Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical Properties of Polymer Coatings Containing HAp and Active Substance on a Metal Substrate

Goldsztajn Karolina, Lisoń-Kubica Julia, Jaworska Joanna, Jelonek Katarzyna, Kajzer Wojciech, Szewczenko Janusz

Tribologia

|

2023

|

nr 2

17--25

EN

Titanium alloys are currently widely used in implantation, especially in orthopaedics. However, undesirable reactions caused by aluminium and vanadium ions released from the surface of the most commonly used alloys, Ti6Al4V and Ti6Al7Nb, result in the need to modify the surface of the material to improve biocompatibility. Among the available modification methods, one can mention the application of biodegradable polymer coatings, which, apart from improving biocompatibility by limiting the penetration of alloying element ions into the tissue environment, can also be a matrix for the release of mineral (HAp) and active substances. The paper attempts to determine the mechanical properties of PLGA polymer coatings containing nanoparticle hydroxyapatite and an active substance (dexamethasone) applied with the ultrasonic spray coating method on a Ti6Al7Nb alloy substrate. The scope of the research included: surface topography testing using an optical profilometer, coating adhesion testing to the substrate using the scratch test method and tribological testing (Pin-On-Disc method).

PL

Stopy tytanu znajdują obecnie szerokie zastosowania implantacyjne, szczególnie w ortopedii. Jednakże niepożądane reakcje wywoływane przez jony glinu i wanadu uwalnianie z powierzchni najczęściej wykorzystywanych w praktyce stopów Ti6Al4V oraz Ti6Al7Nb skutkują koniecznością modyfikacji powierzchni materiału w celu poprawy biokompatybilności. Wśród dostępnych metod modyfikacji wymienić można nakładanie biodegradowalnych powłok polimerowych, które poza poprawą biokompatybilności poprzez ograniczenie przenikania jonów pierwiastków stopowych do środowiska tkankowego stanowić mogą także matrycę dla uwalniania substancji mineralnych (HAp) oraz aktywnych. W pracy podjęto próbę określenia własności mechanicznych powłok polimerowych z PLGA, zawierających nanocząsteczkowy hydroksyapatyt oraz substancję aktywną (deksametazon), nakładanych metodą natryskiwania ultradźwiękowego na podłoże ze stopu Ti6Al7Nb. Zakres przeprowadzonych badań obejmował badania topografii powierzchni z wykorzystaniem profilometru optycznego, badania adhezji powłok do podłoża metodą scratch test oraz badania tribologiczne (metoda Pin-On-Disc).

2

The study of the tribological properties under high contact pressure conditions of TiN, TiC and TiCN coatings deposited by the magnetron sputtering method on the AISI 304 stainless steel substrate

Mamaeva Axaule Alipovna, Kenzhegulov Aidar Karaulovich, Panochkin Aleksander Vladimirovich, Alibekov Zhasulan Zhanuzakovich, Kshibekova Balzhan Bolatovna, Wieleba Wojciech, Leśniewski Tadeusz, Bakhytuly Nauryzbek

Materials Science Poland

|

2023

|

Vol. 41, No. 1

1--14

EN

Titanium carbonitride coatings are widely used to improve the wear resistance of surfaces. The results of tribological investigations of TiC, TiN, and TiCN coatings deposited on an AISI 304 steel substrate by the magnetron sputtering method were presented. The research aimed to describe the wear processes of the coatings during friction in an emergency situation, i.e. with a lack of lubrication and concentration of pressure in a small contact area. Tribological tests were performed on a ball-on-disk tribotester in reciprocating motion under technically dry friction conditions. The Hertz pressure in the contact area was ph = 2500-2700 MPa. Additionally, scratch tests and microscopic observations of the surfaces of the samples were performed after tribological tests to describe the wear process of the coatings. The results showed cracking, and coatings detachment from the substrate occur during friction. Deformation wear was observed as bulges in the material at the edge of the friction path. The deformation occurred primarily in the substrate material despite friction occurring on the surface of the coating. The best coating in terms of tribological properties was the TiN coating, which showed the highest resistance to wear in an emergency situation and the friction coefficient in the final stage of the test (above 90 cycles of movement) was only slightly higher than the values recorded for the other coatings. The TiN coating had high hardness, showed good adhesion to the substrate, and was not cracked, protecting it from damage.

3

Evaluation of the Possibility to Improve the Scratch Resistance of the AZ91 Alloy by Applying a Coating

Mróz Marek, Olszewska Sylwia, Rąb Patryk

Archives of Foundry Engineering

|

2023

|

Vol. 23, iss. 4

157--162

EN

This paper presents the possibility of improving the scratch resistance of the AZ91 magnesium alloy by applying a WCCoCr coating using the Air Plasma Spraying (APS) method. The coating thickness ranged from 140 to 160 μm. Microstructural studies of the AZ91 magnesium alloy were performed. The chemical composition of the WCCoCr powder was investigated. The quality of the bond at the substrate–coating interface was assessed and a microanalysis of the chemical composition of the coating was conducted. The scratch resistance of the AZ91 alloy and the WCCoCr coating was determined. The scratch resistance of the WCCoCr powder-based coating is much higher than the AZ91 alloy, as confirmed by scratch geometry measurements. The scratch width in the coating was almost three times smaller compared to the scratch in the substrate. Observations of the substrate–coating interface in the scratch area indicate no discontinuities. The absence of microcracks and delamination at the transition of the scratch from the substrate to the coating indicates good adhesion. On the basis of the study, it was found that there was great potential to use the WCCoCr powder coating to improve the abrasion resistance of castings made from the AZ91 alloy.

