Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Doświadczenia eksploatacyjne i rozwój technologii aktywnych chemicznie powłok hybrydowych zabezpieczających przed korozją w warunkach współspalania biomasy

Brzdękiewicz A., Chaberka M., Danielewski M., Gajerski R., Przerada I.

Energetyka

|

2014

|

nr 2

96--102

PL

W latach 2001-2012 opracowano technologię wytwarzania oraz nakładania na narażone na korozję powierzchnie komór spalania w kotłach energetycznych żaroodpornych powłok HybridMDx, HybridDGL i HybridBio. Są to kilkuwarstwowe, ceramiczno-metaliczne powłoki hybrydowe, nanoszone metodą malowania natryskowego i utwardzane termicznie. Zabezpieczają powierzchnię ekranów przed niskotlenową korozją płomieniową i/lub korozją w warunkach spalania biomasy oraz ograniczają powstawanie osadów na ekranach kotła. Wykonawcami eksperymentalnych i komercyjnych zastosowań tych powłok w elektrowniach i elektrociepłowniach w latach 2001-2013 były: Akademia Górniczo-Hutnicza, Remak-Rozruch Opole S.A. oraz Enter-Eko Sp.z.o.o. Prowadzone prace obejmowały zarówno aplikacje warsztatowe, jak i serwisowe. Wyniki badań laboratoryjnych i doświadczenia eksploatacyjne, wynikające z okresowego monitoringu zabezpieczonych powłokami hybrydowymi instalacji przemysłowych, pozwalają na ocenę mechanizmu ochrony przed korozją oraz zaproponowanie nowych rozwiązań prowadzących do zwiększenia atrakcyjności aktualnej oferty w zakresie technologii powłok z grupy Hybrid.

EN

During the period of 2001-2012 the technology of production and application of heat resistant coatings HybridMDx, HybridDGL and HybridBio on corrosion-endangered surfaces of coal fired boiler walls was developed. These are multilayer, metal-ceramic hybrid coatings applied by air spray method and then submitted to thermal treatment. The coatings protect water-wall tubes against low-oxygen flame corrosion and/or corrosion in biomass co-fired boilers and reduce the furring up. Akademia Górniczo-Hutnicza, Remak-Rozruch Opole SA and Enter-Eko Sp. z o.o. were the suppliers of these coatings for experimental and commercial applications in the years 2001-2013 and the carried out works comprised workshop and service applications. The results of laboratory tests and operational experience resulting from periodical monitoring of industrial installations protected by hybrid coatings allow the evaluation of the corrosion protection mechanism and suggest new solutions leading to improvement of the actual Hybrid coatings offer attractiveness.

2

Uogólnienie metody Boltzmanna-Matano

Skibiński W., Wierzba B., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

864--867

PL

Metoda Boltzmanna-Matano pozwala na wyznaczenie współczynników dyfuzji wzajemnej (interdiffusion) za pomocą eksperymentalnie wyznaczonego profilu stężeń składników w parze dyfuzyjnej. Kluczowe w metodzie B-M jest wyznaczenie płaszczyzny Matano, a więc płaszczyzny początkowego połączenia pary dyfuzyjnej, względem której całki stężenia po obu stronach płaszczyzny są sobie równe przez cały czas trwania dyfuzji. Następnie w odniesieniu do tej płaszczyzny wylicza się współczynnik dyfuzji wzajemnej w funkcji składu chemicznego. Całkowicie nowym podejściem jest uwzględnienie w metodzie położenia płaszczyzny Kirkendalla, a więc płaszczyzny, która przed procesem dyfuzji pokrywa się z płaszczyzną Matano, a po procesie jest wyznaczona przez położenie obojętnych markerów. Pozwala to na jednoznaczne wyznaczenie współczynników dyfuzji chemicznej składników tworzących parę dyfuzyjną, a więc wielkości fizykochemicznych, których używa się do modelowania procesu dyfuzji. Celem pracy było uogólnienie metody Boltzmanna-Matano i wyznaczenie współczynników dyfuzji chemicznej (intrinsic diffusion) pierwiastków w parach dyfuzyjnych za pomocą eksperymentalnie wyznaczonej płaszczyzny Kirkendalla oraz profilu stężeń składników w parze dyfuzyjnej. Proponowana metoda została użyta do wyznaczenia współczynników dyfuzji chemicznej pierwiastków w układzie dwuskładnikowym Ni-Pd. Za pomocą oszacowanych współczynników dyfuzji chemicznej oraz modelu dwu-prędkości wykonano obliczenia profilu stężeń pary dyfuzyjnej wyżarzonej przez 100 i 200 h w temperaturze 1273,15 K. Wyniki eksperymentalne i obliczeniowe porównano z otrzymanymi przez van Dala i wsp. Przedstawiona w tej pracy metoda okazała się skutecznym narzędziem do wyznaczania współczynników dyfuzji chemicznej w układach dwuskładnikowych tworzących roztwór stały.

