Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Characterisation of Micromechanical and Tribological Properties of Titanium Grade 2 after Cyclic Oxidation

Aniołek Krzysztof, Barylski Adrian

Tribologia

|

2023

|

nr 1

9--18

EN

This paper presents the characterisation of micromechanical and tribological properties of titanium Grade 2 before and after cyclic oxidation. The oxidation process was carried out at temperatures of 600°C, 650°C and 700°C in 4 and 12 cycles. Microscopic studies showed that oxide particle size increased with increasing oxidation temperature and the number of cycles. Titanium Grade 2 showed up to 3 times higher hardness after cyclic oxidation. The highest hardness (8.4 GPa) was obtained after 12 cycles of titanium oxidation at 650°C. Tribological tests were conducted in pairs with different materials (Al2O3, ZrO2, bearing steel 100Cr6). The presence of oxide layers obtained on the titanium surface resulted in a significant reduction in specific wear rate. Titanium Grade 2 showed the best resistance to sliding wear after cyclic oxidation at 600°C during sliding interaction with ZrO2 and 100Cr6 balls (unmeasurable wear under assumed test conditions). In the other test variants, the reduction in wear ranged from 37 to 96%.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości mikromechanicznych i tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu cyklicznym. Proces utleniania realizowano w temperaturze 600°C, 650°C i 700°C w 4 i 12 cyklach. W badaniach mikroskopowych wykazano, że wielkość cząstek tlenków rosła wraz ze wzrostem temperatury utleniania oraz liczby cykli. Tytan Grade 2 po utlenianiu cyklicznym charakteryzował się na wet 3-krotnie wyższą twardością. Największą twardość (8.4 GPa) uzyskano po 12 cyklach utleniania tytanu w temperaturze 650°C. Testy tribologiczne realizowano w skojarzeniu z różnymi materiałami (Al2O3 , ZrO2 , stal łożyskowa 100Cr6). Obecność warstw tlenkowych otrzymanych na powierzchni tytanu spowodowała znaczną redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odpornością na zużycie ścierne tytan Grade 2 charakteryzował się po utlenianiu cyklicznym w temperaturze 600°C podczas współpracy ciernej z kulkami ZrO2 oraz 100Cr6 (zużycie niemierzalne w przyjętych warunkach badań). W pozostałych wariantach badań redukcja zużycia wynosiła od 37 do 96%.

2

Quantitative and qualitative assessment of the impact of osteoporosis on endplate layers

Wojtkow Magdalena, Kielbowicz Zdzislaw, Biezynski Janusz, Pezowicz Celina

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2019

|

Vol. 39, no. 3

797--805

EN

The endplate (EP) is a composite structure made of osseous and cartilage components that separates the intervertebral disc from the vertebral body. As an intermediary link between rigid bone tissue and the flexible intervertebral disc, EP is affected by structural changes as well as changes in biomechanical properties of both these elements caused by pathological changes in the spine. One of the modern civilization hazards related to the skeletal system are osteoporotic changes. Although the influence of osteoporosis on vertebral bodies has been extensively researched, there is still a lack of information about its impact on the structure of the endplate itself. The aim of this study was to carry out a quantitative and qualitative assessment of the impact of osteoporosis on individual layers of EP. An animal model of the cervical and thoracic vertebrae was used. The analyses were conducted on two study groups: control (healthy sheep) and osteoporotic (with induced osteoporosis). Microstructural changes were analyzed using a micro-CT scanner, while mechanical parameters were analyzed using the microindentation test. There were no statistically significant differences in the analyzed parameters between cranial and caudal endplates. The performed tests showed significant changes in the trabecular microarchitecture of the endplate layer caused by osteoporosis. Despite the presence of morphometric changes in the osteoporotic group, no significant changes were observed in the mechanical properties of analyzed structures. A comparison of the mechanical parameters obtained for healthy endplates of the sheep model showed a high correlation with literature data for the human model.

3

Microstructure analysis of concrete modified with addition of calcareous fly ash

Glinicki M. A., Krzywobłocka-Laurów R., Ranachowski Z., Dąbrowski M., Wołowicz J.

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2013

|

Vol. 12, no. 2

173-189

EN

The investigation of concrete microstructure and phase composition was performed on concrete specimens produced with and without calcareous fly ash obtained from Bełchatów Power Station. The used calcareous fly ash (designated "W") was either unprocessed or ground to assumed specific surface and added to concrete mix to substitute 30% of the binder by weight. The following testing methods were used in this research: scanning electron microscopy, differential thermal analysis (DTA) and multiple microindentation. The characteristic features of the investigated microstructures are discussed and the effect of calcareous fly ash on the content of non-evaporable water and portlandite in cement matrix is analysed. The results of microindentation and compressive strength testing were used as the basis for evaluation of the efficiency of calcareous fly ash added to concrete mix.