4

Type of Wear of Aluminium Oxide Layers Depending on Manufacturing Parameters

Niedźwiedź Mateusz

Tribologia

|

2020

|

nr 6

39--44

EN

The article presents the type of wear of Al2O3 layers produced on the aluminium alloy EN AW-5251 depending on the production parameters. Oxide layers were produced by using DC anodizing in a ternary electrolyte at variable current density and electrolyte temperature. The layer scratch tests were carried out using a Micron Gamma microhardness tester. The scratches of oxide layers were tested for the geometric structure of the surface using a Form TalySurf 2 50i contact profilograph. Contact thickness measurements were also made using a Dualscope MP40 device based on the eddy-current method. Using a scanning microscope (SEM), photos of the sample surfaces were taken to show and compare the surface morphology of the anodized layers in various parameters. Based on the research, it can be concluded that changes in the conditions of the production process of Al2O3 layers (electrolyte temperature and current density) have an impact on the type of tribological wear and changes in layer thickness. The largest thickness of the oxide layer (19.44 μm) was measured for Sample B produced at a current density of 3A/dm2 at an electrolyte temperature of 283 K, which was also characterized by the lowest value of the ratio of parameters f1 to f2 (0.584). The smallest thickness (5.32 μm) was measured for the Sample C anodized at 1 A/dm2at 303 K, this sample had the largest ratio f1 to f2 (1.068) for the produced Al2O3 layers. Thanks to the parameters f1 and f2 and the calculation of their ratio, the wear process for Sample B was determined as scratching and microcutting, while for Sample C as grooving.

PL

W artykule przedstawiono rodzaj zużywania warstw Al2O3 wytwarzanych na stopie aluminium EN AW-5251 w zależności od parametrów wytwarzania. Warstwy tlenkowe zostały wytworzone poprzez zastosowanie anodowania stałoprądowego w elektrolicie trójskładnikowym przy zmiennej gęstości prądowej oraz temperaturze elektrolitu. Testy zarysowania warstw przeprowadzono za pomocą testera mikrotwardości Micron-Gamma. Zarysowania warstw tlenkowych poddano badaniom struktury geometrycznej powierzchni z użyciem profilografometru kontaktowego TalySurf 2.50i. Wykonane zostały również pomiary grubości warstw tlenkowych metodą stykową z wykorzystaniem urządzenia Dualscope MP40 działającego w oparciu o metodę prądowo-wirową. Z użyciem mikroskopu skaningowego (SEM) wykonane zostały zdjęcia powierzchni próbek w celu pokazania i porównania morfologii powierzchni warstw anodowanych w różnych parametrach. Na podstawie badań można stwierdzić, iż zmiany warunków procesu produkcyjnego warstw Al2O3 (temperatura elektrolitu i gęstość prądu) mają wpływ na rodzaj zużycia tribologicznego oraz na zmiany grubości warstwy. Największą grubość warstwy tlenkowej (19.44 μm) zmierzono dla próbki B wytwarzanej przy gęstości prądowej 3A/dm2 w temperaturze elektrolitu 283K, która charakteryzowała się również najmniejszą wartością stosunku parametrów f1 do f2 (0.584). Najmniejsza grubość (5.32 μm) zmierzona została dla warstwy próbki C anodowanej w 1 A/dm2 w temperaturze 303 K, próbka ta cechowała się największym stosunkiem f1 do f2 (1.068) dla wytworzonych warstw Al2O3. Dzięki parametrom f1 i f2 oraz przeliczeniu ich stosunku proces zużycia dla próbki B określono jako drapanie i mikroskrawanie, z kolei dla próbki C jako rowkowanie.