EN

The Boltzmann-Matano (B-M) analysis is widely used for approximation concentration dependant interdiffusion coefficient in binary systems. B-M method starts with determination of Matano plane, i.e. initial contact interface in diffusion couple, relative to which integral of concentration on both sides is equal. In this paper for the first time Kirkendall plane position is taken into account for this analysis. Kirkendall plane is coherent with Matano plane at the beginning of the diffusion process (time = 0), and after the diffusion process is designated by inert markers. It moves parabolically in accordance to the Matano plane. The Generalized Boltzmann-Matano method allows to estimate intrinsic and interdiffusion coefficients in multicomponent system basing on experimental concentration profile and Kirkendall plane position. Intrinsic diffusion coefficients allow to compute the concentration profile in the diffusion couple. The proposed physico-chemical method is applied to estimate intrinsic and interdiffusion coefficients in Ni-Pd system. With the use of calculated intrinsic diffusivities and software based on bi-velocity method, concentration profile in Ni-Pd system in 1273.15 K after 100 and 200 h diffusion process was calculated. Results (both – experimental and calculus) are compared with one obtained by van Dal et al. Presented model has proved to be useful and practical tool for estimation intrinsic diffusion coefficients in two component systems, where solid solution occur.

3

Modelowanie procesu pulsacyjnego nawęglania stali

Zajusz M., Tkacz-Śmiech K., Dychtoń K., Wierzba B., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

916--920

PL

Nawęglanie gazowe jest jednym z najczęściej stosowanych procesów obróbki stali, w trakcie którego w warstwie wierzchniej podłoża powstaje utwardzona strefa wzbogacona w węgiel. Tworzenie warstwy zachodzi w wyniku procesów dyfuzyjnych i dlatego ich zrozumienie jest konieczne dla uzyskania pełnej kontroli nad przebiegiem procesu. Większość stosowanych obecnie modeli transportu masy w fazie stałej wykorzystuje jedynie najprostszą, jednowymiarową formę równań dyfuzji (II prawo Ficka) ze zmiennym współczynnikiem dyfuzji. W tej pracy przedstawiono model dyfuzji węgla w stali, uwzględniający dwie prędkości w materiale: prędkość dyfuzyjną zależną od gradientu potencjału dyfuzyjnego i niezależną od układu odniesienia oraz prędkość dryftu wspólną dla wszystkich składników. Proponowany model został zaimplementowany w programie komputerowym umożliwiającym obliczenia profilu węgla w elemencie poddanym obróbce. Możliwości programu wykorzystano w symulacji procesu pulsacyjnego nawęglania stali, prowadzonego przez powtarzające się cykle nawęglania (nasycania) i dyfuzji (wyżarzanie). Uzyskane wyniki potwierdzają, że program umożliwia dobór parametrów procesu, w którym ma być uzyskany określony profil węgla w warstwie wierzchniej materiału. Przeprowadzono szereg eksperymentów komputerowych, które pozwoliły sformułować wnioski o istotnym znaczeniu dla technologii nawęglania. W szczególności pokazano, że podobny profil węgla można uzyskać, prowadząc proces zarówno w powtarzających się krótkich cyklach, jak i w jednym cyklu nawęglania połączonym z wyżarzaniem. Jednocześnie całkowity czas procesu i czas wyżarzania, a także liczba cykli zależą od długości cyklu nawęglania. Liczba koniecznych cykli i całkowity czas procesu maleją z wydłużeniem cyklu nawęglania, ale sumaryczny czas nasycania rośnie.