PL

Przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i składu fazowego próbek dziewięciu rodzajów betonu, wykonanych bez i z dodatkiem popiołów lotnych wapiennych z węgla brunatnego Bełchatów. Popiół lotny wapienny (W) dodawano do mieszanki betonowej w stanie nieuzdatnionym lub po domieleniu, zastępując 30 % masy spoiwa. Wykorzystano metodę mikroskopii skaningowej, termicznej analizy różnicowej oraz mikroindentacj i wielokrotnej . Omówiono charakterystyczne cechy mikrostruktury betonów i przeanalizowano wpływ dodatków popiołowych na zawartość wody związanej i portlandytu w matrycach cementowych. Przedyskutowano efektywność dodatków popiołowych na podstawie rezultatów mikroindentacji i wytrzymałości betonu na ściskanie.

4

Badania zmian właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej powłok elastomerowych w następstwie procesu starzenia

Bieliński D.M., KLeczewska J., Majewski K., Rajkiewicz M.

Elastomery

|

2008

|

T. 12, nr 2

9-15

PL

Przedstawiono metodykę badawczą dotyczącą zmian właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej materiałów elastomerowych w następstwie ich starzenia. Zaprezentowano budowę i zasadę działania aparatu Nano Test 600 brytyjskiej firmy Micro Materials Ltd, który został wykorzystany do oznaczeń mikrotwardości, jej powierzchniowego gradientu oraz badań relaksacji naprężeń i pełzania. Na wybranych przykładach materiałów powłokowych stosowanych w technice zbrojeniowej przeanalizowano możliwość zastosowania nowych parametrów, odnoszących się do zmian właściwości mechanicznych rejestrowanych w warstwie wierzchniej, jako nowych wskaźników służących ocenie stopnia starzenia materiałów polimerowych. Zaproponowano, aby wykorzystać w tym celu zmianę mikrotwardości, jej powierzchniowego gradientu, powrotu elastycznego oraz tzw. bezwymiarowego parametru pełzania.

EN

Experimental methodology on monitoring changes to mechanical properties of the surface layer of elastomers accompanying ageing has been presented. Construction and principles of operation of a Micro Materials Ltd. Nano Test 600 instrument, used for microhardness and its surface gradient determinations as well as stress relaxation and creep, have been demonstrated. Possibility of application for new parameters, related to changes of mechanical properties taking place in the surface layer, as indicators of ageing progress, has been analyzed on some examples of military purpose elastomer coatings. Changes to microhardness, its surface gradient, elastic recovery and dimensionless creep parameters hale been proposed to apply.

5

Microindentation of elastomers. Case studies

Bieliński D.M.

Elastomery

|

2006

|

T. 10, nr 6

32-42

EN

The paper summarizes above 8 years of the author's experience with microindentation of elastomers. In introduction part the principle of compliance method has been presented and compared to ISO standards on the determination of rubber hardness. The advantages and the limitations of microindention have been discussed. Experimental results demonstrate application of the technique to study surface segregation in elastomer-plastomer blends, blooming of low molecular weight substances in rubber, gradient of crosslink density and structure in vulcanizates, effects of chemical and physical modifications, aging and stress relaxation in elastomers. Case examples are presented and discussed in terms of the potential influence on exploitation characteristics of the materials.

PL

Artykuł stanowi podsumowanie ponad 8-letnich doświadczeń autora w dziedzinie mikroindentacji elastomerów. We wstępie przedstawiono ideę pomiaru twardości opierając się na metodzie "compliance" (ang. podatność mechaniczna), porównując ją do standardowych oznaczeń twardości, ujętych w normach ISO. Przedyskutowano zalety i wskazano na ograniczenia, jakim podlega mikroindentacja. Wyniki badań świadczą o możliwości zastosowania tej techniki do jakościowych i ilościowych oznaczeń segregacji powierzchniowej w mieszaninach elastomerowo-plastomerowych, badania zjawiska wykwitania substancji małocząsteczkowych w gumie, gradientu gęstości usieciowania i struktury węzłów sieci w wulkanizatach, efektów chemicznej i fizycznej modyfikacji, starzenia i relaksacji naprężeń w elastomerach. Wybrane przykłady przedyskutowano z punktu widzenia potencjalnego wpływu zmian budowy i struktury na charakterystykę eksploatacyjną materiałów.

