEM) for all of the powder samples; chemical composition analyses (EDS) were also performed. The hydrostatic method was used to measure the density of the composite samples to analyze the influence of milling time on the process of consolidation in the composite powders.

PL

Kompozyty na osnowie miedzi zbrojone cząstkami ceramicznymi, m.in. węglikami, borkami i azotkami, w ostatnich latach wzbudziły spore zainteresowanie z uwagi na wysoką przewodność cieplną i elektryczną oraz dobre właściwości mechaniczne i tribologiczne przy równoczesnym zachowaniu stabilnej mikrostruktury. Zastosowanie azotku tytanu jako zbrojenia kompozytu jest korzystne ze względu na: wysoką twardość, doskonałą przewodność elektryczną, odporność na korozję oraz stabilność w wysokich temperaturach. W pracy przedstawiono mieszankę kompozytową Cu-10% wag. TiN, wytworzoną w procesie mechanicznej syntezy, którą następnie poddano spiekaniu za pomocą iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Zbadano mikrostrukturę, wielkość cząstek, a także przeprowadzono analizę składu chemicznego (EDS, Energy Dispersive Spectroscopy) za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Metodą hydrostatyczną wykonano pomiar gęstości wytworzonych spieków w celu analizy wpływu czasu mielenia na proces konsolidacji proszku kompozytowego.

6

Effect of manufacturing technology of ball-and-socket joint made of Co28Cr6Mo alloy on its tribological properties

Mróz A., Garbiec D., Jakubowicz J., Łapaj Ł.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 1

26--31

EN

The article presents the results of friction and wear testing of ball-and-socket joints, made of ASTM F75 alloy powder, applying the technologies of selective laser melting and spark plasma sintering. The reference material constituted joints produced by machining from a ASTM F1537 LC rod. The tribological tests were carried out using the movement simulator of a spinal motion segment of our own design, in the environment of distilled water. The test results consisted of a comparison of the friction resistance values occurring in the friction couple and comparison of the wear indicators of the upper and lower components, which simulate the tribological system of an intervertebral disc endoprosthesis in the spinal lumbar segment. Analysis of the wear mechanism of the bearing surfaces was performed on the basis of microscopic observations and measurements of friction surface roughness. Regardless of the manufacturing technology, the coefficient of friction varied in the range of 0.25 to 0.30, wherein a median value for all the tested material combinations was in the range of 0.27 to 0.29. The lowest resistance to tribological wear was demonstrated by the joints produced employing spark plasma sintering technology. The wear of the joints produced with this technology was about 20% higher in comparison to those joints formed by selective laser melting, and about 30% higher compared to the joints produced in a conventional manner from ASTM F1537 LC alloy. Observations performed using scanning electron microscopy showed that regardless of the production technology, the dominant type of wear was abrasive-adhesive wear. Unlike the joints produced in a conventional manner, the bearing surfaces of the components produced by means of selective laser melting and spark plasma sintering technologies, there is evidence of fatigue damage. The results call into question the possibility of using alternative technologies in the manufacturing process of endoprosthesis components exposed to tribological wear.

PL

Celem pracy była analiza mechanizmu zużycia tribologicznego powierzchni trących elementów przegubu kulowego w warunkach kinematyki ruchu i obciążeń zbliżonych do tych, które występują w naturalnym segmencie ruchowym odcinka lędźwiowego kręgosłupa. Uzyskane wyniki badań pozwoliły odpowiedzieć na pytanie, czy istnieje potencjalne uzasadnienie możliwości zastosowania technologii selektywnego przetapiania laserowego SLM (selective laser melting) i iskrowego spiekania plazmowego SPS (spark plasma sintering) w procesie wytwarzania elementów endoprotez współpracujących ślizgowo.

