Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Morphology and Structure of the Erbium Stabilized Bismuth Oxide Thin Films Deposited by PLD Technique

Kąc S., Szwachta G., Cieniek Ł., Moskalewicz T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 3

969--974

EN

The aim of the work was to obtain thin bismuth oxide films containing, at room temperature, the Bi1,5Er0,5O3 phase. This phase corresponds to the structure of the high-temperature δ-Bi2O3 phase, in pure bismuth oxide, characterized by the highest ionic conductivity of all known solid state ionic conductors. The high-temperature δ-Bi2O3 phase with the face centered cubic structure, in pure bismuth oxide, occurs only at temperature above 730°C. Stabilization of the δ-Bi2O3 phase at room temperature was achieved by an addition of the erbium together with the employ-ment of the Pulsed Laser Deposition (PLD) technique. The influence of an amount of Er alloying and the film thickness on surface morphology, microstructure, phase composition of thin films were investigated. The velocity of deposition of thin layers of bismuth stabilized with erbium in the PLD process using the Nd: YAG laser was about 0.5 nm/s.The investigation results of erbium doped bismuth oxide thin films deposited onto (0001) oriented Al2O3 monocrystalline substrate are presented. Thin films of uniform thickness, without cracks, and porosity were obtained. All deposited thin films (regardless of the film thickness or erbia (Er2O3) content) exhibited a columnar structure. In films stabilized with erbium, up to approx. 250 nm thickness, the columns have a diameter at the base from 25 to 75 nm. The columns densely and tightly fill the entire volume of the films. With increasing of the film thickness increases, porosity also significantly increases. In thin layers containing from 20 to 30 mole % Er2O3 the main identified phase at room temperature is Bi1,5Er0,5O3. It is similar to the defective fluorite-type structure, and belongs to the Fm-3m space group. This phase corresponds to the structure of the high-temperature δ-Bi2O3 phase in pure bismuth oxide.

2

Natryskiwane zimnym gazem powłoki odporne na ścieranie

Kusiński J., Kąc S., Kowalski K., Matteazzi P., Dosta S., Georgiou E.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2018

|

z. 90 [298], nr 2

175--186

PL

Naukowym i technologicznym celem badań było wytworzenie nanostrukturalnych powłok FeCuAl-Al2O3, WC-CoAl, Ni-Sn, TiC/Ti o grubości od 45 do 500 μm. Nanoproszki charakteryzujące się strukturą krystaliczną i równomiernym rozmieszczeniem składników otrzymywano, stosując wysokoenergetyczną syntezę mechaniczną. Proszek o strukturze nanokrystalicznej był nanoszony na podłoże bez istotnych zmian jego struktury i właściwości, z wykorzystaniem nowej technologii (natryskiwania zimnym gazem – CGS), pozwalającej uzyskiwać powłoki o dużej gęstości. Mikrostrukturę oraz skład chemiczny nanoproszków i nanoszonych powłok analizowano, wykorzystując mikroskopię świetlną, TEM, STEM, SEM/EDS, XPS oraz XRD. Ponadto mierzono współczynnik tarcia oraz odporność na ścieranie powłok. Przeprowadzone badania wykazały, że mikrostruktura powłok odpowiada strukturze nanoszonych proszków. Dzięki nanostrukturalnej budowie powłok, właściwej proporcji faz twardych i miękkich, natryskiwane zimnym gazem powłoki wykazują lepsze właściwości trybologiczne w porównaniu z materiałami standardowo stosowanymi w przemyśle i bioinżynierii.

EN

The basic scientific and technological aim of the research was the generation of nano-structured FeCuAl-Al2O3, WC-CoAl, Ni-Sn, TiC/Ti coatings having thicknesses of about 100-500 μm. High energy ball milling synthesis allowed the production of powders characterized by fine and homogeneous chemical distribution of elements, and an "ultrafine" (nanometer scale) crystalline structure. A new powerful deposition technology (Cold Gas Spray – CGS) was used to transfer the nanophased powder onto the substrate in the form of a dense coating with very little or no change of crystal structure and properties. The microstructure and composition of all prepared nano-powders and deposited coatings were investigated using light microscopy, TEM, STEM, SEM/EDS, XPS and XRD techniques. Hardness, and measurement of the coefficient of friction and wear resistance were carried out on the deposited coatings. It was found that the microstructure of the powder is maintained in the deposited coating. The nano phased structure, with an appropriate balance of hard and soft phases, allows the CGS coatings to exhibit better tribological properties than that of the examined benchmark materials.