6

Wpływ bombardowania jonowego na odporność UHMWPE na zużycie

Lipiński P., Bieliński D., Jagielski J.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2006

|

R. 103, z. 6-M

329-334

PL

Polietylen o bardzo wysokim ciężarze cząsteczkowym (UHMWPE), przeznaczony do zastosowań biomedycznych: GUR 1020 i GUR 1050 (Perplas Medical Ltd., Wlk. Brytania), poddano bombardowaniu wiązką jonów: H[2^+], He[^+], Ar[^+] lub Ag[^+], o różnych energiach i dawkach. Praca przedstawia zmiany profilu mikromechanicznego (mikroindentacja) i morfologii (AFM, SEM) warstwy wierzchniej polietylenu zachodzące w wyniku bombardowania jonowego. Mechanizm modyfikacji oraz jej efekty badano przy użyciu spektroskopii FTIR-IRS, konfokalnej mikroskopii Ramana oraz mikroanalizy jądrowej. Uzyskane wyniki wskazują, iż wskutek radiolizy następuje wzrost twardości powierzchni, najprawdopodobniej spowodowany cross-polimeryzacją polietylenu. Zasięg modyfikacji ograniczony jest do głębokości penetracji jonów, która zależy od jego masy i reaktywności chemicznej oraz dawki i energii wiązki. Bombardowaniu jonowemu towarzyszy utlenianie, które wraz z rozwinięciem powierzchni odpowiada za hydrofilizację polietylenu. W wyniku modyfikacji tarcie i zużycie UHMWPE mogą zostać zredukowane nawet ponad dwukrotnie.

EN

Medical grade UHMWPE-s: GUR 1020 and 1050 (Perplas Medical Ltd., Wlk. Brytania), were subjected to ion beam bombardment with: H[2^+], He[^+], Ar[^+] or Ag[^+], of various energy and doses. The work presents changes to micromechanical profiles (microindentation) and surface morphology (AFM, SEM) of polyethylenes due to the treatment. Mechanism of the modification and its effects were studied by FTIR-IRS, confocal Raman microscopy and "nuclear depth profiling". Studies revealed that hardness of the surface layer increases due to radiolysis, probably leading to cross-polymerization of polyethylene. The depth of modification is limited to the penetration of ions, being dependent on ion mass and its chemical reactivity, applied dose and beam energy. The treatment is accompanied by oxidation, which together with a development of surface geometry is responsible for hydrofilization of polyethylene. Due to modification friction and wear of UHMWPE can be reduced even more than two times.

7

Wpływ implantacji jonowej na tarcie polietylenu

Bieliński D.M., Ślusarski L., Lipiński P., Turos A., Jagielski J.

Tribologia

|

2003

|

nr 4

47-56

PL

Przedmiot badań stanowiły cienkie powłoki polimerowe (o grubości =1-2 mikrometra) wylane z roztworu na podłoże krzemowe Si (100). Jako materiału użyto polietylenów różniących się ciężarem cząsteczkowym (Mw = 4000-6000000), stopniem krystaliczności (Xc = 32-92 ) lub stopniem rozgałęzienia makrocząsteczek (LLDPE - HDPE/UHMWPE). Stwierdzono różnicę w oddziaływaniu jonów Ar+ i He+ z powłoką polimerową w zależności od struktury materiału. W wyniku bombardowania jonami w stosowanym zakresie dawek, twardość badanych powłok polietylenowych rośnie, z wyjątkiem UHMWPE, w przypadku którego maleje. Modyfikacji towarzyszy wzrost polarności oraz rozwinięcie powierzchni materiału. Zaobserwowane efekty są większe w przypadku implantacji polimerów jonami argonu.

EN

The subjects of investigation were thin films (1-2 micrometer) of polymer casted from solution on silicon substrate Si (100). The materials studied were polyethylenes of various molecular weight (Mw = 4000-6000000 ), crystallinity (Xc = 32-92) and degree of macromolecular branching of (LLDPE - HDPE/UHMWPE). Differences between Ar+ and He+ interaction with the surface layer of polyethylene, depending on structure of material, were found. Ion bombardment, within the investigated dose range, resulted in growth of hardness of polyethylene except UHMWPE (for which material it decreased). Due to the treatment the surface of polyethylenes grew in polarity and developed its geometry. The higher effects were observed for Ar+ ion implantation.

8

Materiały na miarę - Wpływ kompozycji i przetwórstwa na tarcie materiałów polimerowych

Bieliński D.

