Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Coatings with advanced microstructure for biomedical applications

Kot M., Major Ł., Major R., Lackner J., Pontié M.

Tribologia

|

2017

|

nr 2

77--84

EN

The paper presents the effect of the complex architecture of Cr/CrN+a-C:H coatings on their mechanical and tribological properties. These advanced coatings were compared with CrN single coatings and Cr/CrN multilayers. All of them were deposited by the magnetron sputtering technique. The conducted tests allowed nanohardness, elasticity modulus, fracture toughness, and adhesion of coatings to steel substrates to be determined. Tribological tests were carried out under dry friction and in the presence of phosphate-buffered saline PBS and foetal bovine serum FBS. For all test conditions, the friction coefficient and the wear index of the produced coatings were determined. The lowest wear and the lowest coefficient of friction are exhibited by coatings with complex Cr/CrN+a-C:H architecture. Furthermore, they are also resistant to the highly corrosive PBS environment.

PL

W pracy analizowano wpływ złożonej architektury powłok Cr/CrN+a-C:H na ich właściwości mechaniczne i tribologiczne. Porównywano je z powłokami pojedynczymi CrN i wielowarstwowymi Cr/CrN, które wytwarzano techniką magnetronowego rozpylania. Przeprowadzone badania umożliwiły określenie twardości, modułu sprężystości, odporności na pękanie i adhezji do podłoża. Testy tribologiczne przeprowadzono w warunkach tarcia suchego oraz w obecności roztworu soli fizjologicznej PBS i surowicy cielęcej FBS. Dla wszystkich warunków tarcia określono współczynnik tarcia oraz odporność na zużycie wytworzonych powłok. Najmniejszym zużyciem oraz najmniejszymi wartościami współczynnika tarcia charakteryzowały się złożone powłoki Cr/CrN+a-C:H. Przy tym są one także odporne na oddziaływanie korozyjne roztworu PBS.

2

One dimensional phononic FDTD algorithm and transfer matrix method implementation for Severin aperiodic multilayer

Garus S., Sochacki W.

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2017

|

Vol. 16, nr 4

17--27

EN

In this paper, the power spectrum and phononic properties of the quasi one-dimensional Severin aperiodic multilayer was investigated. Multilayer phononic structures with their phononic band gap properties can be used as filters of mechanical waves. In the paper, the implementation of the Finite Difference Time Domain (FDTD) algorithm with discrete Fourier transform and the Transfer Matrix Method algorithm in the Wolfram Language in Mathematica was made.

3

Trwałość temperaturowa układów wielowarstwowych Cu/Ni i Cu/stal

Olejnik E., Kucharska B.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

497--500

PL

W pracy zaprezentowano wyniki badań wpływu temperatury na zachowanie periodyczności oraz zmian tekstury wielowarstw Cu/Ni oraz Cu/X8CrNi-Si25-21. Wielowarstwy wykonane techniką osadzania magnetronowego na krzemowym podłożu zróżnicowano ilością biwarstw (50÷150) i grubością podwarstw i i stali (2÷6 nm), przy stałej grubości podwarstwy Cu. Wielowarstwy wygrzewano w atmosferze powietrza w coraz to wyższej temperaturze, aż do momentu, w którym nastąpiło ich uszkodzenie na skutek różnicy współczynników rozszerzalności cieplnej składników wielowarstwy i krzemowego podłoża. Ciągłość i strukturę wielowarstw kontrolowano przy użyciu mikroskopu skaningowego (SEM) oraz w badaniach rentgenowskich (XRD). Dodatkowo wielowarstwy przed i po wygrzewaniu zbadano pod kątem tekstury. Wykazano, że wielowarstwy Cu/X8CrNi25-21 zachowały adhezję z podłożem do temperatury 400°C - wyższej w porównaniu do wielowarstwy Cu/Ni (300°C). Na podstawie analizy natężenia refleksów dyfrakcyjnych zasugerowano, że pomimo zachowania adhezji, podczas wygrzewania w wielowarstwach dochodziło do dyfuzji wzajemnej składników podwarstw. Pomiary figur biegunowych wykazały, że wygrzewanie spowodowało w wielowarstwach osłabienie tekstury przy zachowaniu jej składowych.