3

Composite coatings of polylactide with graphene oxide and hydroxyapatite on titanium

Torcuato M. S., Szaraniec B., Kąc S., Chłopek J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

116

4

Mechanical properties of Ni-Fe-Cu-P-B alloy produced by two component melt spinning (TCMS)

Wojciechowska M., Ziewiec K., Kąc S., Prusik K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 1

137--140

EN

The aim of this work was to investigate the microstructure and mechanical properties of the two-component melt-spun (TCMS) alloy produced from Ni40Fe40B20 and Ni70Cu10P20 melts. The Ni40Fe40B20, Ni70Cu10P20, Ni55 Fe20 Cu5 P10 B10 alloys were arc-melted. Then the alloys were melt-spun in the two different ways i.e.: by casting from a single-chamber crucible and from the two-chamber crucible. All of the above mentioned alloys were processed in the first way and the Ni40Fe40B20 and Ni70Cu10P20 were simultaneously cast on the copper roller from the two-chamber crucible. The microstructure of the alloy was studied using transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectrometry (EDS) and light microscopy. The mechanical properties were investigated using tensile testing and nanoindentation. The two-component melt-spun (TCMS) amorphous Ni55 Fe20 Cu5 P10 B10 alloy present hardness, tensile strength and Young modulus on the significantly higher level than for a single phase amorphous Ni55 Fe20 Cu5 P10 B10 alloy and slightly below the corresponding values for the Ni40Fe40B20.

5

Characterization of microstructure and mechanical properties of laser-welded stainless steels

Koclęga D., Radziszewska A., Kąc S., Zowczak W., Dębowska A., Jędrusik M., Petrzak P.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2016

|

Vol. 42, no. 4

213--224

EN

This work presents the laser welding of dissimilar X12CrCoWVNbN12-2-2 and X10CrNi18-10 steels. This system is of interest, as laser welding offers new flexibility in the joining of metals and laser welds (LWs) and are usually of high quality; they are obtained only after the optimization of process parameters. The aim of the work was to investigate the microstructure, chemical composition, and hardness changes of laser-welded steels. After laser welding, two zones were generated in the processed materials: a fusion zone and a heat-affected zone. Due to solidification, a refinement of the microstructure occurred in the fusion zone. Examinations of the chemical composition of particular melted areas showed the occurrence of Nb-rich precipitations. The laser welding of steels led to increased hardness in the fusion zone (about 240–530 HV0.3).

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań różnorodnych złączy spawanych wiązką laserową stali X12CrCoWVNbN12-2-2 i X10CrNi18-10. Zastosowanie wiązki laserowej jest wysoce użyteczne ze względu na nowe możliwości procesu wytwarzania i zwykle wysoką jakość złączy po optymalizacji procesu. Celem pracy była ocena mikrostruktury, składu chemicznego i zmian twardości w złączach spawanych wiązką lasera. Po procesie spawania zaobserwowano dwa główne obszary, tj. linię wtopienia i strefę wpływu ciepła. Podczas krystalizacji w obszarze przy linii wtopienia zaobserwowano rozdrobnienie struktury. Szczegółowa analiza składu chemicznego ujawniła występowania wydzieleń bogatych w Nb w obszarze metalu stopionego. Zaobserwowano, że spawanie laserowe prowadzi do wzrostu twardości w obszarze przy linii wtopienia.

6

Korozja wysokotemperaturowa różnoimiennych złączy spawanych ze stali martenzytycznych i austenitycznych

Kościelniak B., Hernas A., Kąc S.

Energetyka

|

2016

|

nr 11

669--672

PL

Przedstawiono wyniki badań korozyjnych i strukturalnych różnoimiennych złączy spawanych z żarowytrzymałych stali w osnowie ferrytycznej (T91, VM12 i 13CrMo4-5), austenitycznych (T347 i Super 304 H) oraz nadstopu niklu IN 617, które poddano testom korozyjnym w środowisku zawierającym siarkę i chlor w temperaturze 650°C. Złącza wykonano metodą laserową oraz TIG. Celem badań była ocena odporności na korozję wysokotemperaturową różnoimiennych złączy z materiałów rekomendowanych na przegrzewacze pary w kotłach nadkrytycznych oraz na biomasę w temperaturze 650°C. Badania wykazały bardzo dobrą odporność korozyjną stali austenitycznych w agresywnym środowisku. Dodatkowo, złącza spawane laserowo cechują się względnie korzystniejszymi właściwościami korozyjnymi od podobnych złączy z materiałów spawanych metodą TIG.

EN

The paper presents the results of corrosion and structural researches of dissimilar welded joints of heat resistant ferritic steels (T91, VM12, 13CrMo4-5), austenitic steels (Super 304 H, T347) and nickel superalloy IN 617, after undergoing the process of corrosion in an environment containing sulphur and chlorine at temperature of 650°C. Welds were made with the use of laser and TIG methods. The aim of the study was to asses of high-temperature corrosion resistance of dissimilar joints, which were made of the recommended materials for the steam superheater in supercritical and biomass boilers at a temperature of 650°C. Research has shown a very good corrosion resistance of austenitic in aggressive medium. In addition, laser-welded joints are characterized by relatively more favorable corrosion properties than joints welded by TIG method.