7

Wpływ temperatury i czasu spiekania na właściwości spieków z proszku Mg wytworzonych metodą SPS

Garbiec D., Heyduk F., Pachutko B., Andrzejewski D.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 3

263--272

PL

Magnez ze względu na małą gęstość wynoszącą 1 /4 gęstości stali i 2 /3 gęstości aluminium znajduje coraz szersze zastosowanie jako materiał na elementy maszyn, głównie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Do najważniejszych metod wytwarzania magnezu zalicza się metody odlewnicze i metalurgię proszków. Spośród metod metalurgii proszków za wysoce perspektywiczną uważa się metodę iskrowego spiekania plazmowego. W artykule przedstawiono wyniki badań nad wpływem temperatury i czasu spiekania na gęstość, twardość oraz wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie spieków z proszku magnezu wytworzonych metodą iskrowego spiekania plazmowego. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 prowadzono w próżni w temperaturze 500 oraz 550°C w czasie 2,5, 5 i 10 min z szybkością nagrzewania wynoszącą 100°C/min i ciśnieniem prasowania wynoszącym 50 MPa. Z wytworzonych spieków wycięto za pomocą wycinania elektroerozyjnego próbki do badań, które następnie poddano pomiarom gęstości zgodnie z normą ISO 2738:2001 i twardości metodą Vickersa zgodnie z normą ISO 6507-1:2007, obserwacjom struktury za pomocą mikroskopii świetlnej oraz badaniom wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie. Przeprowadzono także obserwacje powierzchni przełomów próbek po statycznej próbie rozciągania za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, co pozwoliło ujawnić międzykrystaliczny charakter powstałych pęknięć. Wykazano, że najkorzystniejszymi właściwościami odznaczają się spieki z proszku magnezu wytworzone w temperaturze 550°C w czasie 5 min, charakteryzujące się gęstością względną wynoszącą 99,83% i twardością wynoszącą 53 HV0,5 oraz wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą 46 MPa i wytrzymałością na ściskanie wynoszącą 221 MPa.

EN

Magnesium, due to its low density of 1/4 the density of steel and 2/3 the density of aluminum, is increasingly used as a material for machine parts, mainly in the automotive and aerospace industries. The most important methods for the production of magnesium parts include casting and powder metallurgy methods. Among the powder metallurgy methods, spark plasma sintering is considered as a highly prospective method. The article presents the results of research on the influence of sintering temperature and holding time on the density, hardness, ultimate tensile strength and compressive strength of spark plasma sintered magnesium powder. Sintering using an HP D 25-3 was carried out in vacuum at 500 and 550°C for 2.5, 5 and 10 min, at a heating rate of 100°C/min and a compaction pressure of 50 MPa. Samples were cut by wire electrical discharge machining from the sintered compacts, which were then subjected to density measurements in accordance with ISO 2738:2001, Vickers hardness in accordance with ISO 6507-1:2007, observation of the structure using light microscopy, as well as tensile and compressive tests. Observations of sample fracture surfaces were also conducted after the tensile test using a scanning electron microscope, which revealed the nature of the formed intergranular cracks. It was shown that the magnesium spark plasma sintered at 550°C for 5 min demonstrates the most advantageous properties: a relative density of 99.83%, hardness of 53 HV0.5, ultimate tensile strength of 46 MPa and a compressive strength of 221 MPa.

8

Effect of manufacturing technology on tribological properties of Co28Cr6Mo alloy

Mróz A., Garbiec D., Jakubowicz J., Łapaj Ł., Wielowiejska-Giertuga A., Gierzyńska-Dolna M.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 5

245--251

EN

The physical, chemical, mechanical properties of alloys used in endoprosthesis components in the osteoarticular system or dental implants depend not only on the chemical composition, but also on the applied production technology. The article presents the results of friction and wear testing of samples produced by selective laser melting and spark plasma sintering of the ASTM F75 alloy powder (Co28Cr6Mo alloy). As reference material, an ASTM F1537 LC rod was used from which samples were prepared by machining. The friction and wear tests were conducted by means of a tribological tester with a block-ring tribosystem. The tests were performed without lubricating fluid at ambient temperature. The test results constituted a comparison of the frictional resistance in contact with bearing steel 100Cr6 as well as a comparison of the wear values depending on the given friction pair load as a function of sliding distance. Analysis of the wear mechanism of the test materials was based on microscopic observation of the friction surfaces, chemical composition analysis of the surfaces using energy dispersive X-ray spectroscopy as well as roughness measurements. For the friction pair involving the reference sample, the friction coefficient was characterized by a constant value of about 0.40 regardless of the load or travelled sliding distance. In the case of the samples greater frictional resistance was found. The friction coefficient for the friction pairs involving samples produced using the technology of selective laser melting and spark plasma sintering varied in the range 0.50 to 0.62 and from 0.70 to 0.74. Based on the obtained results of weight loss, it was calculated that the reference material sample was characterized by the smallest wear coefficient, while the largest was demonstrated by samples produced by spark plasma sintering. Microscopic observations showed that regardless of the employed technology to produce the samples, the dominant type of wear was abrasive-adhesive wear. Analysis of the chemical composition of the tested material confirmed the tendency to form oxide layers on the surface. As a result of the ongoing wear, the roughness of the friction surfaces increased. The longer the sliding distance the sample travelled, the greater the increase in the Ra parameter value and the greater the force loading the friction couple.