EN

Gas carburizing is a widely used heat treatment process in which carbon is transferred into steel. The hardening reliability should involve an active control of mass transfer during the process and this is why understanding and modelling of diffusion in solids is so essential. The currently used models are often based on the simplest, one-dimensional form of the diffusion equation in which diffusivity depends on composition. The objective of this work has been to develop a model of carbon diffusion in multicomponent alloy subjected to pulse carburizing. The model is based on Darken method (bi-velocity method) in which the diffusion velocity depends on diffusion potential gradient and is independent of the choice of the reference frame while the drift velocity is common for all steel components and carbon. The model allows predicting the kinetics of carbon transfer at various time dependent treatment conditions. The present approach is applied to model the pulse carburizing carried out by repeating alternately a carburization stage, in which carburizing gas is supplied into a carburizing chamber, and a diffusion stage, in which the carburizing gas is exhausted (vacuum). The numerical calculations are made for varies carburization and diffusion periods and the results are used to predict the carburization progress. On the basis of the series of computer experiments the findings that are important to designing the carburizing technology have been formulated.

4

Ewolucja strefy dwufazowej podczas dyfuzji wzajemnej w stopach potrójnych

Tkacz-Śmiech K., Wierzba B., Nowotnik A., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

907--910

PL

W pracy zaproponowano metodę umożliwiającą symulację wzrostu dwufazowej warstwy podczas procesu dyfuzji wzajemnej w układzie potrójnym. Przedstawiony został model transportu masy w ciele stałym uwzględniający, zgodnie z metodą Darkena, dryft materiału i dyfuzję poszczególnych składników. Obecność faz współistniejących w obszarze dwufazowym opisano przez wprowadzenie parametru uporządkowania równego objętościowemu udziałowi wybranej fazy. Przedstawiona metoda pozwala obliczyć profile stężeń pierwiastków oraz wyznaczyć ścieżkę dyfuzji. Ponadto metoda umożliwia wyznaczenie przestrzennego rozkładu szybkości produkcji entropii. W pracy pokazano, że lokalne maksima szybkości produkcji entropii określają położenie i szerokość dwufazowej strefy tworzonej w dyfuzji. Wraz z wydłużeniem czasu procesu maksima te zmieniają położenie, co oznacza zmianę grubości warstwy dwufazowej. Jednocześnie wartości maksimów szybkości produkcji entropii maleją, co należy wiązać ze zmniejszeniem siły napędowej procesu. Zastosowanie modelu i przykładowe wyniki zostały przedstawione dla modelowego, potrójnego układu A-B-C, dla którego symulowano ewolucję strefy dyfuzyjnej. Przykładowe obliczenia wykonano również dla rzeczywistego układu Ni-Cr-Al, dla którego analizowano tworzenie strefy dwufazowej w procesie aluminiowania stopu MAR-M200 + Hf. Uzyskane wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi. Wyniki potwierdzają, że produkcja entropii i szybkość produkcji entropii, które są jednymi z podstawowych pojęć termodynamiki procesów nieodwracalnych i układów nierównowagowych, stanowią użyteczne narzędzie w opisie dyfuzji w procesach o kluczowym znaczeniu dla technologii materiałów, w których ma miejsce dyfuzja wzajemna składników.

EN

An objective of this paper is to predict the formation of two-phase zone during interdiffusion in a ternary diffusion couple. A respective model is formulated within bi-velocity method, including diffusion and drift fluxes. It allows calculating the evolution of the concentration profiles, diffusion path and phase volume fractions in the diffusion zone. Basing on the fundamental equations, the local entropy production during the diffusion process can be also calculated. It is shown that the maxims of the spatial distribution of the local entropy production rate correspond to the intersections between the diffusion path and the phase boundaries. Consequently, the location and thickness of the two-phase zone can be determined from the positions of these maxims. They move with time which agrees with the changes of the thickness of the two phase layer during processing. As the system reaches equilibrium, the maxims vanish. Such result confirms that entropy production and entropy production rate, which present a key concept of nonequilibrium thermodynamics, are useful tools in forseeing the evolution of the systems during interdiffusion in multicomponent multiphase systems. The potential application of the model to simulate the kinetics of the interdiffusion is illustrated for the arbitrary ternary diffusion couple. The calculations have been also made for a real Ni-Cr-Al system. The results are compared with experimental data from aluminization of MARM200 + Hf alloy.