EN

The paper presents the results of effect of heating on retention period structure and change texture Cu/Ni and Cu/X8CrNiSi25-21 multilayer. The multilayers was fabricated on a Si(100) nano-crystalline silicon substrate by the magnetron sputtering method. The multilayers were differentiated by the number of periods (50÷150) and by the thickness of Ni and X8CrNiSi25-21 steel sublayer (2÷6nm), while maintaining a constant thickness of the Cu. The multilayers were annealed in air at increasingly higher temperatures up to the cracks and multilayer delamination were observated. The control of the continous state of multilayers and their structure were done by scanning microscope (SEM) and by X-ray diffraction (XRD). Moreover, before and after annealing the multilayers were subjected to texture measurements. It was found that the Cu/X8CrNi25-21 multilayers retained adhesion to the substrate up to temperature of 400°C - higher temperature in compared to Cu/Ni multilayer (300°C). The analysis of the intensity of diffraction reflections was suggested that, despite the retention of adhesion during annealing the multilayers occurred to interdiffusion components sublayers. Measurements of mutilayers pole figures show that the annealing resulted in a weakening of the texture while maintaining its components.

4

Badanie odporności na pękanie i zużycie przez tarcie powłok wielowarstwowych

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

Tribologia

|

2014

|

nr 2

89--99

PL

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

EN

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

5

Properties of chirped periodic layered medium with metamaterial layers

Garus J., Garus S., Błoch K., Nabiałek M., Szota M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2014

|

Vol. 66, nr 1

13--19

EN

Purpose: The purpose of the article was to investigate the absorption and reflectance properties of chirped periodic layered medium with metamaterial layers. Design/methodology/approach: The use of the algorithm TMM (Transfer Matrix Method) allows to determine the absorption and reflectance for the quasi one-dimensional multilayer structures. Can be analysed structure constructed with RHM (right-handed materials) and LHM (left-handed materials) with layers of any thickness and arranged in any way. It is possible to analyse lossy dispersive materials. Findings: In all the cases studied linear shift in the peaks with an increase in the k coefficient was observed. In all cases there was a shift to higher wavelengths. Noted an increase in the intensity and broadening half-width of the peaks. Research limitations/implications: The simulation was carried out only for the binary structure in the visible light range. Practical implications: Computer simulations allow us to design material with specified properties at a lower cost. The use of chirped periodic layered media allows to shift and broadening of the peak in the required range of work for mirrors or filter. Originality/value: Absorption and reflectance for chirped periodic layered systems using metamaterials layers have not yet been thoroughly investigated. Research can contribute to the implementation of mirrors with specific nonlinear properties.

6

Transmission in aperiodic Severin superlattices

Szota M.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

211--214

EN

Multilayer structure, whose thickness of the layers is of the same order as the length of the electromagnetic wave incident, have characteristic properties of a transmission. A special feature of these materials is the presence in them of the photonic band gap – which means that the electromagnetic waves of given wavelengths do not propagate in them. Understanding the characteristics of the different types of superlattices allows you to design systems with application specific properties. The study analyzed aperiodic supergrid Severin built with materials lossless and non-dispersive. The study used a matrix method. Transmission were tested according to the number of generations of the superlattice, the type of material used (right-handed and left-handed), the thickness of the layers and type of surrounding material. Studies have demonstrated a link between increasing number of superlattice generation, and increase of the number of transmission bands and a decrease in their width. Has been shown that change the shape of transmission band in dependence on the type of material used. A change of environment caused a shift of the transmission bands towards lower angles and observe the phenomenon of electromagnetic wave tunneling through the structure.

PL

Struktury wielowarstwowe, których grubość warstw jest tego samego rzędu co długość elektromagnetycznej fali padającej, mają charakterystyczne własności transmisyjne. Cechą szczególną tych materiałów jest występowanie w nich fotonicznej przerwy wzbronionej – co oznacza, że fale elektromagnetyczne o danych długościach fali nie propagują w nich. Poznanie charakterystyk różnych typów supersieci pozwala na projektowanie układów o konkretnych własnościach aplikacyjnych. W pracy analizowano aperiodyczną supersieć Severina zbudowaną z materiałów bezstratnych i bezdyspersyjnych. Do badań wykorzystano metodę macierzową. Badano transmisję w zależności od numeru pokolenia supersieci, typu użytego materiału (prawoskrętnych i lewoskrętnych), od grubości warstw oraz materiału otoczenia struktury. Badania pozwoliły wykazać związek między zwiększeniem numeru pokolenia supersieci, a powiększeniem liczby pasm transmisji oraz zmniejszeniem ich szerokości. Wykazano zmianę kształtu pasm transmisji w zależności od typu użytego materiału. Zmiana materiału otoczenia spowodowała przesunięcie pasm transmisji w stronę mniejszych kątów oraz zaobserwowanie zjawiska tunelowania fali elektromagnetycznej przez strukturę.