5

Effect of T6 Heat Treatment on the Scratch Wear Behavior of Extruded Al-12wt.%Si Alloy

Kang Yeon-Ji, Kim Jong-Ho, Hwang Jong-Il, Lee Kee-Ahn

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 2

617--622

EN

This study investigated the effect of T6 heat treatment on the microstructure and scratch wear behavior of hypoeutectic Al-12wt.%Si alloy manufactured by extrusion. Microstructural observation identified spherical eutectic Si phases before and after the heat treatment of alloys (F, T6). Phase analysis confirmed Al matrix and Si phase as well as Al2Cu and Al3Ni, Mg2Si in both alloys. In particular, Al2Cu was finer and more evenly distributed in T6 alloy. This resulted in Vickers hardness of T6 alloy that was 2.3 times greater compared to F alloy. The scratch wear test was conducted using constant load scratch test (CLST) mode and multi-pass scratch test (MPST) mode. The scratch coefficient and worn out volume obtained by such were used to evaluate wear properties before and after heat treatment. In the case of T6 alloy, its scratch coefficient was lower than F alloy in all load ranges. After 15 repeated tests to measure worn out volume, F alloy and T6 alloy measured 1.2×10-1 mm3 and 7.8×10-2 mm3, respectively. In other words, the wear resistance of T6 alloy were confirmed to be better than those of F alloy. In addition, this study attempted to identify the microstructural factors that contribute to the better scratch wear resistance of T6 alloy and wear mechanism from surface and cross-section observations after the wear tests.

6

Adhesion of PVD and CVD hard coatings as an essential parameter that determines the durability of coated tools

Pancielejko M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2019

|

Vol. 96, nr 1

5--21

EN

Purpose: The work is connected with the current trend related to the modification of tool surfaces with PVD and CVD methods through the deposition of coatings to increase their durability. The research results of coated tools tests that are carried out in industrial conditions are presented in details. Design/methodology/approach: Structure, chemical and phase composition investigations related to the mechanical and tribological properties of coatings produced on tool substrates and analysis of the results are included. Investigations of the properties of deposited coatings on the following tool materials were made: high speed steels, hot work tool steel, sintered carbides and SiAlON tool ceramics. Findings: Interpretation of production tests results of coated tools and an analysis of the wear mechanisms of tool blades in relation to the properties of coatings and their adhesion, in particular characterized in the scratch test, were described. Research limitations/implications: Adhesion scratch test cannot be the only and final method of such evaluation. For example a direct comparison of the results of the scratch tests of coatings is possible when adhesion is being examined of different coatings yet on the same type of the substrate. Practical implications: Based on the adhesion test results using the scratch test, the suitability of the coatings produced on the cutting tools can be quickly assessed. Originality/value: It was sought those parameters which characterize the properties of coatings, ones which would permit to effectively/practically assess the performance of tools with coatings produced, with an exclusion or limitation of long-term and expensive durability tests of tools that are carried out in industrial conditions.

7

Laboratory studies of the influence of thermal cycling on anti-wear properties of composites used in biotribological friction PAIRS

Walczak A., Pieniak D., Niewczas A. M., Gil L.

Tribologia

|

2018

|

nr 4

143--149

EN

This paper presents the problems associated with changes in resistance to the tribological wear of light-cured polymer matrix ceramic composites (LC PMCCs) used in conservative dentistry and in dental prosthetics (fillings of carious cavities, dental bridges, structural reinforcements of the dental arch). Wear resistance of the surface layer of PMCCs depends on the time of exposure to the conditions of the oral environment, such as alternating temperatures and the exposure to liquids. The aim of the study was to assess changes in the mechanical properties of the surface layer under thermal cycling in liquid. Indentation hardness tests and scratch tests were performed before and after conditioning. Conditioning included 10,000 cycles of step temperature changes (10–70°C). The results of the scratch tests showed that universal composites that had relatively high filler contents were more resistant to scratching than flow type composites with lower filler contents. It was found that cyclic changes in ambient temperature reduced the wear resistance of universal composites but improved the resistance of flow type composites. In addition, in the case of flow type composites, the hardness of the surface layer was also increased.

PL

W pracy zaprezentowano problematykę zmian odporności na zużycie tribologiczne światłoutwardzalnych kompozytów polimerowo-ceramicznych (LC PMCCs–light-cured polymer matrix ceramic composites) stosowanych w stomatologii zachowawczej oraz w protetyce stomatologicznej (wypełnienia ubytków próchnicowych w zębach, mosty stomatologiczne, wzmocnienia konstrukcyjne łuku zębowego). Odporność na zużycie warstwy wierzchniej PMCCs jest cechą zależną od czasu oddziaływania środowiska jamy ustnej, między innymi zmiennej temperatury i obecności płynów. Celem pracy była ocena zmian właściwości mechanicznych warstwy wierzchniej ze względu na cykliczne oddziaływanie płynów o zmiennej temperaturze. Badano twardość indentacyjną i ślad zarysowania przed i po kondycjonowaniu. Kondycjonowanie obejmowało 10 tys. cykli skokowej zmiany temperatury (10–70°C). Wyniki testu zarysowania wykazały, że materiały typu uniwersalnego o względnie dużej zawartości wypełniacza są bardziej odporne na zarysowania niż materiały typu flow o mniejszej zawartości wypełniacza. Stwierdzono, że cykliczne zmiany temperatury otoczenia zmniejszają odporność na zużycie kompozytów uniwersalnych, natomiast poprawiają odporność kompozytów typu flow. Ponadto w przypadku kompozytów typu flow obserwowano umocnienie warstwy wierzchniej polegające na wzroście twardości.