5

Modelowanie i symulacje obróbki cieplno-chemicznej superstopów na bazie niklu

Tkacz-Śmiech K., Wierzba B., Nowotnik A., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

613--617

PL

Modyfikacja warstwy wierzchniej metali i stopów na drodze obróbki cieplno- chemicznej prowadzi do wytworzenia strefy dyfuzyjnej o złożonej morfologii. W pracach poświęconych temu zagadnieniu wprowadza się pojęcie noszona na diagram równowagi fazowej, która pozwala odtworzyć zmiany średniego składu chemicznego w przekroju strefy dyfuzyjnej, w kierunku równoległym do strumienia masy. Łączy punkty reprezentujące wyjściowe składy chemiczne badanej pary dyfuzyjnej i może przechodzić przez pola stabilności czystych faz oraz pola równowagi dwóch i trzech faz. W prezentowanej pracy przedstawiono spójny model dyfuzji wzajemnej w układzie trójskładnikowym, który pozwala wyznaczyć ścieżkę dyfuzji i przewidywać zmiany stężenia pierwiastków w przekroju pary dyfuzyjnej. Model bazuje na obliczeniach strumieni dyfuzji poszczególnych składników z zastosowaniem metody dwóch prędkości, postulującej istnienie lokalnej prędkości dryftu w materiale. W obliczeniach wykorzystano model pól fazowych, co pozwoliło uwzględnić transport masy przez wszystkie fazy, jakie mogą się tworzyć w układzie (również w obszarze dwufazowym). Proponowany model został zilustrowany na przykładzie dyfuzji w potrójnym układzie Ni-Cr-Al o szczególnym znaczeniu w badaniach nad otrzymywaniem, stabilnością i budową warstw aluminidkowych na superstopach niklu. Wyznaczono ścieżkę dyfuzji oraz profil zmian składu chemicznego w przekroju próbki (rys. 1), a uzyskane rezultaty porównano z danymi eksperymentalnymi. Wyniki potwierdzają, że w badanym układzie w procesie dyfuzji mogą się tworzyć obszary dwufazowe o złożonej morfologii.

EN

When a surface layer of metal or metallic alloy is subjected to thermochemical modification, then a diffusion zone of complex morphology can grow. In the papers dedicated to that problem, a concept of diffusion path is introduced. For ternary systems, it is a curve plotted on the isothermal section of the phase diagram, which allows predicting the element-distribution profiles in the direction parallel to mass transport. It connects the initial terminal compositions of the diffusion couple and can cross both single- and two- or three-phase fields. In this work, a consistent description of interdiffusion in the ternary system is presented. It allows predicting diffusion path and element-distribution profiles along x-axis parallel to the mass transport direction. In the proposed model, the mass fluxes of all elements are calculated with application of bivelocity method, predicting an existence of the local drift in the material. The mass transport through all phases which can grow in the system is considered. The current model has been applied to Ni-Cr-Al system of special interest in the studies on technology, stability and structure of aluminide layers on nickel superalloys. The diffusion path and element-distribution profiles have been calculated (Fig. 1). The results have been compared with experimental data. They confirm that the two-phase zone of complex morphology can really grow in the system under consideration.

6

Dziś i jutro modelowania i symulacji obróbki cieplno-chemicznej w inżynierii powierzchni

Skibiński W., Danielewski M., Sieniawski J., Wierzba B.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 3

71-75

PL

Problem jednoczesnego wzrostu i kolejności powstawania wielofazowej zgorzeliny po raz pierwszy został rozwiązany przez Gösele i Tu w 1982 roku. W niniejszej pracy został on rozwiązany w układzie odniesienia jakim jest sieć krystaliczna materiału. Takie ogólniejsze podejście pozwala na wyznaczenie prędkości reakcji na podstawie szybkości ruchu granic faz. Przesuwanie się granic faz jest wynikiem różnicy we współczynnikach dyfuzji oraz objętości molowych tworzących się faz. Pokazane zostało, że model opisujący dyfuzję reakcyjną jest zgodny z termodynamiką procesów nieodwracalnych i pozwala na modelowanie złożonych układów wielofazowych. Pokazano ilościowy oraz jakościowy opis tworzenia powłok metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej (CVD).

EN

The problem of simultaneous growth and competition of intermediate phases during reactive diffusion was analyzed by Gösele and Tu in 1982. We extend old problem and propose method based on lattice fixed frame of reference. It allows computing the material velocity in the reacting system in which reactions at several moving interfaces occur. All reactions lead to the lattice shift due to the difference of intrinsic diffusivities and different molar volumes. It is shown that the derived set of partial differential equations describing the reactive diffusion is thermodynamically consistent and can be used in advanced modeling. The quantitative description of the diffusion controlled Chemical Vapor Deposition (CVD) of the coating formation is shown.