7

Transmission in 3-layered system

Szota M.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

215--218

EN

The thickness of the layers order of hundreds of nanometers in the multilayer structure causes that light of a given frequency does not propagate in the material. Forbidden frequency range for a given structure is called a photonic band gap. Current technologies allows for the construction of a given superlattice structure. The study analyzed transmission over the three-layer filter ABA-type in the P and S polarization. The base materials were A – NaCl, and B is GaAs. Transmission maps were tested for various materials B when B belonged to right-handed and left-handed materials. The influence of surrounding material and the relationship between the thickness of the layer B, and the properties of the filter. The study demonstrated the existence of differences in the transmission for different polarization. The three-layer structure material showed a transmission band. Using material LHM instead of RHM changed filtration properties of the system. A change of surrounding material has shifted transmission bands towards smaller angles, and there was the phenomenon of electromagnetic wave tunneling.

PL

Grubość warstw rzędu setek nanometrów w strukturze wielowarstwowej powoduje, że fala światła o danej częstotliwości nie propaguje się w materiale. Zakres częstotliwości wzbronionych dla danej struktury nazywany jest fotonicznym pasmem wzbronionym. Obecne technologie pozwalają na budowę supersieci o zadanej strukturze. W pracy analizowano transmisję przez trójwarstwowy filtr ABA dla polaryzacji typu P i S. Materiałami bazowymi były A – NaCl, natomiast B to GaAs. Badano mapy transmisji dla różnych materiałów B, gdy B należało do materiałów prawoskrętnych i lewoskrętnych. Analizowano wpływ materiału otoczenia oraz związek między grubością warstwy B a własnościami filtracyjnymi układu. W pracy wykazano występowanie różnic w transmisji dla różnych polaryzacji. Trójwarstwowy materiał wykazał pasmową strukturę transmisji. Użycie materiału LHM zamiast RHM zmieniło własności filtracyjne układu. Zmiana materiału otoczenia przesunęła pasma transmisji w stronę mniejszych kątów oraz wystąpiło zjawisko tunelowania fali elektromagnetycznej.

8

The creation and shifts of band gaps in binary superlattices

Garus J., Garus S., Gruszka K., Błoch K., Nabiałek M.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

113--116

EN

Multilayers are characterized by the presence of the photonic band gap, so that electromagnetic waves (EMW) at the specific frequencies does not propagate them. Using emulation properties of multilayer systems allows pre-testing of the structure and the design to get the specific characteristics of the electromagnetic wave transmission bands. This reduces the number of samples performed and reduces the cost of examinations. In this study the behaviour of the electromagnetic wave passing through the superlattice ABABAB binary structure composed of lossless materials whose properties do not depend on the frequency of the electromagnetic wave, using the matrix method and the FDTD algorithm. Due to the use multilayers as a filters of visible light the calculation performed for the wavelength range of 300 to 700 nm. In order to examine the behaviour of a monochromatic electromagnetic wave having a wavelength equal to the wavelength of the band gap analysis was performed using the FDTD algorithm, during which were determined by FFT (Fast Fourier Transform) wavelength characteristics. EMW penetrating the superlattice structure, for each boundary layer is partially reflected and partially passes. Another part of the electromagnetic wave reflected inside the structure interfere with each other, which involves a change in the output wavelength and causes the formation of superlattice band gaps. Based on the study, it can be concluded that the matrix method and FDTD very well complement the study of photonic properties of multilayer structures. It has been found that the presence of the photonic band gap depends strongly on the number of superlattice layers. The environment of the multilayer structure does not affect the existence of band gaps, but it strongly influences the interband areas. Increasing the thickness of the superlattice layers shifts in a linear photonic band gaps toward the higher wavelength and the influences of their size. The use of the FDTD method has allowed to illustrate the behaviour of electromagnetic waves in areas of high and low transmission.