7

Growth and Characterisation of Pulsed-Laser Deposited Tin Thin Films on Cube-Textured Copper at Different Temperatures

Szwachta G., Gajewska M., Kąc S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2B

1031--1038

EN

High-quality titanium nitride thin films have been grown on a cube-textured copper surface via pulsed laser deposition. The growth of TiN thin films has been very sensitive to pre-treatment procedure and substrate temperature. It is difficult to grow heteroexpitaxial TiN films directly on copper tape due to large differences in lattice constants, thermal expansion coefficients of the two materials as well as polycrystalline structure of substrate. The X-Ray diffraction measurement revealed presence of high peaks belonged to TiN(200) and TiN(111) thin films, depending on used etcher of copper surface. The electron diffraction patterns of TiN(200)/Cu films confirmed the single-crystal nature of the films with cube-on-cube epitaxy. The high-resolution microscopy on our films revealed sharp interfaces between copper and titanium nitride with no presence of interfacial reaction.

8

Optymalizacja struktury cienkich warstw Bi2O3 domieszkowanych Er wytwarzanych techniką PLD

Kąc S., Cieniek Ł., Moskalewicz T.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

479--483

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad funkcjonalnymi cienkimi warstwami Bi2O3 domieszkowanymi Er3+, wytworzonymi techniką ablacji laserowej. Eksperyment przeprowadzono z zastosowaniem zoptymalizowanych parametrów procesu PLD, takich jak: energia impulsu, długość fali promieniowania laserowego, temperatura podłoża, atmosfera gazu roboczego i odległość target–substrat. Wnikliwej analizie poddano strukturę, skład chemiczny, skład fazowy oraz morfologię wytworzonych warstw tlenkowych z wykorzystaniem takich technik badawczych, jak: skaningowa mikroskopia elektronowa, mikroskopia sił atomowych, spektroskopia EDS oraz rentgenowska analiza fazowa. W ramach badań przeprowadzono również pomiary grubości, nanotwardości i przyczepności warstw Bi2O3 domieszkowanych Er3+ do monokrystalicznego podłoża MgO. Uzyskane w ten sposób wyniki pozwalają stwierdzić, że jest możliwe „przeniesienie” składu stechiometrycznego na odpowiednio przygotowaną powierzchnię z materiału tarczy, a analiza składu fazowego pozwoliła na oszacowanie udziału wysokotemperaturowej fazy δ odpowiedzialnej za zwiększoną przewodność jonową. Analiza otrzymanych wyników pozwala na precyzyjny dobór optymalnych parametrów procesu PLD do wytwarzania cienkich warstw Bi2O3 z domieszką Er3+ stabilizującą fazę δ w niższej temperaturze.

EN

In this paper we present the results of research made for functional Er3+ doped Bi2O3 thin films, produced by the laser ablation technique. The experiment was performed using the optimized PLD process parameters, such as single pulse energy, laser radiation wavelength, the substrate temperature, the pressure of the working gas and the target–substrate distance. Thorough analyses of the structure, chemical and phase composition and morphology of oxide thin films were carried out using research techniques as follows: scanning electron microscopy, atomic force microscopy, EDS spectroscopy and X-ray phase analysis. The study of thickness measurements, nanohardness and adhesion of Er3+ doped Bi2O3 thin films for the single crystal MgO substrate were also performed. Thus obtained results allow to conclude that it is possible to „transfer” the stoichiometric composition of the target material to the prepared substrate and the XRD phase composition investigation revealed the presence of the high-temperature δ-Bi2O3 phase responsible for the increased ionic conductivity. Analysis of these results allows a precise selection of the optimal PLD process parameters for the preparation of high quality Er3+ doped Bi2O3 thin films stabilizing δ phase at lower temperature.

9

Numerical And Experimental Analysis Of Fracture Of Athrombogenic Coatings Deposited On Ventricular Assist Device In Micro-Shear Test

Kopernik M., Milenin A., Kąc S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

795--800

EN

The Polish left ventricular assist device (LVAD – RELIGA_EXT) will be made of thermoplastic polycarbonate-urethane (Bionate II) with deposited athrombogenic nano-coatings: gold (Au) and titanium nitride (TiN). Referring to the physical model, the two-scale model of LVAD developed in the previous works in the authors’ finite element code is composed of a macro-model of blood chamber and a micro-model of wall: TiN, Au and Bionate II. The numerical analysis of stress and strain states confirmed the possibility of fracture based on localization of zones of the biggest values of triaxiality factor. The introduction of Au interlayer between TiN and polymer improved the toughness of the connection, and increased the compressive residual stress in the coating what resulted in reduction of stress and strain close to the boundary between substrate and coating. However, the proper design of multilayer wall of the medical device requires the introduction of the real stress and strain states in the deposited coatings. The characteristics of TiN nano-coating such as residual stress, material model and fracture model were determined in the previously completed studies such as experimental and numercial nanoindentation tests, profilometry studies and in situ SEM’s micro-tension tests. The experimental in situ SEM’s micro-shear test was performed in the present paper and the corresponding numerical model of the test was also developed, and then, interpreted. The critical strains taken from experiment and considered as the effective strains in the model of test are the values which are the function of triaxiality factors for the tested samples. The developed in the authors’ FE code model of multilayer wall of VAD enriched with critical strain determined in the present paper enables prediction of fracture.