Prace Naukowe Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

2002

|

Vol. 87, nr 27

27-32

PL

Praca podejmuje zagadnienie wpływu budowy chemicznej i struktury fizycznej materiałów polimerowych, kształtowanych w procesie przetwórstwa, na tarcie. Szczególna uwaga została poświęcona warstwie wierzchniej, która odznacza się odmiennymi właściwościami fizyko-chemicznymi od wnętrza materiału. Stwierdzono powierzchniowy gradient składu i struktury materiałów polimerowych, który można kształtować pod względem zasięgu jak i wielkości. Występowanie gradientu składu chemicznego jest najprawdopodobniej przejawem migracji małocząsteczkowych dodatków lub frakcji polimerów o małym ciężarze cząsteczkowym. Obecne na powierzchni w formie wykwitów lub powłok, działają one jak swego rodzaju smar, obniżając współczynnik tarcia materiałów. Jeżeli natomiast "utkwią" w warstwie wierzchniej, powodując jej spęcznienie, doprowadzają do wzrostu składowej histerezyjnej siły tarcia, co przejawia się we wzroście tego ostatniego. Gradient strukturalny może być konsekwencją ukierunkowania struktury fazy krystalicznej polimeru w procesie przetwórstwa, bądź jej bardziej zwartego upakowania. Rzadziej jest przejawem krystalizacji wykwitu. Ujawniono istnienie powierzchniowego gradientu gęstości usieciowania gumy, które niesie ze sobą poważne następstwa tribologiczne.

EN

This work deals with influence of chemical composition and physical structure of polymeric materials, being formed during processing, on friction. Special attention has been paid to the surface layer, exhibiting different physicochemical properties than the material in bulk. The surface gradient of composition and structure of polymeric materials, possible to be controlled according to its value and depth, has been revealed: Its presence is probably the result of migration of low molecular weight additives or polymer fractions. Constituting the surface layer or blooms they act as some kind of a lubricant, lowering coefficient of friction of the polymeric material. However, if they "stack" in the surface layer of the material, resulting in its swelling, hysteretical component of friction increases, producing higher friction. Structural gradient of polymer material can be either a consequence of anisotropy of its crystalline phase, being produced during processing, or denser packing of crystallites. Rather seldom noticeable structural gradient is the result of bloom crystallization. The surface gradient of crosslinks density of rubber has been revealed, what is of great importance from tribological point of view.

9

Warstwa wierzchnia a tarcie elastomerów

Bieliński D.

Polimery

|

2001

|

T. 46, nr 10

684-691

PL

Metodami mikroskopii sił atomowych (AFM), mikroindentacji, spektroskopii fotoelektronowej (XPS), mikroanalizy chemicznej oraz mikrotribologii zbadano skład chemiczny fizycznej warstwy wierzchniej (głębokość g < 5 nm) oraz właściwości mechaniczne technicznej warstwy wierzchniej (g = 2-6 urn) wulkanizatów c/s-l,4-poliizoprenu (IR) o zbliżonej gęstości usieciowania (tabela 1) różniących się stopniem siarczkowości węzłów sieci przestrzennej (tabela 2). Zwrócono uwagę na zjawisko migracji malocząsteczkowych substancji wchodzących w skład zespołu sieciującego oraz produktów ubocznych wulkanizacji na powierzchnię próbek. Niektóre z tych substancji, np. stearynian cynku, tworzą warstwę zewnętrzną, która działa jak swego rodzaju smar (rys. 1). Siła tarcia wulkanizatów poddanych ekstrakcji wzrasta kilkakrotnie w porównaniu z siłą tarcia tych samych próbek badanych przed ekstrakcją. Stwierdzono istnienie powierzchniowego gradientu twardości, który nie jest spowodowany nadmiarem substancji sieciujących, migrujących na powierzchnię. Najprawdopodobniej stanowi on przejaw "dojrzewania" sieci przestrzennej, polegającego na przegrupowaniu wiązań polisiarczkowych z utworzeniem większej liczby mostków monosiarczkowych. Nie można również wykluczyć wpływu słabej przewodności cieplnej elastomerów, odpowiedzialnej za gradient temperatury wulkanizacji. Wzrost swobodnej energii powierzchniowej, będący skutkiem większej polarności wulkanizatów o węzłach polisiarczkowych, wraz ze wzrostem stratności mechanicznej technicznej warstwy wierzchniej [mierzonej jako stosunek twardości do modułu Younga (H/E)] tłumaczą wyniki badań tribologicznych w mikroskali (rys. 4). Tarcie wulkanizatów rośnie wraz ze wzrostem stopnia siarczkowości węzłów sieci (rys. 5).