PL

Układy wielowarstwowe charakteryzują się występowaniem fotonicznej przerwy wzbronionej, przez co fale elektromagnetyczne (FEM) o pewnych częstotliwościach nie rozchodzą się w nich. Użycie emulacji właściwości układów wielowarstwowych pozwala na wstępne testowanie struktury i taki jej projekt, aby uzyskać konkretną charakterystykę pasm transmisji fali elektromagnetycznej. Pozwala to na ograniczenie liczby wykonywanych próbek i wpływa na zmniejszenie kosztów przeprowadzonych badań. W pracy badano zachowanie się fali elektromagnetycznej przechodzącej przez supersieć o strukturze binarnej ABABAB zbudowaną z materiałów bezstratnych, których własności nie zależą od częstości fali elektromagnetycznej, za pomocą metody macierzowej oraz algorytmu FDTD. Ze względu na zastosowanie sieci wielowarstwowych jako filtrów promieniowania widzialnego obliczenia przeprowadzono dla długości fali z zakresu 300÷700 nm. W celu zbadania zachowania monochromatycznej fali elektromagnetycznej o długości fali równej długości fali pasma wzbronionego przeprowadzono analizę za pomocą algorytmu FDTD, w trakcie której wykonano metodą FFT (Fast Fourier Transform) charakterystyki długości fali. FEM, wnikając w strukturę supersieci, na każdej granicy warstw częściowo się odbija, a częściowo przechodzi. Kolejne odbite części fali elektromagnetycznej wewnątrz struktury interferują ze sobą, co wiąże się ze zmianą długości fali na wyjściu supersieci i powoduje powstawanie pasm wzbronionych. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że metoda macierzowa i FDTD bardzo dobrze się uzupełniają przy badaniu własności fotonicznych struktur wielowarstwowych. Stwierdzono, że występowanie fotonicznej przerwy wzbronionej silnie zależy od liczby warstw supersieci. Otoczenie struktury wielowarstwowej nie wpływa na występowanie pasm wzbronionych, ale silnie oddziałuje na obszary międzypasmowe. Zwiększenie grubości warstw supersieci przesuwa w sposób liniowy fotoniczne przerwy wzbronione w stronę wiekszych długości fali oraz wpływa na ich rozmiar. Wykorzystanie metody FDTD pozwoliło zobrazować zachowanie fali elektromagnetycznej w obszarach o wysokiej i niskiej transmisji.

9

Transmission and photonic band gaps in Fibonacci superlattices

Garus J., Garus S., Błoch K., Szota M., Nabiałek M., Szlązak K.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2013

|

Vol. 61, nr 2

229--235

EN

Purpose: The purpose of the article was to broaden the knowledge about the behavior of Fibonacci superlattices as filters electromagnetic waves. Design/methodology/approach: Simulations of multi-layer systems is usually carried out by using two complementary methods. The first, matrix method which allows the study of the properties of structures using transmission maps and the second method used is the Finite-Difference Time Domain (FDTD) algorithm allows on the study of electromagnetic wave propagation in the structure. Findings: It can be seen that the lighting of the filter with monochromatic light in the wavelength range of the band gap filter at the output causes propagation of low intensity in the range other than the wavelength of the incident beam. Research limitations/implications: The simulation was not considered the impact of losses in the material. Practical implications: Present clear differences depending on the polarization allow the use of superlattices as polarizers for specific ranges of wavelengths and angles of incidence. Originality/value: Fibonacci superlattices have been pre-tested in. The purpose of the article was to broaden the knowledge about the behavior of these structures as filters electromagnetic waves with a wavelength range from the near infrared, the effect of the material surrounding the transmission and increasing knowledge of the formation of band gaps.

10

The influence of extinction coefficient on transmission in binary multilayer

Garus S., Garus J., Szlązak K., Nabiałek M., Pietrusiewicz P., Błoch K., Gruszka K., Szota M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2013

|

Vol. 61, nr 2

236--243

EN

Purpose: The influence of the extinction coefficient for transmission, reflectance and absorption in multilayer binary. Reps cluster was equal to 7 It was built of two types of materials. First was a NaCl equivalent with a refractive index described by nA=1.544-ik , and as second was GaAs lossless metamaterial equivalent Design/methodology/approach: Research was carried out using the map of: transmitting, reflectance and absorption of the electromagnetic wave. Maps determined using the matrix method. Findings: It is shown that the higher the extinction coefficient, which is responsible for the absorption of electromagnetic waves, decreases the transmittance and reflectance of the multilayer system at the same time increasing its absorption. Research limitations/implications: Would be a reasonable correlation between the results of the transmission, reflectance and absorption obtained using numerical methods with with experiment. Practical implications: Taking into account the extinction coefficient allows for a better representation of the real multilayer structures. Quasi one-dimensional superlattices can be used as filters or multiplexers electromagnetic waves. Originality/value: In the literature the most frequently analyzed lossless structure. Taking into account the extinction coefficient allows for better study the properties of the tested materials.

