Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Characterization of mechanical properties of S-phase coatings

Fryska S., Baranowska J.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 4

183--188

EN

S-phase (γN, expanded austenite) is a metastable nitrogen and/or carbon supersaturated solid solution in austenitic stainless steel. The phase shows comparable or better corrosion resistance and higher hardness as well as wear resistance than austenitic stainless steel. The paper presents results of investigation on mechanical properties of S-phase coatings deposited by reactive magnetron sputtering on austenitic stainless steel substrates. Substrate temperature (200÷400°C) and nitrogen content in reactive atmosphere (15÷50% vol.) were varied. Hardness and Young’s modulus of the coatings were investigated by nanoindentation. Their adhesion was evaluated by scratch test method. Hardness and Young’s modulus depended on nitrogen content in the atmosphere while substrate temperature had a negligible effect. These mechanical parameters depended on the coating microstructure and grain size rather than on nitrogen content in the coating. Results of scratch tests showed a minor effect of deposition parameters on coatings adhesion. It was also observed that for certain parameters of the deposition process a nitrogen diffusion layer in the substrate may form. The presence of the diffusion layer resulted in a decrease of nitrogen content in the coating, but its effect on hardness and adhesion of the coating was not straightforward.

PL

Modyfikacja powierzchni stali nierdzewnej o strukturze austenitycznej w celu poprawienia jej właściwości mechanicznych i użytkowych, takich jak twardość czy odporność na ścieranie, jest od wielu lat jednym z głównych zadań stawianych przed inżynierią powierzchni. Jedną z metod poprawy właściwości tych stali jest wytworzenie na ich powierzchni warstwy przesyconego azotem i/lub węglem roztworu stałego austenitu, nazywanego fazą S (także γN lub austenitem ekspandowanym). Jedną z powszechnie wykorzystywanych metod w celu wytworzenia fazy S jest proces niskotemperaturowego azotowania. Warstwy zbudowane z fazy S wykazują większą twardość oraz porównywalną, a czasami lepszą, odporność korozyjną niż stal o strukturze austenitycznej [1÷5]. Proces niskotemperaturowy jest prowadzony w temperaturze poniżej 500°C. W ten sposób zapobiega się powstawaniu azotków (najczęściej azotków chromu), których obecność znacznie zmniejsza odporność korozyjną tych stali. Możliwe jest także wytworzenie fazy S w postaci powłoki z wykorzystaniem metody reaktywnego rozpylania magnetronowego [1, 2, 6÷17]. Metoda ta pozwala znacząco obniżyć temperaturę procesu wytwarzania fazy S (nawet poniżej 200°C). Jednocześnie daje ona możliwość łatwego sterowania stężeniem azotu w powłoce przez modyfikację zawartości azotu w komorze reakcyjnej. Możliwość precyzyjnego kontrolowania dwóch podstawowych parametrów procesu pozwala na osadzanie powłok z fazy S o zróżnicowanej grubości, morfologii oraz właściwościach mechanicznych i użytkowych. Celem pracy było zbadanie wpływu temperatury osadzania oraz zawartości azotu w atmosferze reakcyjnej na morfologię i właściwości mechaniczne powłok z fazy S.

2

Pękanie szyn tramwajowych spawanych termitowo

Kawiak M., Fryska S.

Przegląd Spawalnictwa

|

2016

|

R. 88, nr 8

56--60

PL

Dzisiaj tory kolejowe i tramwajowe wykonuje się jako bezstykowe. Odcinki szyn łączy się trwale spawając je na przykład termitowo. Stale stosowane na szyny należą do stali trudno spawalnych. Między innymi dlatego, pomimo dużego postępu w dziedzinie spawania termitowego, wciąż zdarzają się przypadki pękania szyn w czasie ich spawania lub podczas eksploatacji. W artykule omówiono jeden z takich przypadków pękania szyn tramwajowych. Autorzy podkreślają, że główną przyczyną powstawania pęknięć w obszarze szyjki szyny są naprężenia cieplne (spawalnicze). Zwracają również uwagę na to, że powstawaniu takich pęknięć sprzyjają, na przykład wtrącenia niemetaliczne i mała praca łamania. Na podstawie wyników badań wytrzymałościowych, mikrostrukturalnych i fraktograficznych oceniono stan szyn i przeprowadzono analizę pod kątem występujących pęknięć. Przed montażem szyn na torowisku nie są wymagane badania mikrostrukturalne i wytrzymałościowe mające na celu określenie ich właściwości w tym zakresie. Autorzy zwracają uwagę na konieczność podjęcia prac w zakresie obowiązujących przepisów dotyczących badań i odbiorów torów tramwajowych.