PL

Polska lewa komora wspomagania pracy serca (LVAD – RELIGA_EXT) zostanie wykonana z termoplastycznego poliwęglano-uretanu (Bionate II) z naniesionymi atrombogennymi powłokami: złota (Au) i azotku tytanu (TiN). W odniesieniu do modelu fizycznego, dwuskalowy model komory LVAD opracowany we wcześniejszych pracach w autorskim kodzie elementów skończonch jest złożony z modelu makro czaszy krwistej i z mikro-modelu ściany: TiN, Au i Bionate II. Analiza numeryczna stanów naprężenia i odkształcenia potwierdziła prawdopodobieństwo pękania poprzez zlokalizowanie stref o największej wartości współczynnika naprężenia trójosiowego. Wprowadzenie międzywarstwy złota pomiędzy TiN i polimer poprawiło wytrzymałość tego połączenia i powiększyło ściskające naprężenie własne w powłoce, co doprowadziło do redukcji naprężenia i odkształcenia blisko granicy pomiędzy podłożem i powłoką. Jednakże, właściwy projekt wielowarstwowej ściany urządzenia medycznego wymaga wprowadzenia rzeczywistych stanów naprężeń i odkształceń w naniesionych powłokach. Charakterystyki powłok TiN takie jak naprężenie własne, model materiału i model pękania zostały określone we wcześniej wykonanych badaniach takich jak doświadczalne i numeryczne testy nanoindentacji, badania profilometryczne, i testy mikrorozciągania prowadzone pod elektronowym mikroskopem skaningowym. W niniejszej pracy przeprowadzono doświadczalny test mikrościnania pod skaningowym mikroskopem elektronowym, opracowano model numeryczny tego testu, a następnie go zinterpretowano. Odkształcenia krytyczne otrzymane z doświadczenia i określone w modelu testu jako intensywność odkształcenia są wartościami będącymi funkcją współczynników naprężeń trójosiowych dla badanych próbek. Opracowany w kodzie własnym model elementów skończonych wielowarstwowej ściany komory VAD wzbogacony o określone w niniejszej pracy odkształcenia krytyczne umożliwia przewidywanie pękania.

10

Deposition Of Oxide And Intermetallic Thin Films By Pulsed Laser (PLD) And Electron Beam (PED) Methods

Kusiński J., Kopia A., Cieniek Ł., Kąc S., Radziszewska A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2173--2182

EN

In this work the pulsed laser deposition (PLD) and the pulsed electron beam deposition (PED) techniques were used for fabrication of Mo-Bi2O3, La1-xSrxCoO3, La1-xCaxCoO3 and Al-Mg thin films. An influence of ablation process basic parameters on the coatings structure and properties was discussed. Two types of laser ablation systems were applied: one equipped with a KrF excimer and second with a Q-switched Nd:YAG. Films were deposited on Si and MgO substrates. Scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy, atomic force microscopy (AFM) as well as X-ray diffraction (XRD) were used for structural analysis. Investigations focused on structure and chemical composition showed that smooth and dense thin films with nanocrystalline structure, preserving the composition of the bulk target, could be obtained by the both PLD and PED techniques. Research study showed that by a proper selection of PLD and PED process parameters it was possible to deposit films with significantly decreased amount and size of undesirably nanoparticulates.

PL

Osadzanie laserem impulsowym (PLD) oraz osadzanie impulsową wiązka elektronową (PED) wykorzystane zostało do wytwarzania cienkich filmów typu: Mo-Bi2O3, La1-xSrxCoO3, La1-xCaxCoO3 and Al-Mg oraz Al-Mg. Dyskutowano wpływ podstawowych parametrów procesu ablacji na strukturę i właściwości uzyskiwanych powłok. Wykorzystane zostały dwa typy systemów do ablacji; jeden z ekscymerowym laserem KrF i drugi na bazie lasera Nd:YAG z modulatorem dobroci (Q-Switch). Filmy osadzano na podłożu Si i MgO. Skaningowa (SEM) i transmisyjna (TEM) mikroskopia elektronowa, mikroskopia sił atomowych (AFM), oraz dyfrakcja rentgenowska (XRD) wykorzystana została do analizy strukturalnej. Badania skoncentrowane na strukturze i składzie chemicznym wykazały jednorodną i zwartą budowę cienkich nanokrystalicznych filmów uzyskanych metodami PLD i PED utrzymujących skład odparowywanych tarcz. Wykazano doświadczalnie, że odpowiednie dobranie parametrów procesu pozwala otrzymywać filmy o istotnym zminimalizowaniu ilości i wymiarów niekorzystnych nanocząstek w powłoce.