7

Wpływ nanokrzemionki na własności ochronnych powłok kompozytowych stosowanych w podwyższonej temperaturze

Przerada I., Zawada A., Danielewski M., Gajerski R.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

680-682

PL

W pracy oceniono wpływ dodatku nanokrzemionki na własności hybrydowej powłoki kompozytowej HybridMDP, wykorzystywanej jako zabezpieczenie powierzchni stali przed korozją płomieniową w zakresie temperatury do 550°C. Zbadano oddziaływanie temperatury i czasu wygrzewania na ilość i jakość powstałych pod powierzchnią powłoki produktów korozji. Stwierdzono pozytywny wpływ dodatku nanoproszku SiO2 na własności wytrzymałościowe oraz odporność na korozję w podwyższonej temperaturze badanej powłoki malarskiej.

EN

The influence of nanosilica additive on the properties of the hybrid coating HybridMDP, used as surface protection against gas corrosion of steel at temperatures to 550°C was studied. The effects of temperature and oxidation time on the quantity and properties of the corrosion products were determined. A favorable effect of the addition of SiO2 nanopowder on mechanical properties and corrosion resistance at elevated temperature of the tested coatings was found.

8

Sedymentacja w ciałach stałych i cieczach

Skibiński W., Wierzba B., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 2

132-134

PL

Sedymentacja jest procesem, w którym transport cząstek w ciałach stałych, cieczach i gazach indukowany jest polem grawitacyjnym (siłą odśrodkową). Procesy sedymentacji znajdują zastosowania w technice dla rozdziału izotopów (w gazach) i wytwarzania materiałów gradientowych. Obecnie stosowane metody opisu sedymentacji w ciałach stałych bazują na termodynamice procesów nieodwracalnych (relacje Onagera). Słabością takiego opisu jest nieznajomość współczynników transportowych, które mogą być jedynie wyznaczone eksperymentalnie. W artykule zaprezentowano nowy model procesu sedymentacji w ciałach stałych i cieczach. Zastosowano metodę dwuprędkości (bi-velocity), opisującą proces wieloskładnikowej dyfuzji wzajemnej w polu sił zewnętrznych (grawitacji). Uwzględniono prawa zachowania masy, ciągłości objętości oraz równanie ruchu. Strumienie dyfuzyjne określa wyrażenie Nernsta-Plancka na strumień [1, 2]. W równaniach i wyrażeniach na strumień uwzględniano różne cząstkowe objętości molowe składników. Opracowany model umożliwia prognozowanie zmiany stężeń, prędkości dryftu oraz ciśnienia podczas procesu sedymentacji w jednofazowych układach wieloskładnikowych. Model matematyczny procesu dyfuzji wzajemnej pod wpływem sił grawitacji ma rozwiązanie numeryczne uzyskane metodą różniczkowo-różnicową. Rozwiązanie to zastosowano do modelowania i porównania z wynikami doświadczalnymi sedymentacji w układzie Bi-Sn tworzącym stopy substytucyjne oraz w arbitralnie dobranym układzie trójskładnikowym. Uzyskane wyniki potwierdzają, że przyjęty model i jego rozwiązanie numeryczne umożliwiają symulację procesów dyfuzji wzajemnej w polu grawitacyjnym (sedymentacji w roztworach wieloskładnikowych). Jest efektywnym narzędziem umożliwiającym uwzględnienie znanych właściwości termodynamicznych, mechanicznych oraz transportowych układu.

EN

The sedimentation process is wildly known as the transport of macroscopic solutes induced by gravitational or centrifugal field in a gas, liquid and solid solvent. Nowadays, the sedimentation is being applied in technique in order to separate isotopes (in gas mixtures) and produce gradient materials. In this work we present the existing models of sedimentation and propose the new method. The complete theoretical framework to derive consistent set of equations describing sedimentation in multi component system is shown, i.e. the interdiffusion induced by the gravity (centrifugal) field. The model combines the mass conservation law, the equation of motion and the volume continuity equation with the Nernst-Planck flux formulae. The method known as bi-velocity or Darken model is based on the postulate of the unique transport mechanism of the volume and of the mass. Using the model, it is possible to predict the evolution of concentration, drift velocity and pressure generated during the sedimentation in solids. The described mathematical model has a numerical solution. The concentration profile in equilibrium state is found by solving the nonlinear set of equations. An applications of this theory to Bi-Sb system (Fig. 1) is an evidence of sedimentation of substitutional atoms in condensed matter via interdiffusion mechanisms. Comparison of the simulation results with experimental data shows good agreement. An applications of this theory in a case of arbitrary ternary alloy (presented in Fig. 2) is an evidence of its correctness for modelling diffusion processes induced by the gravity (centrifugal) field in multicomponent system. Presented examples show the potential of the method, especially volume continuity equation in describing the transport processes, i.e. sedimentation process by the evolutionary method. The unique aspects of the method are: 1) the diffusion fluxes are defined in the lattice fixed (material) frame of reference, and 2) the different partial molar volumes of components are considered.