11

Transmission in combination of structures

Garus S., Garus J., Szota M., Nabiałek M., Gruszka K., Błoch K.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2013

|

Vol. 64, nr 2

110--117

EN

Purpose: The paper investigated the effect of the combination of two structures on the transmission of electromagnetic waves as a multilayer filter. Examined how the combination of two structures affect the properties of the filter. As a component materials of structures used both right-handed material (RHM) and left-handed (LHM). Design/methodology/approach: Analysis was performed using a matrix method for calculating the superlattice transmission. The influence of combination of two types of multilayer systems: periodic (binary superlattice) and aperiodic (Severin’s and Thue-Morse’s superlattices). Findings: Studies have shown the structure of the transmission band of the structures, which is dependent on the polarization of the incident wave. Combination of various structures are not commutative, and therefore their transmission maps are not equal. Research limitations/implications: The structures analyzed in the work consisted of a lossless material, isotropic and non-dispersive. An important analysis would be lossy dispersive materials. You should also examine the impact would have a separating layer structure and the influence of defects on transmission properties of superlattices. Practical implications: The test structures may be used as filters of electromagnetic radiation. Placing the filter characteristics of the two structures allows pre-filtering an electromagnetic wave, in order to obtain a structure suitable for applications. Originality/value: The paper shows how combination of two periodic and aperiodic structures affect the propagation of electromagnetic waves in a multi-layered system. The analysis was based on the determination of unpolarized transmission maps for complex structures.

12

The effect of polarization plane rotation on binary superlattice transmission

Garus J., Garus S., Szota M., Nabiałek M., Gruszka K.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2013

|

Vol. 64, nr 1

20--27

EN

Purpose: The purpose of this article is to examine what influence on the transmission has a rotation of the vibration plane, which electric field vector of the electromagnetic wave lies, on the transmission properties of the binary superlattice. In the literature, the most common transmission structure are given for the P or S wave polarization. This article aims to verify the nature of the transmission when the polarization is not strictly defined. Design/methodology/approach: In the paper the transmission of quasi one-dimensional binary structures is analized depending on the angle of incidence and wavelength of electromagnetic wave and on torsion angle of the plane of the electric field, using the matrix method. Findings: Changing the angle of rotation of the incident electromagnetic wave electric field vibration plane affects the size of the interband transmission and causes separation of fixed transmission bands locations for specific wavelength and angle of incidence. Research limitations/implications: Quasi one-dimensional binary superlattices composed of lossless, non dispersive isotropic materials were analyzed. It would be important to investigate influence of loss factor and the two- and three-dimensional periodic and aperiodic structures on the electromagnetic wave transmission. Also important would be to compare results with those obtained from the use of finite increments algorithm in the time domain (FDTD) and the correlation with experimental data. Practical implications: The test structures may be used as filters of electromagnetic wave propagation. The structure and thickness of the layers has a significant influence on the characteristics of the transmission, which will allow to design the structure in order to met the conditions of specific applications. Originality/value: In this paper, a method for the analysis of the electromagnetic waves transmission characteristics in the case where the electric field is not polarized in the S, or P directions only.

13

Infrared transmission in aperiodic structures

Szota M., Nabiałek M., Garus S., Garus J., Błoch K.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2013

|

Vol. 64, nr 2

213--218

EN

Purpose: The analysis of the electromagnetic wave transmission having a wave length near infrared propagating in multilayer structures made of materials GaP and CaF2. Analyzed was the influence of periodicity distribution of layers in the material properties and the presence of photonic forbidden gap for selected wavelengths of the electromagnetic wave. Design/methodology/approach: Maps transmission, which was performed by the analysis were obtained using a matrix method. Was investigated wave propagation wavelength range of infrared radiation in periodic binary multilayers and aperiodic Severin and Thue-Morse superlattices. Findings: It has been shown the structure of the transmission band depending on the type of polarization of the multilayer system. Properties of Thue-Morse superlattices were similar to binary superlattices but differed from the behavior of electromagnetic waves in aperiodic Severin superlattices. Research limitations/implications: The simulation was not considered the impact of losses in the material for propagating electromagnetic wave. Practical implications: Multilayer materials, which have photonic band gap, can be used as filters for electromagnetic radiation can improve the performance of night vision or electromagnetic waves multiplexers. Originality/value: Transmission properties of multilayers were examined in visible light but not for infrared light.