PL

Właściwości stopów stosowanych na endoprotezy układu kostno-stawowego lub implanty stomatologiczne mogą różnić się nie tylko ze względu na skład chemiczny, ale także ze względu na zastosowaną technologię wytwarzania. W ostatnich latach obserwowano wzrost zainteresowania technikami addytywnymi oraz rozwój metod konsolidacji materiałów proszkowych, które w procesie spiekania wykorzystują zjawiska fizyczne towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego. Przykładami takich technologii są odpowiednio selektywne przetapianie laserowe (SLM) oraz iskrowe spiekanie plazmowe (SPS). Dostępne publikacje wskazują na możliwość wykorzystania tych technologii do wytwarzania endoprotez, przy czym aspekt odporności na zużycie tribologiczne nie jest w tych pracach wystarczająco wyjaśniony. Celem podjętej pracy było porównanie odporności na zużycie tribologiczne i mechanizmu zużycia próbek wytworzonych z proszku stopowego ASTM F75 z zastosowaniem technologii SLM i SPS w odniesieniu do materiału referencyjnego ASTM F1537 LC.

9

Influence of sintering temperature and CrB2 addition on properties of titanium diboride produced by spark plasma sintering

Sulima I., Jaworska J., Pałka P., Hyjek P., Kurtyka P.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 1

30--36

EN

The effect of a 5 vol.% chromium diboride addition on the microstructure and properties of sintered titanium diboride was investigated. The preliminary results of studies of TiB2-5CrB2 composites sintered by SPS were discussed. The density, Young's modulus and Vickers hardness of the obtained sinters were examined. Microstructural examinations were carried out by SEM. It was found that sintering TiB2 ceramics by SPS at temperatures of 2000 and 2200°C for 10 minutes is not sufficient. The results of testing the physical and mechanical properties of TiB2-5CrB2 composites have shown that the use of CrB2 may be a good way to obtain a composite material for high performance applications. The best properties were obtained by the composite materials sintered at 2200°C. The results will serve as a basis for further optimization of the SPS process for composite fabrication.

PL

W pracy zbadano wpływ dodatku dwuborku chromu w ilości 5% obj. na mikrostrukturę oraz właściwości spiekanego dwuborku tytanu. Praca przedstawia wstępne wyniki badań dotyczące spiekania kompozytów TiB2-5CrB2 metodą iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Dla porównania wytworzono ceramikę TiB2 bez stosowania dodatków do spiekania. Proces spiekania przeprowadzono w temperaturach 2000 oraz 2200°C w czasie 10 minut. Dla otrzymanych spieków przeprowadzono badania gęstości, modułu Younga oraz twardości metodą Vickersa. Przeprowadzono również obserwacje mikrostrukturalne, stosując skaningową mikroskopię elektronową (SEM). Stwierdzono, że spiekanie ceramiki TiB2 metodą SPS w temperturach 2000 oraz 2200°C w czasie 10 min jest niewystarczające. Wyniki badań właściwości fizycznych i mechanicznych kompozytów TiB2-5CrB2 wykazały, że zastosowanie CrB2 może być dobrą drogą do otrzymania materiału kompozytowego o wysokich właściwościach. Dla kompozytów TiB2-5CrB2 spiekanych w 2200°C uzyskano najlepsze właściwości. Otrzymane wyniki będą stanowić podstawę do optymalizacji warunków procesu SPS dla kompozytów TiB2-5CrB2.