9

Utlenianie stopów Ni-Pt w wysokich temperaturach

Danielewski M., Grzesik Z., Mrowiec S.

Ochrona przed Korozją

|

2010

|

nr 11

547-550

PL

Zbadano kinetykę utleniania stopów Ni-Pt w funkcji ich składu (10-90% at. Ni) oraz prężności tlenu (25-105 Pa) i temperatury (1273-1473 K) ciągłą metodą grawimetryczną. Wykazano, że niezależnie od składu stopu proces utleniania przebiega zgodnie z prawem parabolicznym, a więc determinowany jest dyfuzją. W przypadku stopów bogatych w nikiel najwolniejszym procesem cząstkowym w reakcji powstawania zgorzeliny NiO jest odrdzeniowa dyfuzja jonów niklu w fazie tlenkowej. Natomiast szybkość narastania zgorzeliny tlenkowej na stopach bogatych w platynę determinowana jest dyfuzją w fazie metalicznej.

EN

Oxidation kinetics of Ni-Pt alloys have been studied as a function of alloy composition (10-90% at. Ni), as well as oxygen pressure (25-105 Pa) and temperature (1273-1473 K), using microthermogravimetric technique. It has been found that the oxidation rate of all of the alloys follows parabolic kinetics being thus diffusion controlled. The slowest step of the overall reaction rate of the alloys with higher nickel content is determined by the outward diffusion of nickel cations in the growing NiO scale. On the other hand, the growth rate of the NiO scale on the alloys with higher platinum concentration is governed by the solid state diffusion in the alloy.

10

Corrosion at nanoscale: interface barriers and phase competition

Danielewski M., Gusak A., Wierzba B.

Ochrona przed Korozją

|

2009

|

nr 11

434-442

EN

The problem of simultaneous growth and competition of intermediate phases during reactive diffusion was analyzed by Gösele and Tu in 1982. In this work we reformulate old problem and propose method based on volume fixed frame of reference. It allows computing the material velocity in the reacting system in which reactions at several moving interfaces occur. All reactions lead to the lattice shift due to the difference of intrinsic diffusivities and different molar volumes. The following peculiarities are taken into account: (1) the deviation from local equilibrium at both interfaces of each moving inter-phase zone (i.e., at each side of the moving phase-boundary); (2) different mobility of the components in the interphase zone; (3) nonzero steps of molar volumes for each component from phase to phase and (5) different physicochemical properties of the interphase zones. We show the scale effect on the kinetic of the corrosion, the non-parabolic reactions, the multiphase scale growth and present the potential applications of the method.

PL

W 1982 roku Gösele i Tu analizowali problem równoczesnego wzrostu i kolejności powstawania wielofazowej zgorzeliny podczas procesu dyfuzji. W niniejszej pracy problem ten został rozwinięty i po raz pierwszy prezentujemy rozwiązanie w układzie odniesienia jakim jest sieć krystaliczna materiału. Takie podejście pozwala na wyznaczenie prędkości materiału uwzględniając wiele poruszających się granic międzyfazowych. Przesuwanie się granic faz jest wynikiem różnicy we współczynnikach dyfuzji oraz objętości molowych tworzących się faz (tlenków). W modelu wzięto pod uwagę: (1) niestechiometrię faz (po każdej stronie granicy między fazowej); (2) różne współczynniki dyfuzji składników; (3) różne objętości molowe składników oraz (4) różne właściwości fizykochemiczne granic faz. W pracy pokazany został wpływ skali na kinetykę procesu korozji, nieparaboliczność, wzrost warstw wielofazowych oraz inne możliwości aplikacyjne modelu.

11

New possibility to extend Wagner method for oxidation process modelling

Danielewski M., Wierzba B., Kucharska B.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

830-834

EN

Diffusion processes during the selective oxidation of an alloy containing a noble metal and a oxidizable metal were theoretically analyzed by C. Wagner. He had shown the analytical method to calculate the oxidation rate (growth of the scale) as a function of initial concentration of the reacting metal. Wagner simplified the problem of alloy oxidation assuming the constant concentration at the alloy|oxide interface. In this work we extend the Wagner model by introducing i) the time dependence of the reacting metal concentration at the alloy|oxide interface and the instantaneous rate constant, ii) the composition dependent diffusivities of the alloy components and iii) the finite thickness of the oxidized alloy. We present the comparison of Wagner's results and our extended analysis in case in case of selective oxidation in Ni-Pt alloy.