14

Multiscaled analysis of wear mechanism of titanium and carbon basis multilayer coatings

Major Ł., Lackner J. M., Major B.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

553--555

EN

The effect of damage on microstructure of multilayer coatings (TiN/Ti/a- C:H) has been analyzed. They were deposited through Pulsed Laser Deposition technique (PLD). The coatings microstructure was characterized using Tecnai F20 (200 kV) FEG. The chemical and phase composition were described by EDS and electron diffraction patterns, respectively. Coatings damage resistance was tested by pushing diamond ball with 1 N of the applied load (static test). Thin foils were prepared directly from the wear track by focused ion beam method (FIB) using Quanta 200 3D DualBeam. The multilayer coatings were characterized by strongly dislocated microstructure in TiN layers (like in single layered TiN), while a-C:H were amorphous. After mechanical test the multilayer TiN/Ti/a-C:H coating was strongly deformed. Ceramic TiN and a-C:H layers showed brittle cracking, while very thin metallic Ti layers (presented at each interface) were deformed plastically. Deformation lines were propagating in 45° to crystalline growth direction. The wear of crystalline TiN layers caused cracks along {111} planes. The presence of metallic phase led to the cracking resistance and increased an energetic cost of propagating cracks.

PL

Przeprowadzono wieloskalową analizę mikrostruktury z wykorzystaniem SEM i TEM w zakresie wpływu zużycia na efekty zniszczenia wielowarstwowych powłok typu TiN/Ti/a-C:H. Powłoki wytworzono za pomocą metody osadzania laserem impulsowym (PLD – Pulsed Laser Deposition). Mikrostrukturę charakteryzowano w zróżnicowanej skali z zastosowaniem mikroskopu elektronowego skaningowego SEM oraz transmisyjnego Tecnai F20 (200 kV) FEG. Analizę składu chemicznego i fazowego wykonano, stosując odpowiednio metodę EDS oraz obrazy dyfrakcji elektronowych. Odporność powłok na zniszczenie testowano przez wciskanie kulki diamentowej pod obciążeniem 1 N (próba statyczna). Cienkie folie do badań TEM uzyskiwano bezpośrednio ze ścieżki zużycia z wykorzystaniem metody FIB (Focused Ion Beam), stosując aparaturę Quanta 200 3D DualBeam. Wielowarstwowe powłoki charakteryzowały się strukturą z licznymi dyslokacjami w warstwach TiN, podobną jak pojedyncze warstwy TiN, natomiast powłoki na bazie węgla a-C:H były amorficzne. Po próbach mechanicznych wielowarstwowe powłoki TiN/Ti/a-C:H były silnie odkształcone. Ceramiczne warstwy na bazie TiN oraz a-C:H ujawniały kruche pęknięcia, a w cienkich metalicznych warstwach Ti występujących jako granica fazowa stwierdzono odkształcenia plastyczne. Linie odkształcenia propagowały pod kątem 45° do kierunku wzrostu warstw. Proces zużycia warstw krystalicznych powodował pęknięcia wzdłuż płaszczyzn typu {111}. Obecność w powłoce warstwy z fazą metaliczną prowadziła do wzrostu odporności na pękanie oraz podnosiła barierę energetyczną propagacji pękania.

15

Electro-elastic coupled fields of the general line source in infinite multilayered piezoelectric medium

Nowacki J. P.

Archives of Mechanics

|

2012

|

Vol. 64, nr 1

3-3

EN

Electro-elastic coupled fields excited by a general line source in a multilayered anisotropic piezoelectric medium are expressed in an analytical form. The general line source represents a combination of a straight 4D dislocation with the force and charge, distributed along the same line. The results are obtained in the form of well-convergent Fourier integrals. They can be considered as Green’s functions describing electro-elastic fields created in the given medium by arbitrary 2D bulk distributions of dislocations, forces, charges and electro-potential. The analysis is accomplished in terms of the propagator matrix which is equally applicable to both the stratified and graded layered media.

16

Contact mechanics of coating-substrate systems: Monolayer and multilayer coatings

Kot M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 4

464--470

EN

The paper presents issues related to contact mechanics of coating-substrate systems and problems with analysis of their mechanical properties. The author's model of deformations of such systems based on a complex analysis of nanoindentation tests and FEM modeling is also presented. This model allows identification of the areas submitted to the highest stress concentration with their quantitative analysis. Studies were carried out on TiN monolayer and Ti/TiN multilayers deposited on steel substrates. For multilayers the impact of soft Ti layers on coating fracture was investigated.