10

Consolidation of Mg-SiC composites by spark plasma sintering

Garbiec D.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 2

74--78

EN

Mg based MMCs are increasingly used in automotive and aerospace applications. In this paper, Mg-SiC composites were obtained by the spark plasma sintering method. Various volume contents of SiC particles (5, 10, 15, 20 and 30 vol.%) were used. The samples have near full density, over 98%, and SEM observations confirmed the near full density of the sintered compacts. However, there was an optimum SiC content above which agglomeration of the SiC particles in the microstructure of the composites occurred. Moreover XRD analyses showed that besides Mg and α-SiC, β-SiO2 (low-temperature β-quartz) and Mg2Si phases are also present. The mechanical tests results demonstrate that the hardness and compressive strength of the obtained composites tend to increase with an increasing SiC volume content at the expense of compressive strain. The best results of hardness (111 HV0.5) and compressive strength (346 MPa) were obtained by the Mg-30%SiC composite.

PL

Metalowe materiały kompozytowe na bazie Mg są coraz częściej wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. W niniejszej pracy do wytworzenia kompozytów Mg-SiC wykorzystano metodę iskrowego spiekania plazmowego. Zastosowano różne udziały objętościowe cząstek SiC (5, 10, 15, 20 i 30% obj.). Uzyskane spieki odznaczają się gęstością względną zbliżoną do gęstości materiału litego wynoszącą powyżej 98%, co potwierdziły obserwacje za pomocą SEM. Ponadto analiza XRD wykazała w strukturze poza Mg i α-SiC obecność faz β-SiO2 (kwarc niskotemperaturowy β) i Mg2Si. Wyniki badań właściwości mechanicznych wskazują, że twardość i wytrzymałość na ściskanie zwiększa się wraz ze wzrostem udziału objętościowego SiC przy jednoczesnym zmniejszeniu odkształcenia. Największą twardością (111 HV0,5) oraz wytrzymałością na ściskanie (346 MPa) odznacza się kompozyt Mg-30%SiC.

11

Wpływ ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania na zużycie tribologiczne spieków z proszku Ti6Al4V wytwarzanych metodą SPS

Garbiec D., Wiśniewski T., Mróz A., Miler M., Gierzyńska-Dolna M., Heyduk F.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2015

|

T. 26, nr 2

147--158

PL

Stop Ti6Al4V ze względu na swoje właściwości znajduje zastosowanie nie tylko w technice, ale także w medycynie, np. na implanty porowate, jak i lite. W przypadku implantów litych, ważnym problemem są niezadowalające właściwości tribologiczne tego stopu. Celem ich poprawy stosuje się nowe techniki wytwarzania do których zalicza się metodę iskrowego spiekania plazmowego (spark plasma sintering – SPS). W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań tribologicznych spieków z proszku Ti6Al4V wytworzonych tą metodą. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 prowadzono w temperaturze 1000°C w czasie 5 min przy ciśnieniu prasowania wynoszącym odpowiednio 5, 25 i 50 MPa z szybkością nagrzewania wynoszącą odpowiednio 200, 300 i 400°C/min. Wytworzone spieki poddano pomiarom gęstości i twardości, obserwacjom mikrostruktury oraz testom tarciowo-zużyciowym z wykorzystaniem testera tribologicznego T-05 (skojarzenie badawcze blok–pierścień) przy obciążeniu skojarzenia badawczego siłą odpowiednio 120, 220 i 320 N. Testy realizowano ze stałą prędkością wynoszącą 0,36 m/s na drodze tarcia 1000 m. Przed-stawiono zależność zmiany współczynnika tarcia w funkcji drogi tarcia oraz określono zużycie masowe i objętościowe badanych materiałów. Przeprowadzono również obserwacje morfologii powierzchni trących spieków. Wykazano, że najmniejszym zużyciem tribologicznym odznaczają się spieki wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa z szybkością nagrzewania wynoszącą 400°C/min, a głównym mechanizmem zużycia tribologicznego było zużycie ścierne. Na powierzchniach trących badanych próbek nie stwierdzono śladów zużycia adhezyjnego.

EN

The Ti6Al4V alloy due to its characteristics is applicable not only in technology but also in medicine, such as porous implants and solid ones. In the case of solid implants, a major problem is inadequate tribological properties of this alloy and in order to improve them, new manufacturing techniques which include the method of spark plasma sintering are applied. The article presents the preliminary tribological results of sinters from Ti6Al4V powder produced by the SPS method. Sintering using an HP D 25-3 was carried out at 1000°C over 5 min at a compaction pressure of respectively 5, 25 and 50 MPa at a heating rate of 200, 300 and 400 °C/min. The resulting sinters were measured for density and hard-ness, subjected to microstructure observations and friction and wear tests using the tribological tester T-05 (block–ring tribosystem) at tribosystem load forces of 120, 220 and 320 N. The tests were carried out at a constant speed of 0.36 m/s on a friction path of 1000 m. The dependence of the friction coefficient changes as a function of friction path as well as specified mass and volume wear of the tested materials is presented. Observations of the bearing surface morphology of the sinters were also conducted. It was shown that the sinters fabricated at a compaction pressure of 50 MPa and heating rate of 400°C/min demonstrated the least tribological wear, and the main tribological wear mechanism was abrasive wear. On the bearing surface of the tested samples there were no signs of adhesive wear.