11

Digital image correlation of coated and uncoated Religa Heart_Ext ventricular assist device

Kopernik M., Gawlikowski M., Milenin A., Altyntsev I., Kustosz R., Kąc S.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2015

|

Vol. 17, no. 4

49--58

EN

The digital image correlation is used to estimate influence of deposited heamocompatible coatings (gold and titanium nitride) on mechanical response of ventricular assist device Religa Heart_Ext made of Bionate II (thermoplastic polycarbonate urethane) under working conditions by comparison of the coated Religa Heart_Ext with uncoated Religa Heart_Ext. The DIC is applied for experimental investigation of the strains and displacements distribution on external surface of the blood chamber of ventricular assist device during loading. The experiment was conducted in a hydraulic system with water at operating temperatures of 25 and 37 °C, as well as under static pressures: 80, 120, 180, 220 and 280 mmHg, and static underpressures: –25, –45, –75 mmHg. The subsequent images were taken after stabilization of pressure on a set level. The applied research method shows that the nano-coating of 30 nm in thickness significantly affects deformation of the blood chamber of Religa Heart_Ext in macro scale. The proposed composition of coatings increases strain on external surface of the ventricular assist device.

12

Structural and chemical investigation into Ti/TiC coatings deposited with Cold Gas Spraying (CGS)

Kąc S., Szwachta G., Kusiński J., Matteazzi P., Colella A., Dosta S., Fernandez J., Garcia-Forgas J.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

150--153

EN

The article presents structural and chemical investigation into Ti/TiC coatings, deposited by using Cold Gas Spraying Technology (CGS) onto titanium aluminium vanadium alloy (TiAlV) substrate. The main issues were to obtain nanostructured coatings with very fine titanium carbides, evenly distributed in the metallic matrix. Nanostructured powder was produced by the High Energy Ball Milling (HEBM), which – applying mechanico-chemical synthesis principles – leads to simultaneous getting of: improvement in material properties, fine phase distribution and uncompleted reaction. Nanostructured particles of 20÷40 μm in size were used during spraying process. The impact energy of nanostructured particles on the substrate was used to induce the uncompleted reactions. The structural investigations were carried out by using three methods: scanning and transmission electron microscopy (with Energy-dispersive X-ray spectroscopy) and X-ray diffraction technique. Results show that the large titanium carbide particles were cracking after impact and did not show a good cohesion to titanium matrix. The fine particles were arranged in coating very densely. The energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) was used to identify the chemical elements in the coatings. The analysis detected only titanium and carbon. This enabled to distinguish the individual particles in the coating structure. The X-ray diffraction (XRD) was used to identify the phase composition in coatings and revealed only α titanium and titanium carbide phases in coatings.

PL

W artykule przedstawiono analizę struktury i składu chemicznego powłok Ti/TiC uzyskanych metodą natryskiwania na zimno (CGS) na podłoże ze stopu tytan-glin-wanad. Celem pracy było otrzymanie nanostrukturalnych powłok zbudowanych z bardzo drobnych węglików tytanu, równomiernie rozmieszczonych w osnowie tytanu. Nanostrukturalny proszek został wytworzony za pomocą wysokoenergetycznego mielenia (HEBM), które, wykorzystując prawa syntezy mechaniczno-chemicznej, doprowadziło do jednoczesnego uzyskania lepszych własności materiału, drobnodyspersyjnych faz i uzyskania stanu niekompletnej reakcji. Nanostrukturalne cząstki proszku o wielkości 20÷40 μm zostały użyte podczas natryskiwania. Energia uderzenia cząstek nanostrukturalnego proszku o podłoże pozwalała wywołać odpowiednie reakcje zapoczątkowane podczas mielenia. Badania struktury przeprowadzono za pomocą trzech metod: skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej (w tym mikroanalizy rentgenowskiej) i technik dyfrakcji promieniowania X. Wyniki ujawniły, że duże węgliki tytanu po uderzeniu pękają i nie występuje dobra kohezja pomiędzy nimi a tytanową osnową. Z kolei drobne cząstki były równomiernie rozmieszczone w całej objętości powłoki. Powłoki były zwarte i jednorodne. Spektroskopia z dyspersją energii (EDS) została zastosowana w celu analizy składu chemicznego powłok. Potwierdzono obecność tylko tytanu i węgla. Analiza ta (wraz z analizą dyfrakcji elektronowych) pozwoliła, jednoznaczną identyfikację poszczególnych cząstek w strukturze powłoki. Technika dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD) została użyta w celu identyfikacji poszczególnych faz w powłokach. Potwierdzono obecność dwóch faz – Tiα oraz TiC.

13

Microstructure of doped Bi2O3 thin ﬁlms deposited by PLD technique

Kąc S., Moskalewicz T.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

295--298

EN

The paper presents the investigation results of Mo doped Bi2O3 thin ﬁlms obtained by PLD technique, using Nd:YAG laser. Bismuth oxide is the material having wide application in the electronic and optical industry. The objective of our investigation is stabilization of high temperature δ phase to lower temperature, which permits widely take advantage of interesting properties of this material (good ion conductivity, changing conductivity with temperature). The Mo concentration and process parameters inﬂuence on the coating microstructure and properties were studied. The laser energy, the substrate temperature and the oxygen pressure in the vacuum chamber during deposition by PLD process inﬂuence strongly the chemical composition and morphology of deposited ﬁlms. The SEM, TEM, EDS and XRD investigation results of the films microstructure are presented in the paper. The results of investigations carried out indicate that it is possible to transfer stoichiometric composition of Mo doped Bi2O3 from target to substrate. In deposited thin ﬁlms high temperature δ-Bi2O3 phase at room temperature was obtained.