EN

Nowadays, railway and tram rail tracks are made jointless. Rail segments are joined permanently, for example, by means of thermite welding. Steels out of which rails are made belong to the category of difficult-to-weld steels. That is one of the reasons why, despite major development in the realm of thermite welding, incidents of cracking in the course of welding or subsequent usage of the rails still occur. One of such incidents of tram rail cracking is discussed in the article. The authors stress that the main reason why cracks appear in the area of rail web is (welding) thermal stresses. They also point out that such factors as non-metallic inclusions and low impact strength are also conducive to the occurrence of cracks. On the basis of strength tests as well as micro-structural and fractographic examination, the condition of the rails was evaluated, and they were analysed for crack occurrence. Neither microstructural examination nor strength tests that would determine the relevant characteristics of the rails are needed prior to their assembly in the subgrade. The authors call attention to the necessity of taking actions in the realm of applicable provisions of law concerning examination, testing and commissioning of tram rails.

3

Wpływ parametrów procesu osadzania na morfologię powłok ze stali austenitycznej stabilizowanej azotem

Fryska S., Baranowska J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

20--24

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań morfologii powłok ze stali austenitycznej stabilizowanej azotem osadzanych na podłożach z tego samego materiału. Powłoki tego typu określane są jako zbudowane z fazy S. Powłoki otrzymano na drodze reaktywnego rozpylania magnetronowego stali austenitycznej w mieszaninie argonu i azotu. Zmiennymi parametrami procesu były temperatura podłoża, ciśnienie parcjalne azotu, ciśnienie całkowite, liczba rozpylanych źródeł oraz całkowity przepływ mieszaniny gazów roboczych w komorze reakcyjnej. Budowa fazowa powłok została określona na podstawie dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Na podstawie dyfraktogramów określono wartości parametru sieciowego a dla powłok z fazy S osobno dla rodziny płaszczyzn {111} i {200}. Stwierdzono, że przez zmianę parametrów procesu osadzania można sterować parametrem sieciowym fazy S w bardzo szerokim zakresie. Dla powłok z fazy S uzyskano wartość parametru a od 0,365 nm, czyli zbliżoną do parametru sieciowego stali austenitycznej, do ok. 0,4 nm, co odpowiada zwiększeniu parametru sieciowego o niemal 10%.

EN

The paper presents result of investigation of nitrogen stabilised stainless steel coatings deposited. Usually this type of material is called S-phase. Coatings were obtained by reactive magnetron sputtering of stainless steel targets in argon and nitrogen gas mixture. Various processes conditions were used, such as substrate temperature, nitrogen partial pressure, total pressure, number of sputtered targets and total gas flow in the reactive chamber. The phase composition was evaluated using X-ray diffraction (XRD). Based on diffraction curves the lattice parameter a of S-phase was evaluated, separately for crystallographic planes {111} and {200}. It was observed that during the change of deposition parameters we can control the lattice parameter a of S-phase in wide range. For S-phase coatings the lattice parameter a was obtain from 0.365 nm, which is close to stainless steel lattice parameter, up to 0.4 nm which corresponds to lattice parameter to increase by almost 10%.