PL

Procesy dyfuzyjne podczas selektywnego utleniania stopu zawierającego metal szlachetny i metal utleniający się były teoretycznie badane przez C. Wagnera. Przedstawił on analityczną metodę obliczania szybkości utleniania (wzrostu zgorzeliny) jako funkcję początkowego stężenia reaktywnego metalu. Metoda Wagnera zakłada stałą koncentrację metalu w granicy stop/tlenek. W niniejszej pracy zaproponowano rozwinięcie modelu Wagnera poprzez wprowadzenie i) zależnego od czasu stężenia reagującego metalu na granicy stop|tlenek i chwilowej stałej szybkości reakcji, ii) współczynników dyfuzji jako funkcji składu chemicznego składników oraz iii) skończonej grubości reagującego stopu. Zaprezentowano porównanie wyników uzyskanych z metody Wagnera i modelu opisanego w niniejszej pracy dla przypadku selektywnego utleniania stopu Ni-Pt.

12

Interdiffusion in r - Component ( r greater than or equal to 2 ) One Dimensional Mixture Showing Constant concentration

Danielewski M., Holly K., Krzyżański W.

Computer Methods in Materials Science

|

2008

|

Vol. 8, No. 1

31-46

EN

It is shown that multicomponent nonequilibrium system relaxing by a diffusion process exhibit unique behavior during evolution toward stationary state. The Darken's postulate that the total mass flow is a sum of diffusion flux and translation are applied for the general case of diffusional transport in r-component solution (process defined as interdiffusion in unidimensional mixture). The equations of local mass conservation (continuity equations), the Darken's flux formulas, the postulate of constant molar volume of the mixture (valid e.g. in solid solutions) and the initial and boundary conditions form a self-consistent interdiffusion problem. The variational form of the interdiffusion problem is derived. It has been proved that: i) there exists a weak solution of variational formulation of interdiffusion problem in open as well as in closed systems, ii) a weak solution of variational formulation of interdiffusion problem is the unique solution, iii) the standard deviation of molar ratio of mixture components in the closed system is monotonically decreasing to O when time t -> infinity (i.e. mixture becomes homogeneous) and iv) in closed system the gradients of density of every mixture component vanish at the mixture boundaries.

PL

Pokazano, iż procesy dyfuzji w wieloskładnikowej mieszaninie prowadzą zawsze do jednoznacznie określonego stanu stacjonarnego. Do opisu procesu zastosowano postulat Darkena stwierdzający, iż strumień masy w r-składnikowej mieszaninie składa się z strumieni konwekcji i dyfuzji (proces określany jako jednowymiarowe zagadnienie dyfuzji wzajemnej). Prawa zachowania masy dla wszystkich składników, strumienie wyrażone zgodnie z postulatem Darkena, postulat stałości całkowitego stężenia w mieszaninie (spełniony, np. dla stopów metali) oraz warunki początkowe i brzegowe tworzą wewnętrznie spójne sformułowanie problemu dyfuzji wzajemnej. Wyprowadzono wariacyjną postać problemu i udowodniono: 1) istnienie słabego rozwiązania w układach otwartych i zamkniętych, 2) jednoznaczność takiego rozwiązania, 3) homogenizację mieszaniny dla długich czasów t -> [nieskończoność] oraz 3) zerowanie gradientów stężeń składników na brzegach układów zamkniętych.

13

CADiff - the inter and reactive diffusion simulation tool

Wierzba B., Pietrzyk M., Danielewski M.

Computer Methods in Materials Science

|

2008

|

Vol. 8, No. 1

47-53

EN

The CADiff software is presented in the paper. The method based on the extended Darken and Wagner models, allows to simulate the inter and reactive diffusion processes. The diffusion fluxes are defined in the volume fixed reference frame. The Darken method is extended to include the non ideal alloys showing different partial molar volumes and boundary conditions taking into account both the diffusion and the surface reactions. The CADiff simulation tool allow to compute a wide range of interdiffusion processes starting from the Fick constitutive diffusion flux formula to the combined Darken-Onsager approach. They allow to model pure interdiffusion in multi-component systems as well as a wide class of the reaction-diffusion problems associated with solid state chemistry, corrosion, surface treatment etc.