8

A Possibility to Improve Resistance of Cast-iron Wood Chip Fine Grinder Liners to Abrasive Wear

Orłowicz A. W., Mróz M., Tupaj M., Kupiec B., Jacek M., Radoń M.

Archives of Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 18, iss. 4

35--38

EN

The paper deals with the issue of potential for improvement of resistance of wood chip fine grinders to abrasive wear by providing them with WCCoCr coating applied with the use of atmospheric plasma spraying (APS). The study focused on establishing parameters of the technological process of spraying a 250–270 μm thick coating onto surface of ductile cast iron castings used to date as grinder linings. The presented data include results of microstructure examination, chemical composition analysis, HV hardness measurements, and scratch tests for both previous and new variant of linings. The obtained scratch test results indicate that the material of the coating is characterized with definitely lower susceptibility to scratching. The scratch made on coating was 75–84 μm wide and 7.2–8.2 μm deep, while the scratch on cast iron was distinctly wider (200–220 μm) and deeper (8.5–12.8 μm). In case of cast iron, the range of variability in scratch width and depth was definitely larger. This can be explained with large difference in hardness of individual components of microstructure of cast iron and significantly larger plastic deformation of cast iron compared to the coating revealed in the course of indenter motion over surfaces of the two materials. It has been found that application of WCCoCr coating offered better resistance of lining surfaces to scratching which can be considered a rationale for undertaking in-service tests.

9

Characteristics of TiCN coating deposited by cathodic arc evaporation

Lukaszkowicz K., Paradecka A., Kwaśny W., Potempa R.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2017

|

Vol. 84, nr 1

23--31

EN

Purpose: In this paper, we report the research results on the structure and mechanical and tribological properties of TiCN coating deposited by cathodic arc evaporation process on the X40CrMoV5-1 steel substrate. Design/methodology/approach: The morphology of the surface of the investigated coating was performed using a scanning electron microscope Zeiss Supra 35. Diffraction and thin film structure were tested with the use of the transmission electron microscopy. The cohesion and adhesion properties of the coating were made using the scratch test on the CSEM REVETEST device. The friction coefficient and wear rate of coating were determined in the ball-on-disc test. The whole study was complemented by X-ray crystallography. Findings: The TiCN coating demonstrated columnar structure as well as good adherence to the substrate - the critical load LC2 is 63 N. It was found that the structure of the investigated coating consisted of fine crystallites. Basing on the XRD pattern of the TiCN, the occurrence of fcc phase was observed in the coating, the texture direction <111> is perpendicular to the sample surface. In sliding dry friction conditions, the friction coefficient for the investigated element is set in the range between 0.32-0.37. The coatings demonstrated a high hardness (3000 HV). Practical implications: In order to evaluate with more detail the possibility of applying these surface layers in tools, further investigations should be concentrated on the determination of the thermal fatigue resistance of the coatings. The very good mechanical properties of the TiCN coatings make them suitable in industrial applications. Originality/value: The investigation results will provide useful information to applying the TiCN coatings for the improvement of mechanical properties of the hot work tool steels.

10

Właściwości użytkowe tytanu po powierzchniowej obróbce plastycznej

Derewnicka D., Hanke M., Mońka G.

Inżynieria Powierzchni

|

2017

|

nr 1

55--67

PL

Omówiono badania materiałów tytan Grade 4A i tytan Grade 5. Materiały te charakteryzują się odmienną mikrostrukturą, jednakże ich właściwości, takie jak twardość, odporność na zarysowania, podatność na odkształcenie plastyczne czy odporność korozyjna bywają bardzo zbliżone. Kształtowanie tych -właściwości dokonuje się poprzez powierzchniową obróbkę plastyczną - kulowanie, które w istotny sposób wpływa na stan powierzchni i jej cechy użytkowe. Do badań zastosowano nietypowe metody badawcze, takie jak test rysy (scratch test), pomiary twardości metodą DSI i badania stabilności powierzchniowej warstwy tlenkowej w agresywnym środowisku.

EN

In this paper the study of titanium Grade 4A and Grade 5 materials was discussed. These materials are characterized by different microstructure, however, their properties such as: hardness, scratch resistance, susceptibility to plastic deformation or corrosion resistance can be very similar. Formation of these properties is accomplished by surface plastic forming - shot-peening, which significantly affects the state of the surface and its functional traits. In this study non-standard research methods were used, such as: a scratch test, DSI hardness measurements and tests of surface stability ofan oxide layer in an aggressive environment.