4

Odporność tribokorozyjna powłok ze stali austenitycznej stabilizowanej azotem

Fryska S., Baranowska J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 5

281--285

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań odporności korozyjnej i tribokorozyjnej powłok z fazy S naniesionych na stal austenityczną. Faza S jest to rozszerzony austenit (expanded austenite) stabilizowany azotem (lub węglem). Odporność korozyjną i tribokorozyjną wytworzonych powłok porównano z nieobrobioną stalą austenityczną. Powłoki zostały wykonane metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego przy różnych parametrach technologicznych procesu. Zmiennymi parametrami procesu były temperatura podłoża (w zakresie 25÷400°C) oraz proporcja gazów roboczych: argonu i azotu (15÷50% obj. azotu). Dla wszystkich powłok określono budowę fazową (metodą dyfrakcji rentgenowskiej — XRD) oraz ich morfologię (metodą skaningowej mikroskopii elektronowej — SEM). Zawartość azotu w powłokach określono metodą mikroanalizy rentgenowskiej — WDS (wzorzec CrN), a rozmieszczenie azotu na przekroju poprzecznym powłok określono metodą jarzeniowej spektroskopii emisyjnej (GDOES). Badania zużycia korozyjnego (bez jednoczesnego zużycia tribologicznego) oraz zużycia tribokorozyjnego (z jednoczesnym zużyciem tribologicznym) przeprowadzono w środowisku wodnym zawierającym chlorki. Badania te obejmowały pomiary w warunkach otwartego, stacjonarnego i zmiennego (dynamicznego) potencjału elektrochemicznego. Tak kompleksowe pomiary pozwoliły na określenie zużycia tribokorozyjnego powłok z fazy S naniesionych na stal austenityczną. Stwierdzono, że najlepszą odporność tribokorozyjną uzyskano dla powłok osadzanych w atmosferze zawierającej 50% azotu. W zależności od parametrów procesu osadzania uzyskano zmniejszenie ogólnego zużycia tribokorozyjnego stali austenitycznej nawet o 85%.

EN

The paper presents results of investigation of corrosion and tribocorrosion resistance of nitrogen stabilized stainless steel coatings, so-colled S phase coatings. Corrosion and tribocorrosion resistance of coatings was compared to uncoated stainless steel. S phase coatings was obtained by reactive magnetron sputtering in various processes parameters. During the process substrate temperature (in a range 25÷400°C) and amount of nitrogen in the reactive atmosphere (in a range 15÷50% vol.) was changed. The phase composition of coatings was evaluated using X-ray diffraction (XRD). Morphology of coatings was investigated by scanning electron microscopy (SEM). Nitrogen content in coatings was investigated by X-ray microanalysis (WDS, standard CrN) and nitrogen distribution on the cross section of coatings was investigated by glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). Corrosion (without tribological wear) and tribocorrosion wear (with tribological wear) was carried out with a 3% of NaCl water solution under open, stationary and dynamic electrochemical potential. Such complex measurements allowed to determine the tribocorrosion wear of S phase coatings deposited on stainless steel substrates. It was found that the best tribocorrosion resistance was occurred for coatings deposited with amount of 50% vol. of nitrogen in reactive atmosphere. Depending on deposition parameters of coatings over 85% of total mass loss during tribocorrosion wear for coated stainless steel was observed.

5

Charakterystyka właściwości mechanicznych powłok z austenitu stabilizowanego węglem

Fryska S., Giza P., Baranowska J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

396--400

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych powłok z fazy S wytworzonych podczas reaktywnego rozpylania magnetronowego stali austenitycznej w atmosferze zawierającej metan w zmiennej proporcji do argonu. Wyznaczono podstawowe charakterystyki właściwości mechanicznych, takich jak twardość i moduł Younga, oraz zbadano przyczepność powłok i ich właściwości tribologiczne. Stwierdzono, że w efekcie reaktywnego rozpylania magnetronowego targetu ze stali austenitycznej w atmosferze z dodatkiem metanu jest możliwe uzyskanie twardych powłok (8÷12 GPa) odpornych na zużycie przez tarcie. Badania wykazały, że ze wzrostem zawartości węgla obserwuje się zwiększenie twardości powłok, natomiast zużycie tribologiczne zależy od jego zawartości tylko w małym stopniu. Obserwuje się niewielkie zmniejszenie współczynnika tarcia z zawartością węgla. Powłoki cechuje dobra przyczepność do podłoża, tym lepsza im większa jest zawartość węgla w powłokach.