PL

W publikacji przedstawiono wyniki badań cienkich warstw domieszkowanego molibdenem tlenku bizmutu wytwarzanych techniką ablacji laserowej (PLD) z wykorzystaniem lasera impulsowego Nd:YAG. Tlenek bizmutu to materiał szeroko stosowany w przemyśle elektronicznym i optyce. Celem przeprowadzonych badań jest stabilizacja wysokotemperaturowej fazy δ do niższej temperatury, co pozwoli lepiej wykorzystać interesujące własności tego materiału (dobre przewodnictwo jonowe, zmianę przewodności elektrycznej z temperaturą). W pracy badano wpływ koncentracji Mo i parametrów procesu PLD na mikrostrukturę i własności cienkich warstw tlenku bizmutu. Energia wiązki lasera, temperatura podłoża i ciśnienie tlenu w komorze reakcyjnej podczas procesu PLD istotnie wpływają na skład chemiczny i morfologię wytwarzanych warstw. W pracy są prezentowane wyniki badań cienkich warstw za pomocą SEM, TEM, EDS i XRD. Wyniki przeprowadzonych badań wykazują, że jest możliwe stechiometryczne przenoszenie domieszkowanego Mo tlenku bizmutu z odparowanej wiązką lasera tarczy na podłoże. W wytworzonych cienkich warstwach otrzymano wysokotemperaturową fazę δ-Bi2O3 w temperaturze otoczenia.

14

Microstructural characterization of Fe-Cu-Al-Al2O3 coatings prepared with cold gas spraying technique

Kąc S., Szelc J., Kusiński J., Matteazzi P., Colella A., Dosta S., Fernandez J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

299--302

EN

The paper presents the investigation results of the inﬂuence of deposition parameters on: microstructure, chemical and phase composition of Fe-Cu-Al-Al2O3 coatings. The aim of this study is to develop an appropriate chemical composition and stmcture of the coatings based on Fe-Cu-Al-Al2O3 considering their adhesion to substrates, high wear resistance, etc. The substrate material for applied coating was carbon steel. Cold Gas Spraying technology was applied to deposit coatings at increasing gas temperature 600÷800°C and pressure 3.2÷4.0 MPa. The microstructure of coatings was examined with light microscopy (LM), scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) was utilized to identify the chemical composition of the coatings. X-ray diffraction (XRD) and electron diffraction in TEM were used to identify the phases in coatings. The experiments revealed a strong effect of deposition parameters on the structural and chemical composition of the Fe-Cu-Al + Al2O3 SCG sprayed coatings. The electron microscopy and X-ray diffraction examinations revealed that coatings are made up of nanometric complex metallurgical phases (complex iron, copper and alumina phases) and have good bonding with the substrate.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących wpływu parametrów osadzania na mikrostrukturę, skład chemiczny i fazowy powłok na bazie Fe-Cu-Al-Al2O3. Celem badań było opracowanie składu chemicznego i struktury powłok, uwzględniając ich przyczepność do podłoża, odporność na ścieranie itp. Podłożem dla nanoszonej powłoki była stal węglowa. Proces natryskiwania powłok przeprowadzono w temperaturze gazu 600÷800°C pod ciśnieniem 3,2÷4,0 MPa. Mikrostrukturę otrzymanych powłok analizowane za pomocą mikroskopu świetlnego (LM) i skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Do identyfikacji pierwiastków w powłokach zastosowano metodę mikroanalizy rentgenowskiej (EDS). Do analizy fazowej otrzymanych powłok użyto rentgenowskiej analizy fazowej (XRD) oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Przeprowadzone eksperymenty ujawniły znaczący wpływ parametrów osadzania techniką natryskiwania na zimno na skład chemiczny i fazowy powłok Fe-Cu-Al + Al2O3. Badania przeprowadzone za pomocą mikroskopii elektronowej oraz rentgenowskiej analizy fazowej wykazały, że powłoki są wytworzone z nanometrycznych złożonych faz (złożone fazy zawierające żelazo, miedź oraz aluminium), jak również mają dobre połączenie z podłożem.

15

Metalograficzne aspekty uszkodzeń eksploatacyjnych złącza spawanego stali i staliwa austenitycznego

Krawczyk J., Bała P., Pawłowski B., Kąc S.

Przegląd Spawalnictwa

|

2010

|

R. 82, nr 2

21-25

PL

W pracy przedstawiono analizę roli połączenia spawanego odlewanej odśrodkowo rury ze staliwa austenitycznego z prętem dystansującym ze stali austenitycznej - w wystąpieniu uszkodzeń eksploatacyjnych rolki pieca samotokowego do obróbki cieplnej blach. Badania mikroskopowe próbek wyciętych z uszkodzonej rolki pieca samotokowego wykazały, że wykonanie połączenia spawanego powoduje powstanie w strefie wpływu ciepła ciągłej siatki wydzieleń węglikowych na granicach ziarn austenitu. Pęknięcia w badanej rolce pieca samotokowego powstały w wyniku dynamicznego oddziaływania łopatek dystansujących na przyspawany pręt ze stali austenitycznej, co spowodowało rozwój pęknięć wzdłuż siatki wydzieleń węglików na granicach ziarn austenitu.