12

Wpływ technologii wytwarzania wyrobów ze stopu Co28Cr6Mo na ich właściwości fizyczne, mechaniczne i odporność korozyjną

Mróz A., Jakubowicz J., Gierzyńska-Dolna M., Wiśniewski T., Wendland J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

2--8

PL

Komponenty metalowe endoprotez stawów człowieka często są wykonywane ze stopów na osnowie kobaltu. Stopy te swoją popularność zawdzięczają dużej wytrzymałości doraźnej i zmęczeniowej, satysfakcjonującej odporności korozyjnej w środowisku płynów ustrojowych oraz, co najważniejsze, względnie największej odporności na zużycie tribologiczne w porównaniu z innymi biomateriałami metalowymi. Coraz większe wymagania stawiane biomateriałom skłaniają do ciągłego opracowywania nowych materiałów lub modyfikacji już istniejących. Podjęto więc badania mające na celu określenie wpływu wybranych innowacyjnych technologii wytwarzania na właściwości fizyczne, mechaniczne oraz odporność korozyjną stopu Co28Cr6Mo. Próbki do badań wytworzono z zastosowaniem technologii selektywnego przetapiania laserowego oraz iskrowego spiekania plazmowego. Jako materiał odniesienia zastosowano próbki referencyjne, które wytworzono ze stopu po procesie kucia ASTM F1537 LC. Niezależnie od zastosowanej technologii w mikrostrukturze stopu dochodziło do przemiany fazowej γ-Co → ε-Co. Przemiana była najbardziej intensywna w przypadku próbek otrzymanych za pomocą selektywnego przetapiania laserowego. Świadczy o tym zwiększenie twardości stopu kosztem zmniejszonej odporności na kruche pękanie. Badania potencjodynamiczne wykazały, że najmniejszą odpornością korozyjną charakteryzowały się próbki wytworzone z zastosowaniem technologii iskrowego spiekania plazmowego. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie wymienionych technologii w procesie wytwarzania metalowych komponentów endoprotez jest możliwe.

EN

Metalic components of human joint endoprostheses are most often made of cobalt alloys. Those alloys owe their popularity to high tensil and fatigue strength, good corrosive resistance in the human body fluid environment and, most importantly, relatively high resistance to tribological wear in comparison to other metalic biomaterials. Even more stringent requirements for biomaterials necessitate permanent preparation of new materials or modification of the existing ones. The survey at determination of the influence of selected innovative technologies of production on physical and mechanical properties as well as corrosion resistance of Co28Cr6Mo alloy has been proposed. The samples were made with the use of selective laser melting and spark plasma sintering technologies. As a reference material the forged ASTM F1537 LC alloy was used. Regardless of the applied technologies phase transformation γ-Co → ε-Co were occurred in alloy microstructure. The transformation was most intense for samples which have been made using the selective laser melting technology. It was demonstrated by the increased hardness at the cost of decreased fracture toughness. Potentiodynamic tests show that the samples made with the use of spark plasma sintering technology were characterized by the lowest corrosion resistance. The survey which has been done show that the application of the above-mentioned technologies in manufacturing process of metallic endoprosthesis components is possible.

13

Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS): teoria i praktyka

Garbiec D.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

60--64

PL

W pracy omówiono metodę iskrowego spiekania plazmowego. Przedstawiono rys historyczny spiekania rezystancyjnego oraz etapy rozwoju technologii spiekania z wykorzystaniem silnoprądowych impulsów prądu stałego. Zaprezentowano schemat urządzenia do iskrowego spiekania plazmowego oraz opisano jego budowę. Przedstawiono obecny stan wiedzy na temat mechanizmu spiekania z wykorzystaniem silnoprądowych impulsów prądu stałego oraz wskazano zastosowanie metody iskrowego spiekania plazmowego, jak i jej dalszy rozwój. W pracy zaprezentowano parametry urządzenia SPS znajdującego się w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu. Przedstawiono wyniki badań nad materiałami, które spiekano w Instytucie Obróbki Plastycznej od roku 2011. Wykazano, iż metodą SPS jest możliwe spiekanie materiałów jedno- i wielofazowych, których poszczególne komponenty różnią się temperaturą topnienia, gęstością i wielkością cząstek.