17

Research on the texture of Cu/Ni multilayers with a diversified period thickness

Kucharska B., Kulej E., Witkowska M., Nitkiewicz Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

439-441

EN

Cu/Ni multilayers obtained by magnetron deposition technique were researched. The multilayers consist of a hundred Cu/Ni double layers. The thickness of the Cu sublayer equalled 2 nm and thickness of the Ni sublayer differed (from 1 to 6 nm). X-ray research of the texture was conducted for reflections originated from the planes (111) and (200), using concentrated X-ray radiation of a wavelength &Cu = 0.154 nm. Analysis of pole figures was conducted using Analyze/Texture programme. It was found that all the researched multilayers had texture. The texturing of multilayers with the 1 and 6 nm thick Ni sublayer was similar. Texture of multilayers was described by three main orientation fibres {015}, {511} and near {111}. Additionally, research using the GXRD method at variable angles of X-ray incidence ranging from 0.5 to 21.0° showed that the layers closer to the base of the multilayer were stronger textured.

PL

Badaniom poddano wielowarstwy Cu/Ni otrzymane techniką osadzania magnetronowego. Wielowarstwy złożone ze stu biwarstw zrożnicowano grubością podwarstw Ni (od 1 do 6 nm) przy stałej grubości podwarstw Cu równej 2 nm. Wykonano rentgenowskie badania tekstury dla refleksow pochodzących od płaszczyzn (111) i (200) za pomocą skolimowanego promieniowania rentgenowskiego o długości &Cu = 0,154 nm. Analizy figur biegunowych dokonano za pomocą programu Analyze/Texture . Stwierdzono, że wszystkie wielowarstwy posiadały teksturę. Tekstury wielowarstw o grubościach podwarstw Ni 1 i 6 nm były podobne. Tekstury wielowarstw opisują trzy włokna orientacji {015}, {511} i ~{111}. Badania GXRD z użyciem stałych kątów padania w zakresie od 0,5 do 21° wykazały dodatkowo silniejsze steksturowanie warstw znajdujących się bliżej podłoża.

18

Obciążenie graniczne powłok wielowarstwowych TiN/CrN w styku tribologicznym kula-tarcza

Zimowski S., Rakowski W., Major Ł.

Tribologia

|

2009

|

nr 4

275-284

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań strukturalnych, mikromechanicznych i tribologicznych powłok wielowarstwowych typu TiN/CrN. Powłoki o całkowitej grubości 1 μm, zbudowane z 2, 8 i 32 na przemian ułożonych warstw TiN i CrN osadzono laserem impulsowym na stali ferrytycznej metodą PLD (Pulsed Laser Deposition). Strukturę powłok badano z użyciem elektronowego mikroskopu transmisyjnego (TEM). Badania właściwości mechanicznych wykazały zależność twardości i modułu sprężystości od liczby warstw w powłoce. Badania tribologiczne wykonano w styku kula (Al2O3) – tarcza w warunkach tarcia technicznie suchego, stosując obciążenie 0,5; 1 i 2N. Zbyt duże obciążenie powłok ceramicznych pracujących w warunkach styku skoncentrowanego może spowodować przekroczenie nośności układu powłoka–podłoże, co prowadzi do pękania warstwy ceramicznej i gwałtownego jej zużycia. Graniczną wartość obciążenia określono jako najmniejszy nacisk na kulkę powodujący gwałtowne zużycie powłoki o charakterze patologicznym. Na podstawie przeprowadzonych badań można wnioskować, że zwiększenie liczby warstw w powłoce wielowarstwowej od 2 do 32, z równoczesnym zmniejszaniem ich grubości od 500 nm do 31 nm ma silny wpływ na właściwości tribologiczne. Największe obciążenie graniczne oraz największą odporność na zużycie uzyskano dla powłok złożonych z 32 warstw, charakteryzujących się zarazem najmniejszym współczynnikiem tarcia.