EN

The paper presents analysis of a centrifugally casted austenitic steel pipe and austenitic steel distance rod welded connection role in damage performance of roller-hearth heat treatment furnace. Microscopic examination of samples cut from the damaged roller showed presence of continuous grid of carbides at the prior austenitic grain boundaries in weld heat affected zone. Dynamic interaction between distance blades and welded austenitic steel rod resulted in crack nucleation and propagation along continuous grid of carbides at the prior austenitic grain boundaries and consequently in roller damage.

16

The microstructure and properties of the bainitic cast steel for scissors crossovers

Pacyna J., Bała P., Dobosz S., Kokosza A., Kąc S.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 39, nr 1

19-26

EN

Purpose: The main purpose of the hereby study was the description of microstructure and properties of the new low-carbon Mn-Cr-Mo-V-Ni bainitic cast steel developed in the AGH Laboratory of Phase Transformations for cast mono-blocks of scissors crossovers. Investigations comprise material in as-cast state and after various variants of normalization as well as normalization and high tempering. Design/methodology/approach: Analyses of microstructure, strength properties, impact toughness and crack resistance (KIc) were performed both for material in the as-cast state and after heat treatments. The influence of the initial microstructure on the investigated cast steel hardness – after the normalizing and after the normalizing and tempering – was determined. Findings: Changes in the microstructure of the cast bainitic scissors crossovers were determined and their properties described. Research limitations/implications: The investigations were performed in order to estimate a possibility of applying bainitic cast steels for production of scissors crossovers in the form of monolithic blocks. Practical implications: Application of bainitic cast steels for scissors crossovers in the form of monolithic blocks. Originality/value: Designing of the chemical composition of the bainitic cast steel (Mn-Cr-Mo-V-Ni) and its heat treatment.

17

Structure and properties of Al-Cu-Fe thin films deposited by PLD technique

Kąc S., Kąc M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

382-385

EN

In this paper the results of the investigations of Al-Cu-Fe thin films obtained by PLD technique are presented. The films were deposited using different parameters of process (e.g. substrate temperature, laser fluence). The morphology and chemical composition of obtained surface layers was examined. In the frames of the investigations the thickness measurements, the nanohardness and adhesion tests of the Al-Cu-Fe layers was performed.

PL

W publikacji przedstawiono wyniki badań cienkich warstw Al-Cu-Fe wytwarzanych techniką PLD. Cienkie warstwy były osadzane z zastosowaniem rożnych parametrów procesu (np. temperatura podłoża, gęstość energii wiązki lasera). Badano morfologię oraz skład chemiczny otrzymanych cienkich warstw. W ramach badań wykonano pomiary grubości, nanotwardości oraz testy adhezji do podłoża cienkich warstw Al-Cu-Fe.

18

Microstructure and properties of laser remelted iron base amorphous coatings

Kusiński J., Kąc S., Kusiński G.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

316-319

EN

The goal of this research was to increase the wear resistance of elements made of high strength 9% Cr steel by post-spray laser melting of HVOF- sprayed Fe57Cr8Mo12W3C9B11 amorphous alloy coatings. The coatings were laser remelted with certain portion of matrix in order to receive amorphous microstructure of the surface layer, free of porosity and well metalurgically bonded with the matrix. By changing the laser melting process parameters it was possible to control the chemical composition, microstructure and properties of remelted samples. Microstructure of as deposited coatings and laser remelted surface layer was investigated by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM). Investigation showed that using proper laser treatment conditions of coating remelting, it is possible to get amorphous or nanocrystalline surface layer, with high hardness and wear resistance, however with presence of cracks.

PL

Celem prezentowanych w pracy badań było zwiększenie odporności na ścieranie stali P91 przez natryskanie na powierzchnię techniką HVOF amorficznej powłoki Fe57Cr8Mo12W3C9B11 oraz jej laserowe przetopienie. Przez zmianę parametrów procesu laserowego przetapiania kontrolowano stopień wymieszania materiału powłoki oraz podłoża, a tym samym wpływano na skład chemiczny i strukturę nowo tworzonej warstwy wierzchniej oraz jej właściwości. W badaniach mikrostruktury wykorzystano obserwacje za pomocą mikroskopii świetlnej, elektronowej skaningowej (SEM) i transmisyjnej (TEM). Prowadzono również badania za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego (XRD), pomiary mikro- i nanotwardości oraz odporności na ścieranie. Badania wykazały, że przez właściwy dobór parametrów laserowego przetapiania możliwe jest otrzymanie warstwy o strukturze amorficznej lub nanokrystalicznej o wysokiej twardości i odporności na ścieranie, jednak z obecnością mikropęknięć.