EN

The study discusses the method of Spark Plasma Sintering (SPS). It presents a historical outline of resistance sintering, and the developmental stages of sintering technology using high-current DC pulses. The material presents a schematic illustration of a spark plasma sintering furnace, and describes its construction approach. It also enables the reader to gain some awareness as to the current levels of knowledge found – with regards to the mechanism of sintering using high-current DC pulses – and, the method of spark plasma sintering and possible future developments in this field. The analysis presented in this paper utilizes parameters of the SPS device located at the Metal Forming Institute in Poznan. It describes results of tests carried out on materials which have been sintered at the Metal Forming Institute, since 2011. It has been shown, that it is possible to perform sintering using the SPS method on one or multiphase materials, which the individual components differ in melting point, density and particle size.

14

Struktura i właściwości stopu CoCrMo spiekanego metodą SPS

Miler M., Garbiec D., Saternus M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2015

|

Vol. 82, nr 9

632-637

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych oraz analizy struktury spieków z proszku stopu CoCrMo (ASTM 75) wytworzonych metodą iskrowego spiekania plazmowego. Spiekanie realizowano w temperaturze 1050ºC z szybkością nagrzewania 100°C/min, przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 100 MPa. Czas spiekania wynosił odpowiednio 5, 10 i 15 minut. Na podstawie uzyskanych wyników badań wykazano wpływ czasu spiekania na właściwości mechaniczne spieków. Największą twardością (381 HV0.5) oraz wytrzymałością na rozciąganie (1280 MPa) i na ściskanie (1847 MPa) odznaczają się próbki spiekane w czasie 5 minut.

EN

The paper presents results of strength and structural tests of sintered samples made of CoCrMo powder alloy (ASTM F75) and received by spark plasma sintering. The sintering process was carried out at a temperature of 1050ºC, using a heating rate of 100°C/min under compaction pressure of 100 MPa. Samples were sintered at different times − 5, 10 and 15 minutes. On the basis of research results was rated the impact of sintering time on the mechanical properties of obtained sintered samples. The samples sintered in time 5 minutes had the highest hardness (381 HV0.5), tensile strength (1280 MPa) and compressive strength (1847 MPa).

15

The effect of heating rate and sintering time on properties of WC-6Co nanocrystalline composites produced by spark plasma sintering

Garbiec D., Siwak P., Jakubowicz J.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 1

48--53

EN

For the production of composite materials WC-6Co, the spark plasma sintering method was used. As a result of rapid heating and a short sintering time, materials were obtained with a density close to the theoretical value. The resulting sintered materials were measured for density and hardness. The values of the critical stress intensity factor KIc and modulus of elasticity were set. SEM and AFM observations were carried out. On the basis of X-ray diffractometers analyses, the size of WC and Co crystallites were estimated, whose sizes are less than 50 nm. It was shown that the rate of heating to the sintering temperature significantly affects the sintered microstructure and consequently their mechanical properties. All the sinters are characterized by a KIc above 11.5 MPa·m1/2. The hardest of the obtained materials (1842 HV30) was sintered at a heating rate of 600°C/min for 5 min.

PL

Do wytworzenia materiałów kompozytowych WC-6Co zastosowano metodę iskrowego spiekania plazmowego. W wyniku szybkiego nagrzewania i krótkiego czasu spiekania uzyskano materiały o gęstości zbliżonej do teoretycznej. Wytworzone spieki poddano pomiarom gęstości i twardości. Wyznaczono wartość krytycznego współczynnika intensywności naprężeń KIc oraz modułu sprężystości. Przeprowadzono obserwacje SEM i AFM. Na podstawie dyfraktometrów rentgenowskich oszacowano wielkość krystalitów WC i Co, których wielkość wynosi poniżej 50 nm. Wykazano, iż szybkość nagrzewania do temperatury spiekania wpływa w istotny sposób na mikrostrukturę spieków, a w konsekwencji na ich właściwości mechaniczne. Wszystkie spieki charakteryzują się KIc powyżej 11,5 MPa·m1/2. Najtwardszy z uzyskanych materiałów (1842 HV30) spiekany był z szybkością nagrzewania 600°C/min w czasie 5 min.