EN

The paper presents the results of studies on mechanical properties of the S-phase coatings obtained by reactive magnetron sputtering of austenitic steel in an atmosphere containing methane in a variable proportion to argon. The basic characteristics of mechanical properties such as hardness and Young’s modulus as well as tribological characteristics were determined. Moreover, the adhesion of coatings was examined by scratch tests. It has been found that as a result of the reactive magnetron sputtering of the target made of austenitic steel in an atmosphere containing methane is possible to obtain hard (8÷12 GPa) and wear resistant coatings. Studies have shown that hardness of the coatings increases with an increase of carbon content, but the wear rate depends on the carbon contents only to a small extent. The slight decrease in the friction coefficient with the carbon content is observed. No changes were observed wear rate of the coatings. The coatings have good adhesion to the substrate, the better the higher is the carbon content in the coatings.

6

Ferromagnetic and spin wave resonances in thin layer of expanded austenite phase

Typek J., Guskos N, Zolnierkiewicz G., Berczynski P., Guskos A., Baranowska J., Fryska S.

Materials Science Poland

|

2014

|

Vol. 32, No. 2

198—205

EN

Four samples of austenite coatings deposited by reactive magnetron sputtering on silicon substrate at four different temperatures and pressures were investigated by ferromagnetic resonance (FMR) method at room temperature. The expanded austenite phase S (gN) layers with thickness in the 160 – 273 nm range and concentration of magnetic atoms: 72 % Fe, 18 % Cr and 10 % Ni, were obtained. The coatings with nanometric size grains were strongly textured and grown mostly in [100] direction, perpendicular to the sample surface. Intense FMR spectra were recorded at various angles between the static magnetic field direction and the sample surface. A strong magnetic anisotropy of the main uniform FMR mode was observed and the effective magnetization 4πMe f f determined. Spin wave resonance (SWR) modes were observed in all investigated samples in out-of-plane geometry of the magnetic field. The resonance fields of SWR modes in our samples varied linearly with the spin wave mode number. The value of the effective magnon stiffness constant was determined assuming a parabolic shape of the magnetization variation across the sample thickness.

7

Morfologia powłok z fazy S osadzanych metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego

Fryska S., Baranowska J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

682--685

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad morfologią powłok z fazy S otrzymywanych metodą PVD. Powłoki wytworzono metodą reaktywnego rozpylania targetu wykonanego ze stali austenitycznej w atmosferze azotu. Zmieniano parametry osadzania – temperaturę i czas trwania procesu. Budowę fazową warstw określono metodą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Skład chemiczny badano metodą mikroanalizy rentgenowskiej oraz GDOES. Mikrostrukturę zbadano za pomocą mikroskopii elektronowej skaningowej (SEM). Stwierdzono, że temperatura wywiera decydujący wpływ na wzrost powłok z fazy S. Wpływa ona na teksturę powłok oraz umożliwia dyfuzję azotu do podłoża i wytworzenie warstwy azotowanej w podłożu stalowym.

EN

The paper presents the results of research on the morphology of the S-phase coatings obtained PVD method. The coatings were prepared by reactive sputtering of the target made of austenitic stainless steel under a nitrogen atmosphere. During the process temperature and time of the treatment were varied. Phase composition of layers was determined by X-ray diffraction (XRD) and chemical composition was analyzed by X-ray microanalysis (WDS) and by GDOES methods. The microstructure was examined using electron scanning microscopy (SEM). It was found that the temperature has a decisive influence on the formation of the S-phase coatings. It influences the texture of the coating and at higher temperature the diffusion of nitrogen into the substrate takes place together with a formation of the nitrided layer in the steel substrate.

8

Wpływ parametrów procesu na formowanie powłok z fazy S otrzymanych metodą PVD

Fryska S., Baranowska J., Suszko T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 11

14-16

PL

Metodą PVD możliwe jest otrzymywanie w obniżonej temperaturze (< 500°C) powłok zbudowanych z fazy S. W prezentowanej pracy zbadano wpływ parametrów procesu reaktywnego napylania oraz rodzaju materiału podłoża na formowanie powłok z fazy S. Budowę fazową powłok określono przy pomocy dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Rozkład pierwiastków na przekroju powłoki oraz zawartość azotu określono odpowiednio na podstawie analizy GD OES i WDS. Przeprowadzone badania potwierdziły wpływ parametrów i rodzaju materiału podłoża na budowę fazową i chemiczną powłok. Ponadto przy osadzaniu powłok na stali zaobserwowano zachodzenie procesów dyfuzyjnych pomiędzy powłoką i podłożem nawet w temperaturze 250°C.