11

Wpływ zawartości kobaltu na właściwości powłok WC-Co natryskiwanych naddźwiękowo

Olbrycht A., Pawlik S.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

nr 3

45--53

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań powłok WC-Co natryskiwanych metodą płomieniowa naddźwiękową z proszków o zawartości kobaltu 12 i 17%. Zbadano wpływ wielkości ziarna natryskiwanego proszku WC-Co na właściwości powłok. Opisano oraz przedstawiono wyniki badań: metalograficznych, twardości HV, metodą DSI (Depth Sensing Indentation), zarysowania (scratch test), przyczepności oraz twardości Rockwella HRC. Stwierdzono, że w wyniku natryskiwania cieplnego metodą naddźwiękową proszków WC-Co otrzymano powłoki o zwartej budowie, nieznacznej porowatości oraz dobrej przyczepności do podłoża. Powłoki natryskiwane naddźwiękowo z proszku o wyższej zawartości Co 17% mają wyższą twardość (zmierzoną metodą DSI na powierzchni powłoki), niż powłoki natryskane cieplnie z proszku o zawartości 12% Co. Najwyższą średnią wartość modułu Younga odnotowano w przypadku powłoki natryskanej z proszku WC-17Co (-20+5 µm), powłoka ta ma również najwyższe twardości mierzone metoda DSI: indentacyjną, Martensa oraz Yickersa.

EN

The paper presents the results of the examinations of WC-Co coatings sprayed by high velocity flame method with powder containing different amounts of cobalt. The impact of particle size of the sprayed WC-Co powder on the properties of the coatings was also examined. The paper describes and presents the results of the following te.sts: metallographic tests, hardness measurement HV, testing by DSI method (Depth Sensing Indentation), scratch test, adhesion test and measurement of Rockwell hardness HRC. It was found that by supersonic thermal spraying with WC-Co powders with different content of Co and with various particle sizes, the, coatings of compact structure, slight porosity and a very good adhesion to the substrate were obtained. It was also found that the thermally sprayed coatings with the powder with a higher Co content, ie. 17% have higher hardness, as measured by the DSI method, on the surface of the coating than the coatings sprayed thermally with the powder containing 12% Co. The highest average vahic of Young's modults was observed for the coating sprayed with the WC-Co83/l7 (-20-5 µm) powder, this coating has also the highest hardness measured by DSI method: indentation hardness, Martens hardness and Yickers hardness.

12

Modelowanie metodą elementów skończonych deformacji i naprężeń układów powłoka–podłoże w teście zarysowania

Chronowska-Przywara K., Kot M.

Tribologia

|

2015

|

nr 4

33--43

PL

W pracy przedstawiono wpływ obciążeń zewnętrznych przenoszonych w styku skoncentrowanym wywoływanych przez wgłębnik diamentowy podczas testu zarysowania na rozkład naprężeń w układzie powłoka–podłoże. Analizowano miejsca maksymalnej koncentracji naprężeń rozciągających prowadzących do pękania powłoki oraz naprężeń zredukowanych decydujących o uplastycznieniu podłoża. Analizy oparto o eksperymenty numeryczne z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Analizie poddano układy o różnych właściwościach materiałowych powłoki i podłoża oraz o różnej geometrii kontaktujących się elementów. W wyniku przeprowadzonych badań zauważono decydujący wpływ granicy plastyczności podłoża oraz grubości powłoki na rozkład naprężeń i deformacje całego systemu. Analizy numeryczne porównano z wynikami badań eksperymentalnych przeprowadzonych dla niepokrytych podłoży ze stali austenitycznej X5CrNi18-10 i ferrytycznej X20Cr13 oraz z powłokami ZrN o grubości 1 i 2 μm. W wyniku połączonej analizy MES i badań eksperymen-talnych określono poziom naprężeń prowadzących do zniszczenia powłoki.

EN

The paper presents the influence of external loads carried in contact load conditions caused by a diamond indenter during scratch testing on stress distribution in a coating-substrate. The maximum tensile stress concentrations that lead to coating fracture and the stresses that cause substrate yield were analysed. Analyses were based on numerical experiments using the finite element method. The analyses were carried out for systems with different material properties of coatings and substrates and with different geometries of contacting elements. The studies allowed the determination of the significant impact of substrate yield strength and coating thickness on stress distribution and deformations of the whole system. The results of numerical analysis were compared with the results of experimental tests for uncoated substrates – X5CrNi18-10 austenitic and X20Cr13 ferritic steels and with 1 and 2 μm thick ZrN coatings. As a result of this complex analysis, the level of stress that leads to coating fracture was determined.

13

Effect of SiC Ceramic Nanoparticles on Mechanical Properties of Nanocomposite SiC/a-C:H Coatings

Chronowska-Przywara K., Kot M.

Machine Dynamics Research

|

2015

|

Vol. 39, No. 2

45-52

EN

The paper presents the results of the mechanical and tribological properties of hydrogenated amorphous carbon coating a-C:H and coatings, where SiC ceramic nanoparticles were introduced into a-C:H matrix. Coatings were deposited by magnetron sputtering and the ratio of nanoparticles in the matrix was varied by changing the acetylene flow in the vacuum chamber within the 5-20 sccm range. Results of indentation tests, scratches and wear tests of tested systems allowed to optimize the deposition process.