16

Wpływ wybranych parametrów iskrowego spiekania plazmowego (SPS) na właściwości spieków z proszku stali 316L

Grabiec D., Gierzyńska-Dolna M., Pachutko B., Andrzejewski D.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2014

|

T. 25, nr 2

139--146

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości stali 316L spiekanej w temperaturze 1000 i 1100°C przy ciśnieniu prasowania 5, 25 i 50 MPa. Do jej wytworzenia zastosowano metodę iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Otrzymano spieki charakteryzujące się gęstością wynoszącą od 6,42 do 7,82 g/cm3, której odpowiada porowatość 19,75–2,25%. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem temperatury spiekania oraz ciśnienia prasowania zwiększa się gęstość oraz wytrzymałość na ściskanie spieków. Największą twardością charakteryzują się spieki wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa i temperaturze spiekania 1000 i 1100°C, która wynosi odpowiednio 182 HV 0,01 i 192 HV 0,01.

EN

This article presents the results of studies of the properties of 316L steel sintered at temperatures of 1000 and 1100°C with a pressure of 5, 25, and 50 MPa. The spark plasma sintering (SPS) method was used to produce this steel. Sinters characterized by a density ranging from 6.42 to 7.82 g/cm3 were obtained, which corresponds to a porosity range of 19.75–2.25%. It was stated that as sintering temperature and pressure increase, so too does the density and compressive strength of the sinters. Sinters produced with a pressure of 50 MPa and at a sintering temperature of 1000 and 1100°C are characterized by the greatest hardness, which is equal to, respectively, 182 HV 0.01 and 192 HV 0.01.

17

316L-HAp composites synthesized by spark plasma sintering method (SPS)

Garbiec D., Gierzyńska-Dolna M.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 1

29--32

EN

This article presents the results of studies concerning the production technology and properties of 316L-HAp composite materials sintered at temperatures of 1000 and 1100°C with compaction pressures of 5, 25, and 50 MPa. The spark plasma sintering method (SPS) was applied for the purpose of producing these materials. 316L-HAp composites characterized by densities ranging from 5.45 to 6.01 g/cm3 were the final products of the applied process. The results of absolute porosity measurements are discussed. It is shown that as sintering temperature and compaction pressure increase, so does the sinter's apparent density and compression strength, although an Rc value that is lower by 8% is observed for sinters produced at a temperature of 1100°C compared to those produced at a temperature of 1000°C. Hardness decreases as sintering temperature increases and reaches the highest values in sinters produced with a compaction pressure equal to 25 MPa.

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczących technologii wytwarzania i własności materiałów kompozytowych 316L-HAp spiekanych w temperaturze 1000 i 1100°C przy ciśnieniu prasowania 5, 25 i 50 MPa. Do ich wytworzenia zastosowano metodę iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Produktem końcowym zastosowanego procesu były kompozyty 316L-HAp charakteryzujące się gęstością wynoszącą od 5,45 do 6,01 g/cm3. Omówiono wyniki pomiarów porowatości całkowitej. Wykazano, iż wraz ze wzrostem temperatury spiekania i ciśnienia prasowania wzrasta jego gęstość pozorna oraz wytrzymałość na ściskanie, przy czym w przypadku kompozytów spiekanych w temperaturze 1100°C obserwuje się mniejszą o 8% wartość Rc niż dla spieków wytworzonych w temperaturze 1000°C. Twardość zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury spiekania, przyjmując największe wartości dla spieków wytworzonych przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 25 MPa.

18

Iskrowe spiekanie plazmowe jako efektywna metoda wytwarzania wyrobów z proszków spiekanych

Garbiec D., Heyduk F., Gierzyńska-Dolna M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

684--688

PL

W artykule przedstawiono istotę iskrowego spiekania plazmowego oraz schemat urządzenia SPS. Wyjaśniono mechanizm spiekania z wykorzystaniem silnoprądowych impulsów prądu stałego. Przedstawiono wyniki badań nad niektórymi materiałami które spiekano metodą SPS w Instytucie Obróbki Plastycznej w Poznaniu od roku 2011. Wykazano, iż metodą SPS możliwe jest spiekanie materiałów jedno jak i wielofazowych oraz napiekanie powłok na wcześniej wytworzone spieki. Przedstawiono prognozę co do przyszłych zastosowań metody SPS.