EN

The paper presents the results of investigations on the influence of deposition parameters on the formation of S-phase coatings by PVD method on various substrates. Phase composition was studied by means of X-ray diffraction (XRD). The distribution of elements in the coating and nitrogen content were determined by GD OES and WDS analysis respectively. Study confirmed the influence of parameters and different substrate materials on the formation of S-phase coatings. Moreover, it was observed that in case of the coatings deposited on stainless steel the diffusion process between coating and substrate was possible even at 250°C.

9

Charakterystyka powłok z fazy S otrzymanych na drodze reaktywnego rozpylania magnetronowego

Baranowska J., Fryska S., Przekop J., Suszko T.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 9

19-21

PL

Badano możliwość otrzymywania fazy S metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego. Powłoki zbudowane z fazy S poprawiają właściwości mechaniczne i tribologiczne stali austenitycznej bez obniżania jej odporności korozyjnej. Mikrostrukturę i budowę fazową powłok badano przy pomocy dyfrakcji rentgenowskiej, skaningowej mikroskopii elektronowej oraz mikroskopii sił magnetycznych. Ponadto zbadano twardość i przyczepność powłok. Badania potwierdziły możliwość otrzymywania tą metodą powłok o dobrych właściwościach mechanicznych i dobrej przyczepności. Przez zmianę udziału azotu w atmosferze możliwe było sterowanie jego zawartością w powłokach w szerokim zakresie stężeń. Wzrost zawartości azotu w powłoce wpływał w niewielkim stopniu na jej twardość, ale powodował wzrost kruchości. Wszystkie otrzymane powłoki były magnetyczne.

EN

In the paper the possibility to obtain S-phase by reactive magnetron sputtering was investigated. Coatings composed of S-phase improve mechanical and tribological properties of austenitic stainless steel maintaining at the same time its good corrosion resistance. Microstructure and phase composition were studied by means of X-ray diffraction (XRD and GXRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Magnetic Force Microscopy (MFM). Moreover hardness and adhesion of the coatings were evaluated. The results confirmed possibility to produce coatings with good mechanical properties and good adhesion using this method. Through the change of nitrogen partial pressure in the atmosphere it is possible to get the coatings with wide range nitrogen content in S-phase. An increase of nitrogen content increases the brittleness of the coating but has no significant effect on its hardness. Ali the coatings under investigation appeared to be magnetic.

10

The properties of hard coating composed of S-phase obtained by PVD method

Baranowska J., Fryska S., Przekop J., Suszko T.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2009

|

Vol. 33, nr 4

59-69

EN

S-phase usually is obtained by low temperature (<500 degrees centigrade) nitriding of austenitic stainless steel. It is hard and wear resistant phase with good corrosion properties. The paper presents the results of an investigation into coatings composed of S-phase produced by reactive magnetron sputtering. The microstructure and phase composition of the layers were investigated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and glow discharge optical spectroscopy. Potentiodynamic corrosion tests and friction studies were used to characterize the exploitation properties of the coatings.

PL

Faza S tworząca się podczas niskotemperaturowego (<500 stopni Celsjusza) azotowania stali austenitycznej charakteryzuje się dużą twardością oraz dobrymi właściwościami tribologicznymi i odpornością na korozję. Przedstawiono wyniki badań właściwości powłok zbudowanych z fazy S i wytworzonych w procesie reaktywnego rozpylania magnetronowego. Badania mikrostruktury prowadzono metodami mikroskopii skaningowej. Skład fazowy ustalono metodą dyfrakcji rentgenowskiej w geometrii Bragga-Brentana oraz geometrii stałej wartości kąta padania. Określono zawartość azotu w powłokach metodą mikroanalizy rentgenowskiej (WDS) i (GD-OES) oraz właściwości korozyjne powłok metodą potencjometryczną, natomiast odporność na ścieranie metodą kulka-tarcza.