14

Characteristics of ZnO thin films deposited by atomic layer deposition

Boryło P., Lukaszkowicz K., Szindler M., Basiaga M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2015

|

Vol. 73, nr 2

86--91

EN

Purpose:The aim of this article was to examine the adhesion of ZnO thin films and the influence of temperature deposition process on their morphology. ZnO thin films have been deposited by atomic layer deposition. Design/methodology/approach: Adhesion of ZnO thin films was investigated using the scratch test method. Changes in the surface morphology were observed by scanning electron microscope (SEM). In order to confirm the chemical composition and phase investigated of thin films was carried out Energy-dispersive X-ray spectroscopy EDS and X-ray analysis. Findings: Results and their analysis have shown that the ZnO thin films deposited by ALD are uniform and homogenous. Significant impact on their morphology has the temperature of the deposition process. In the case of the adhesion temperature is negligible. Practical implications: Knowledge about the ALD ZnO thin films are possibility to obtaining a uniform thin films show that material has a big potential in optoelectronics and photovoltaic application. Originality/value: The article presents the original research results of the structure and properties of ZnO thin films deposited by ALD method, that can replace a commonly used transparent conductive layer.

15

Charakterystyka właściwości mechanicznych powłoki azotku tytanu na stopie aluminium z wykorzystaniem próby zarysowania i zgładów sferycznych

Betiuk M., Tacikowski M., Kobus P., Kulikowski K., Smolik J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 3

148--152

PL

Ze względu na małą gęstość i inne korzystne właściwości oraz relatywnie przystępną cenę stopy aluminium są szeroko stosowane w różnorodnych obszarach w technice, umożliwiając znaczną redukcję masy wyrobów. Słabe właściwości powierzchniowe, w tym w zwłaszcza mała twardość i odporność na zużycie przez tarcie, stanowią ograniczenie dla ich jeszcze szerszego wykorzystania. W świetle wyników badań własnych i danych literaturowych wytwarzanie na stopach aluminium metodami PVD warstw powierzchniowych azotków umożliwiających ich wykorzystanie w warunkach zwiększonych narażeń mechanicznych, w tym zwłaszcza tribologicznych, wydaje się jednym z perspektywicznych rozwiązań Niewątpliwym ograniczeniem rzutującym na zachowania mechaniczne powłok azotków na stopach aluminium pod obciążeniem, zwłaszcza ich przyczepność, jest specyfika układu twarda powłoka PVD–miękkie podłoże, które cechuje duża, skokowa zmiana właściwości oraz adhezyjny charakter połączenia z podłożem. W pracy podjęto badania dwóch układów powłok azotku tytanu typu TiN na wybranych stopach aluminium do utwardzania wydzieleniowego z grupy durali. W badaniach analizowano system arologiczny stop Al–podwarstwa typu TiN-Ti (w tym w aspekcie wpływu obróbki cieplnej)–TiN oraz stop Al–podwarstwa typu TiN-Ti-Al–TiN. Przedmiotem badań była próba zaawansowanej charakterystyki metodą Recatest zachowań układu powłoka azotku tytanu–podłoże ze stopu aluminium na podstawie próby zarysowania. Istotą tej metody jest analiza precyzyjnych zgładów sferycznych wykonanych w różnych miejscach rysy. Przeprowadzone analizy badanych układów powłok na wybranych stopach aluminium wykazały przydatność metody Recatest do wizualizacji subtelnych zachowań układu twarda powłoka–plastyczne podłoże w warunkach próby zarysowania, ujawniając przy tym różnice przebiegu zarysowania poszczególnych wariantów powierzchniowych warstw azotku tytanu na stopach aluminium. Badania wykazały relatywnie dobrą plastyczność powłok azotku tytanu oraz korzystny wpływ obróbki cieplnej i pośredniej powłoki aluminium na przyczepność powłok do podłoża, a w konsekwencji spójność układu twardy azotek–plastyczne podłoże w warunkach zarysowania.

EN

Owing to low density and other advantageous properties and relatively affordable price the aluminium alloys are widely used in many sectors of science and industry, allowing for significant weight reduction of products. However, their relatively poor surface properties, including low hardness and poor resistance to friction wear significantly limit the variety of their applications. In the light of own research results and the literature data, covering of aluminium alloy surfaces with nitride coatings deposited using PVD methods seems to be one of promising solutions, as such surfaces allow using parts in the conditions of increased mechanical stresses, particularly the tribological ones. However, the unquestionable limitation which affect the mechanical behaviour of nitride coatings on aluminium alloys under load, particularly the adhesion, comes from the specific features of hard PVD coating–soft substrate system which is characterized by considerable, sudden change of properties and adhesive nature of connection with the substrate. The paper presents examinations of two systems of titanium nitride coatings on selected aluminium alloys from the duralumin group, designed for precipitation hardening. The areological system of Al alloy–TiN-Ti type sublayer (including the aspect of heat treatment)–TiN layer and the system of Al alloy–TiN-Ti-Al type sublayer–TiN layer were examined. The purpose of examinations was to obtain the advanced characteristics of the TiN coating–aluminium alloy substrate system behaviour using the Recatest method based on the scratch test. The essence of this method is the analysis of precise spherical microsections made in different points within the scratch area. The examinations of coating systems on selected aluminium alloys proved that the Recatest method is usable for visualisation of subtle behaviour of hard coating–plastic substrate systems during scratch test and for simultaneous revealing of differences in scratching of various versions of titanium nitride layers deposited on aluminium alloys. Among other things, the examinations demonstrated the relatively good plasticity of titanium nitride coatings and favourable influence of heat treatment and aluminium midlayer on the adhesion of coatings to the substrate and, in consequence, cohesion of the hard nitride–plastic substrate system in scratching conditions.