EN

This article presents the essence of spark plasma sintering and a diagram of an SPS machine. The mechanism of sintering with the application of high intensity direct current impulses is explained. Since 2011, research work has been conducted at the Metal Forming Institute in Poznan on powder materials consolidated using the spark plasma sintering method. This article presents selected results of studies on the Ti6Al4V alloy, Astaloy CrM tool steel, and an Al-Al2O3 composite material, which were sintered using the SPS method. It was shown that it is possible to sinter both single-phase and multi-phase materials characterized by a density near theoretical density (10% Al-Al2O3 composite material with a relative density of 97 %) and to “sinter on" coats onto previously produced sinters (HAp layer on a titanium substrate) using the spark plasma sintering method. Using the example of sintered Astaloy CrM tool steel, it was shown that the values of density and tensile strength increase as compaction pressure increases. This article also presents a prognosis concerning future applications of the SPS method.

19

Spiekanie stali narzędziowej Astaloy CrM metodą SPS

Grabiec D., Heyduk F., Wiśniewski T., Miler M., Gierzyńska-Dolina M.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2013

|

T. 24, nr 1

63--71

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących wytworzenia i scharakteryzowania półwyrobów spiekanej stali narzędziowej Astaloy CrM. Do ich wytworzenia zastosowano metodę iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Produktem końcowym zastosowanego procesu były spieki charakteryzujące się porowatością całkowitą od 7 do 37%. Wykazano, iż wraz ze wzrostem ciśnienia prasowania wzrasta gęstość pozorna spieków oraz wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie. Przeprowadzone badania wykazały, że największą wytrzymałością na rozciąganie (794 MPa) i ściskanie (2910 MPa) charakteryzują się półwyroby wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa.

EN

This paper presents the results of studies concerning the production and characterization of semi-products made from sintered Astaloy CrM tool steel. The spark plasma sintering (SPS) method was used to produce them. The final product of the applied process were sinters characterized by a total porosity from 7 to 37%. It was shown that as compaction pressure increases, so does the apparent density of sinters, along with their tensile and compression strength. Conducted studies showed that the greatest tensile strength (794 MPa) and compression strength (2910 MPa) are exhibited by semi-products produced at a compaction pressure equal to 50 MPa.

20

Al-SiC composites synthesized by the spark plasma sintering method (SPS)

Garbiec D., Jurczyk M.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 4

255-259

EN

This work presents the results of studies concerning the production and characterization of Al-SiC composite materials with a 20 and 25% volume fraction of reinforcing phase particles. The spark plasma sintering method (SPS) was applied for the purpose of producing these materials. The final product of the applied process was Al-SiC composites characterized by a density from 2.70 to 2.72 g/cm3. The results of effective porosity and total porosity measurements are discussed. It was proven that as the content of hard ceramic particles increases in the composite, its apparent density, hardness, and compression strength increase with a simultaneous reduction in tensile strength. For example, the performed tests showed that the composite with the 25% silicon carbide content exhibited the greatest hardness (81.2 HBW 2.5/62.5) and compression strength (315 MPa).

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczących wytworzenia i scharakteryzowania materiałów kompozytowych Al-SiC o 20 i 25% udziale objętościowym cząstek fazy wzmacniającej. Do ich wytworzenia zastosowano metodę iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Produktem końcowym zastosowanego procesu były kompozyty Al-SiC charakteryzujące się gęstością wynoszącą od 2,70 do 2,72 g/cm3. Omówiono wyniki pomiarów porowatości otwartej i całkowitej. Wykazano, iż wraz ze wzrostem zawartości w kompozycie twardych cząstek ceramicznych wzrasta jego gęstość pozorna, twardość oraz wytrzymałość na ściskanie, przy jednoczesnym obniżeniu wytrzymałości na rozciąganie. Przykładowo, przeprowadzone badania wykazały, że największą twardością (81,2 HBW 2,5/62,5) oraz wytrzymałością na ściskanie (315 MPa) charakteryzuje się kompozyt o 25% zawartości węglika krzemu.