EN

The structure and micromechanical and tribological properties of the multilayer of TiN/CrN are presented in the paper. The TiN/CrN coatings built of 2, 8 and 32 layers with the overall thickness of 1μm obtained by Pulsed Laser Deposition (PLD) method were investigated. Analysis of transmission electron microscopy images (TEM) showed highly defective columnar structure of individual layers. The hardness and elastic modulus depend on the number of layers in the coating. In the case when a load carrying capacity of the ceramic coating-substrate system is exceed, ceramic layer cracks are created and multiply wear due to the presence of the hard abrasive particles between sliding surfaces. The load carrying capacity was defined as the smallest load applied on of the ball, which induced rapid abrasive wear of the coating. An increase in the number of the layers in the coating from 2 to 32, with a decrease of their thickness from 500 nm to 31 nm, strongly influence of the tribological properties. The maximum hardness (21 GPa) and the best adherence (LC = 8,4 N) are presented in the 8-layers coating, while the 32-layers coating showed the highest load carrying capacity and wear resistance as well as the lowest friction coefficient (0,1).

19

Experimental Bending Behaviour of Mutti-Layer Sandwich Structures

Arbaoui J., Schmitt Y., Pierrot J-L., Royer F-X.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

1191-1198

EN

Sandwich panels have the best stiffness over lightness ratio. It’s what makes them very useful in industrial applications for instance aerospace, transport and maritime fields. The influence of a multi-layer core is analyzed using a three-point bending test and the results correlated to the final properties of the composite. Sandwich composites with glass/polyester skins and polypropylene honeycomb cores are explored. This experimental study shows that the multilayer structure is more rigid. A small increase of the final weight leads however to significant increase of the mechanical properties.

PL

Panele sandwiczowe posiadają najlepszy stosunek sztywności do lekkości. Ta cecha nadaje im dużą przydatność w zastosowaniach przemysłowych, takich jak przemysł lotniczy, transportowy czy morski. Wpływ wielowarstwowej wkładki jest analizowany przy wykorzystaniu testu trzy-punktowego zginania, a wyniki są powiązane z końcowymi właściwościami kompozytu. Badane są kompozyty sandwiczowe z powłokami szklanymi/poliestrowymi i polipropylenowymi wkładkami komórkowymi. Niniejsze badania eksperymentalne wskazują, iż struktura wielowarstwowa jest bardziej sztywna. Mały przyrost końcowej wagi prowadzi jednak do znacznego wzrostu właściwosci mechanicznych.

20

Mechanizm zużycia powłok wielowarstwowych typu metal/ceramika (Cr/CrN)

Zimowski S., Rakowski W., Kot M., Major Ł.

Tribologia

|

2008

|

nr 4

223-233

PL

Podczas tarcia powłok wielowarstwowych, zwłaszcza takich, które są złożone z warstewek o bardzo małej grubości, np. kilkudziesięciu nanometrów, zachodzi ciągła lub cykliczna zmiana warunków współpracy powierzchni w strefie styku. W wyniku niszczenia kolejnych warstw w strefie tarcia są obecne produkty zużycia o najczęściej skrajnie różnych właściwościach tribologicznych. W artykule przedstawiono wyniki badań tarcia i zużycia oraz twardości powłok jednowarstwowych – Cr i CrN oraz wielowarstwowych o 2, 4, 8 i 32 naprzemiennie ułożonych warstwach Cr/CrN. Przeciwpróbkami były kulka stalowa (100Cr6) oraz ceramiczna (Al2O3). Wszystkie powłoki miały grubość 1 žm i zostały nałożone na stal. Określono wpływ rodzaju skojarzonych materiałów na charakterystyki tarciowe. Przedstawiono analizę mechanizmu zużywania się powłok w powiązaniu z odpornością poszczególnych materiałów na zużycie oraz wpływ mechanizmu zużycia na charakterystyki tarciowe. Lepsze poznanie zjawisk towarzyszących tarciu powłok ceramika/metal pozwala na bardziej precyzyjne projektowanie tego typu materiałów na elementy węzłów tarcia.

EN

During the friction of multilayer coatings, especially for very thin sublayers within the nanometer range, continuous or cyclic changes of friction conditions were observed. Wear debris of ceramic and ceramic/metallic coatings contain hard particles with sharp edges. These particles could remain in a friction zone and intensify the abrasion process by the micro-cutting of the softer material of the counterpart, for example steel. In the article, the results of tribological tests were presented. Single layers of Cr, CrN and multilayers of Cr/CrN with 2, 4, 8, 32 sublayers have been taken under examinations. The coatings with 1 žm thickness were deposited by PLD technology on a ferrite steel substrate. All investigations were carried out with the use of ball-on–disc tribometer and two ball materials – 100Cr6 steel and Al2O3. The influence of the friction pair materials on the friction process was determined. Wear mechanisms were analysed for all tested materials. Better understanding of wear phenomenon for ceramic/metal multilayers could be helpful for the proper design of such materials for friction nodes.