16

Microstructure And Mechanical Properties Of Crofer 22 APU Ferritic Stainless Steel

Stygar M., Durda E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

985--988

EN

The objective of this work was to expand the knowledge on mechanical properties of the oxidized Crofer 22 APU Ferritic Stainless Steel. To examine adhesion of oxide scale formed on steel the scratch test was performed. Scratch test as an appropriate method for qualitative evaluation of the film adhesion to substrate has been used in many studies. Scratch properties were investigated before and after oxidation at 800°C for 500 hours in laboratory air.

PL

Celem niniejszej pracy było poszerzenie wiedzy o mechanicznych właściwościach ferrytycznej stali Crofer 22 APU po procesie wysokotemperaturowego utleniania. Pomiary właściwości mechanicznych utworzonej warstwy tlenkowej wykonano metodą zarysowania – scratch testu. Test zarysowania jast najpopularniejszą metodą badania wytrzymałości połączenia powłoki z podłożem. Badania prowadzono na materiale w stanie wyjściowym oraz po utlenianiu przez 500 godzin w temperaturze 800°C – typowych warunkach pracy ogniwa paliwowego typu SOFC.

17

Influence of Surface Modification on Properties of Stainless Steel Used for Implants

Basiaga M., Jendruś R., Walke W., Paszenda Z., Kaczmarek M., Popczyk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2965--2970

EN

The aim of the study was assessment of the influence of stainless steel 316 LVM surface modification on its functional properties. The analyzed steel undergone a surface treatment consisting of the following processes: mechanical polishing, chemical passivation and deposition of Al2O3 layers by Atomic Layer Deposition method. The proposed variant of surface treatment will undoubtedly contribute to improving the functional properties of stainless steel intended for implants. In order to assess functional properties of the steel, electrochemical studies, adhesion (scratch test), wetting angle tests and topography of surface (AFM method) were performed. The obtained results of the study showed clearly that the proposed by the authors way of surface treatment including: mechanical polishing, chemical passivation and deposition of Al2O3 layer by means of the ALD method effectively improves the corrosion resistance of stainless steel.

PL

Celem pracy była ocena wpływu modyfikacji powierzchni stali nierdzewnej 316 LVM na jej właściwości funkcjonalne. Obróbka powierzchni składała się z następujących procesów: polerowanie mechaniczne, chemiczna pasywacja i naniesienie warstw Al2O3 metodą ALD (Atomic Layer Deposition). Zaroponowany wariant obróbki powierzchni niewątpliwie przyczyni się do poprawy właściwości funkcjonalnych stali przeznaczonej na implanty. W celu oceny właściwości funkcjonalnych stali przeprowadzono badania elektrochemiczne, badania adhezji warstw (scratch test), oraz badania zwilżalności (kąt zwilżania i badania topografii powierzchni metodą AFM). Uzyskane wyniki badań wykazały wyraźnie, że zaproponowany przez autorów sposób obróbki powierzchni, w tym: polerowanie mechaniczne, pasywacja chemiczna i naniesienie warstw Al2O3 metodą ALD skutecznie poprawia odporność na korozję stali nierdzewnej.

18

Evaluation of the Quality of Coatings Deposited on AZ31 Magnesium Alloy Using the Anodising Method

Wieczorek J., Oleksiak B., Mizera J., Kulikowski K., Maj P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2843--2850