EN

Atomic force microscopy (AFM), microindentation, X-ray pho-toelectron spectroscopy (XPS), chemical microanalysis and microtribology were used to study the chemical composition of the surface layer (to within 5 nm deep) and the mechanical properties of the technical surface layer (2-6 jam deep) of poly(ris-l,4-isoprene) vulcanizates (IR) of fairly related crosslink densities (Table 1) and differing degrees of crosslink sulfidity (Table 2). The low-M constituents of the curing system and some vulcanization by-products were found to migrate onto the IR surface. Constituents like zinc stearate were found to produce an external layer that exhibited lubricating properties. In (EtOH-Ac2O)-extracted vulcanizates, the friction force was several times higher than that in non-extracted vulcanizates. Hardness exhibited a surface gradient unrelated to the excess of the curing system constituents that migrated onto the surface. The gradient is believed to be due to "maturation" of the spatial crosslink network involving rearrangement of polysulfide bridges and formation of more monosulfide crosslinks. IR's slow heat transfer, responsible for the gradient of vulcanization temperature, cannot be ruled out as a contributing factor. The rising polarity of polysulfide crosslinks resulted in increased free surface energy of the vulcanizates. The mechanical loss of the technical surface layer (augmented hysteresis of surface layer), measured as the hardness-to-Young's modulus ratio (H/E), allows to interpret the microtribological data (Fig. 4). Friction of the vulcanizates was found to rise as the degree of sulfidity of crosslinks was raised (Fig. 5).

10

Charakterystyka warstwy wierzchniej a właściwości materiałów elastomerowych

Bieliński D., Głąb P., Ślusarski L.

Elastomery

|

2001

|

T. 5, nr 2

29-37

PL

Budowa chemiczna i struktura fizyczna warstwy wierzchniej materiałów elastomerowych niejednokrotnie decydują o ich właściwościach przetwórczych i eksploatacyjnych. Zjawiska takie jak: migracja substancji małocząsteczkowych, prowadząca do tworzenia wykwitów na powierzchni gumy, segregacja powierzchniowa w układach polimerowych lub gradientowy charakter chemicznej modyfikacji elastomerów są znane od dawna. Jakkolwiek powszechnie wykorzystuje się je dla ochrony gumy przed starzeniem, przede wszystkim ozonowym, poprawy stabilności termicznej, adhezji, bądź w celu sterowania właściwościami trybologicznymi wyrobów gumowych, mechanizm migracji nie został w pełni poznany. W artykule przedstawiono wyniki badań warstwy wierzchniej elastomerów dotyczące jej budowy oraz morfologii powierzchni. Najważniejsze spostrzeżenia dotyczą: modyfikacji powierzchniowej kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego (NBR) na drodze jodowania, która prowadzi dodatkowo do rozwinięcia powierzchni wulkanizatu, segregacji powierzchniowej małocząsteczkowej frakcji cyklicznej trans-1,4-polioktenameru (TOR) w mieszaninie z kauczukiem naturalnym (NR) oraz wpływu gęstości usieciowania i budowy chemicznej węzłów sieci przestrzennej na tarcie elastomerów. W badaniach wykorzystywano m.in. mikroskopię sił atomowych (AFM), mikroindentację warstwy wierzchniej, spektroskopię refleksyjną w podczerwieni (FT-IR ATR) i miktotrybologię. Uzyskane wyniki są istotne nie tylko ze względów poznawczych, ale mają również znaczenie praktyczne, umożliwiając projektowanie materiałów elastomerowych o określonych właściwościach użytkowych, tzw. "materiałów na miarę".

EN

Chemical composition and physical structure of the surface layer of elastomeric materials very often decide their processing and exploitation properties. Such phenomena like migration of low molecular weight substances producing bloom on the surface of rubber, segregation taking place in polymer systems or gradient character of chemical modification of elastomers have been known for many years. Despite their common utilization for ageing, especially ozone, protection of rubber, increase of its thermal stability, adhesion or application in order to control tribological properties of rubber goods, mechanism of migration has not been understood completely. The paper presents experimental data concerning the surface layer of elastomers and particularly its composition, mechanical properties and morphology. The most important observations concern surface modification of butadiene-acrylonitryle rubber (NBR) produced by iodination, additionally accompanied by development of the surface geometry, segregation of low molecular weight cyclic fraction of trans-1,4-polyoctenamer (TOR) in blends with natural rubber (NR) as well as influence of crosslink density and chemical composition of crosslinks on friction of elastomers. In our studies the following methods have been used: atomic force microscopy (AFM), reflection infrared spectroscopy (FT-IR ATR), microindentation and microtribology. Results obtained are very important not only from scientific but from the practical point of view, making possible designing materials of defined exploitation properties, the so called "tailored materials".