19

Charakterystyka mikrostruktury kwazikrystalicznej fazy ikosaedrycznej w stopie Al65 Cu 23 Fe 12

Moskalewicz T., Dubiel B., Radziszewska A., Kąc S., Czyrska-Filemonowicz A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 6

1385-1392

PL

W pracy wykonano charakterystykę mikrostruktury stopu Al65Cu23Fe12 po przetapianiu oraz po wyżarzaniu w temperaturze 800°C przez 2 godziny, ze szczególnym uwzględnieniem mikrostruktury ikosaedrycznej fazy kwazikrystalicznej w. Szczegółowe badania mikrostruktury i składu chemicznego stopu, przeprowadzone za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej oraz skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej umożliwiły identyfikację faz występujących w stopie. Stwierdzono, że stop w stanie dostawy zbudowany jest z kilku faz: ikosaedrycznej fazy kwazikrystalicznej w-Al65Cu20Fe15 oraz faz krystalicznych T-AlCu(Fe) lub/i B-AlFe(Cu), AlCu, Y-Al4Cu9 i N1-Al35,472Cu47,792. Możliwe jest także występowanie fazy OAl2Cu i Al5,4Fe2. Wyżarzanie stopu spowodowało zmianę kształtu ziaren z iglastych na równoosiowe oraz rozpuszczenie się niektórych faz. W strukturze wyżarzonego stopu występowała głownie kwazikrystaliczna faza ikosaedryczna w. Na granicach ziaren fazy w obserwowano krystaliczną fazę TAlCu(Fe) oraz fazę AlCu. Sporadycznie stwierdzono również występowanie pojedynczych ziaren fazy O-Al2Cu. Wyznaczono stałą sieci kwazikrystalicznej dla fazy ikosaedrycznej aR = 0,46 nm. Wykonano pomiary nanotwardości i modułu Younga fazy kwazikrystalicznej. Nanotwardość fazy w wyniosła 6,6=0,4 GPa, zaś moduł Younga 143,7=11 GPa.

EN

Microstructure and chemical composition of baseline and annealed Al65Cu23Fe12 alloy, were characterized by means of X-ray diffractometry as well as scanning and transmission electron microscopy. The following phases were found in the baseline alloy: icosahedral quasicrystalline w-Al65Cu20Fe15 phase and crystalline t-AlCu(Fe) or/and B-AlFe(Cu), y-Al4Cu9 and n1-Al35.472Cu47.792 phases (Fig. 2÷4). The presence of the O-Al2Cu and Al5.4Fe2 phase might be also possible. After annealing, the morphology of grains changed from needle-like to equiaxed and some phases were dissolved (Fig. 5). The microstructure of alloy annealed at 800°C for 2 hours consisted mainly of quasicrystalline icosahedral w phase (Fig. 6÷8). Crystalline t-AlCu(Fe) and AlCu phases were observed on the grain boundaries of the w phase. Sporadically, separate grains of O-Al2Cu were also found (Fig. 7). Quasilattice constant of the quasicrystalline icosahedral ? phase was calculated as aR = 0.46 nm. The nanohardness and Youngs modulus of the quasicrystalline icosahedral w phase was measured as 6.6=0.4 GPa and 143.7=11 GPa, respectively.

20

Cienkie warstwy Ti(C,N,O) wytwarzane techniką PLD

Kąc S.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2010

|

Vol. 77, nr 4

171-175

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań biozgodnych cienkich warstw Ti(C,N,O) wytwarzanych techniką PLD (Pulsed Laser Deposition) na podłożu polimerowym (poliuretan). Badano morfologię powierzchni wytworzonych warstw, ich strukturę oraz skład chemiczny i fazowy. Badano chropowatość powierzchni oraz grubość nałożonych powłok. Mierzono również współczynnik tarcia otrzymanych cienkich warstw oraz adhezję do podłoża. W skład osadzonych cienkich warstw wchodzi głównie TiO2, TiC, jak również TiO0.34N0.66. Wytworzone cienkie warstwy posiadają grubość od 5 do ok. 15 nm. Wielkość krystalitów wynosi od 3 nm do 7 nm, natomiast chropowatość ok. 1,5 nm. Współczynnik tarcia cienkich warstw Ti(C,N,O) jest mniejszy niż dla poliuretanu i wynosi ok. 0,1.

EN

The paper deals with the characterization of Ti(C,N,O) biocompatible thin films on polymer substrate (polyurethane). The layers weredeposited using Pulsed Laser Deposition (PLD) technique. The surface morphology, structure, chemical and phase composition were analyzed. The roughness of the surface, thickness of the thin films and friction coefficient were measured also. The phase composition of thin films generally consist of TiO2, TiC, and TiO0.34N0.66 phases. The thickness of deposited films can be varied between 5 and 15 nm. The crystallite size is estimated from 3 nm to 7 nm, and the roughness is about 1.5 nm. The friction coefficient for Ti(C,N,O) thin films is lower than for polyurethane and averages about 0.1.