EN

The paper presents results of a study on the quality of coatings deposited on surfaces of AZ31 magnesium alloy products. In order to obtain protective coatings (corrosion and erosive wear protection), the methods of anodising (specimens A, B and C) and, for comparison, electroless plating (specimen D) were applied. The assessment of coating quality was based on the scratch test results. The results were used for determination of critical loads resulting in coating rupture. The best result was obtained for the specimen B (sulphuric acid anodising in combination with sealing): the critical load was 7.5 N. The smallest value (5.5 N) was observed for the specimen D, i.e. the coating produced using the electroless plating method. Moreover, erosion resistance of the coatings was assessed. In this case, a depth of the wear trace due to an erodent agent (SiC powder) effects was investigated. The results are comparable to those obtained in the scratch test. The poorest erosion resistance is demonstrated by the coating D and the best resistance is observed for the coating B.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań jakości powłok wytworzonych na powierzchni wyrobów ze stopu magnezu AZ31. Dla wytworzenia powłok o charakterze ochronnym (ochrona przed korozją i zużyciem erozyjnym), zastosowano metodę anodowania (próbki A, B i C) oraz dla porównania metodę bezprądową (próbka D). Ocenę jakości powłok oparto o wynik próby zarysowania (scratch-test). Na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono krytyczne obciążenie, przy którym następuje przebicie powłoki. Najlepszy wynik uzyskano w przypadku próbki B (anodowanie w kwasie siarkowym połączone z uszczelnianiem), wartość krytycznego obciążenia wynosiła 7.5 N. Najmniejszą wartość obciążenia krytycznego 5.5 N, zarejestrowano w przypadku próbki D tj. powłoki wytworzonej bezprądowo. Oceniono także odporność powłok na zużycie erozyjne. W tym przypadku badano głębokość śladu powstałego wskutek oddziaływania na powierzchnię próbek ścierniwa (proszek SiC). Uzyskane wyniki są podobne do zarejestrowanych w próbie zarysowania. Najmniejszą odpornością na erozję charakteryzuje się powłoka wytworzona bezprądowo (D) a największą powłoka anodowana i uszczelniana (B).

19

Characterization of Oxide Layers Formed on 13CrMo4-5 Steel Operated for a Long Time at an Elevated Temperature

Gwoździk M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

1783--1788

EN

The paper contains results of studies into the formation of oxide layers on 13CrMo4-5 (15HM) steel long-term operated at an elevated temperature. The oxide layer was studied on a surface and a cross-section at the inner and outer surface of the tube wall. The 13CrMo4-5 steel operated at the temperature of 470°C during 190,000 hours was investigated. X-ray structural examinations (XRD) were carried out, microscope observation s using an optical, scanning microscope were performed. The native material chemical composition was analysed by means of emission spark spectroscopy, while that of oxide layers on a scanning microscope (EDS). The studies on the topography of the oxide layers comprised studies on the roughness plane, which were carried out using a AFM microscope designed for 2D and 3D studies on the surface. Mechanical properties of the oxide layer – steel (substrate) were characterised on the basis of scratch test. The adhesion of oxide layers, friction force, friction coefficient, scratching depth were determined as well as the force at which the layer was delaminated.

PL

Praca zawiera wyniki badań warstw tlenkowych powstałych na stali 13CrMo4-5 (15HM) długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze. Badania przeprowadzono na powierzchni oraz na przekroju przy powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej ścianki rury. Badana stal 13CrMo4-5 była eksploatowana w temperaturze 470oC w czasie 190000 godzin. Na badanym materiale przeprowadzono badania XRD, obserwacje mikroskopowe przy użyciu mikroskopu optycznego i skaningowego. Skład chemiczny stali badano na emisyjnym spektrometrze iskrowym natomiast poszczególnych warstw tlenkowych przy użyciu mikroskopu skaningowego za pomocą EDS. W ramach badań topografii warstw tlenkowych przeprowadzono badania chropowatości powierzchniowej, które realizowano przy zastosowaniu mikroskopu sił atomowych AFM przeznaczonego do badań 2D i 3D. Przeprowadzono charakterystykę mechanicznych właściwości warstwa tlenków – stal (podłoże) na podstawie badań za pomocą scratch testu. Określono przyczepność warstw tlenkowych, siłę tarcia, współczynnik tarcia, głębokość zarysowania oraz siłę, przy której warstwa uległa delaminacji.

20

Wpływ parametrów badań na deformację i pękanie układu powłoka-podłoże w wyniku próby zarysowania

Chronowska-Przywara K., Kot M.

Tribologia

|

2014

|

nr 2

19--29

PL

W publikacji zostały przedstawione rozważania na temat wyników badań uzyskiwanych w teście zarysowania. Omówiono najczęściej występujące formy niszczenia układów powłoka-podłoże przy obciążeniach krytycznych. Analizowano deformacje i pękanie oraz kolejne fazy niszczenia powłok. Badano wpływ parametrów testu jak prędkość przesuwu wgłębnika, prędkość narastania obciążenia w czasie na uzyskiwane wyniki badań, a analizę oparto o rachunek prawdopodobieństwa wystąpienia pęknięcia w powłoce przy zadanym obciążeniu. Model analityczny porównano z wynikami badań eksperymentalnych przeprowadzonych dla powłok ceramicznych TiN i CrN. Do badań wykorzystano próbki o podłożu ze stali X20Crl3 z naniesionymi metodą PLD (Pulsed Laser Deposition) powłokami ceramicznymi.

EN

The paper presents studies on the results obtained in scratch testing. The most common failure forms in coating-substrate systems, their deformations, and fracture are discussed. The research program indicated the effect of test parameters such as speed of the indenter dx/dt, the rate of load rise dL/dt on the obtained critical loads. The analysis of results was based on the calculation of crack probability in the coating at certain load. The results of analytical model were compared with the results of experimental tests performed on TiN and CrN ceramic coatings deposited on X20Crl3 steel substrates.