PL

W artykule zaprezentowana została metoda (model) oraz oprogramowanie CADiff. Metoda ta opiera się na uogólnionej metodzie Darkena dla układów wieloskładnikowych oraz modelu Wagnera. Pozwala ona na symulowanie zjawisk dyfuzji wzajemnej i reakcyjnej. Strumienie dyfuzyjne zdefiniowane zostały w objętościowym układzie odniesienia. Metoda Darkena rozwinięta została do symulowania zjawiska dyfuzji w układach otwartych uwzględniając różne objętości molowe składników. Metoda oraz oprogramowanie CADiff umożliwia symulowanie zjawiska dyfuzji wzajemnej z wykorzystaniem wielu matematycznych opisów, między innymi: prawa Ficka, metoda Onsagera, połączone metody Onsagera i Darkena oraz uogólnionej metody Darkena. Umożliwia ona na symulowanie zarówno samego zjawiska dyfuzji wzajemnej (w układach zamkniętych) jak również zjawisk dyfuzji wzajemnej połączonych z reakcjami na granic.

14

Charakterystyka powłok na osnowie stali AlSi 310S osadzonych metodą rozpylania magnetronowego na podłożu ze stali AlSi 304

Kucharska B., Wendler B., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

463-466

PL

W pracy przedstawiono sposób, warunki osadzania oraz podstawowe charakterystyki powłok na osnowie stali AISI 310S wytworzonych metodą rozpylania magnetronowego na podłożach ze stali AISI 304. Powłoki te modyfikowano Al (w zakresie stężeń 3.5 - 5.3 %at.) bądź Ir (w zakresie 0.2 - 1 %at). Osadzone powłoki miały grubość w granicach 7,0 - 8.5 um i charakteryzowały sie strukturą słupową. Metodami mikroskopii optycznej i skaningową oraz rentgenowskiej analizy strukturalnej wykazano, że mikrostruktury krystaliczne podłoża i powłoki znacznie różnią sie od siebie. Chropowatość powierzchni powłok określona przy pomocy parametru Ra zawierała sie w przedziale od 0.03 um do 0.6 um. Rozkład stężenia składników powłok na ich powierzchni i na przekroju poprzecznym przeprowadzony metodą EDS był jednorodny. Odporność stali AISI 304 z osadzonymi powłokami na korozje w atmosferze chlorkowej jest wielokrotnie wyższa niż litej stali AISI 310S, z której zostały wytworzone przez rozpylanie.

EN

Deposition method, process parameters as well as several characteristics of coatings based on AISI 310S steel deposited onto AISI 304 steel substrates are given in the paper. The coatings have been microalloyed with use of Al or Ir elements in the range 3.5 - 5.3 at.% or 0.2 - 1.0 at.%, respectively. The coatings have had a fibrous texture, a column structure and the thickness in the range 7.0 um - 8.5 um. It has been proved with use of optical and scanning electron microscopy as well as with use of X-ray diffractometry, that the crystalline structure of the coatings based on AISI 31 0S steel (with eventual microalloying elements of Al or Ir is different to a great extent from that of the primary AISI 310S steel. Roughness parameter Ra of the coatings was in the range 0.03 um - 0.6 um and the distribution of the elements on the coating’s surface and on the coating’s cross-section was uniform. The resistance of the coatings to pitting corrosion due to chlorions in the salt mist atmosphere is much greater than that of the primary AISI 310S steel.

15

Utlenianie stali kotłowych chronionych powłokami hybrydowymi

Danielewski M., Gajerski R., Tyliszczak E.

Ochrona przed Korozją

|

2005

|

nr 9

298-301

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań odporności na korozję stali kotłowej 16M zabezpieczonej powłoką HybridMD w atmosferze powietrza w podwyższonych temperaturach. HybridMD jest dwu lub wielowarstwową powłoką ochronną dla ekranów kotłów energetycznych oraz innych zastosowań. Powłoka ta, w wersji dwuwarstwowej, składa się z warstwy wewnętrznej, zawierającej spoiwa nieorganiczne oraz pigment glinowy (grubość warstwy 30-80 ěm). Natomiast warstwa zewnętrzna stanowi dyspersje sferycznych i/lub płatkowych pigmentów glinowych, krzemowych lub kompozycji aluminiowo-krzemowych ze spoiwem w postaci mieszaniny żywic organicznych (grubość 25-60 ěm).

EN

The results of research conducted to determine the corrosion resistance of 16M boiler steel coated with HybridMD in atmospheric conditions under elevated temperatures have been presented. HybridMD is a double or multi-layer protective coating for electrical boiler screens which is also used for other purposes. The two-layer coating is composed of an external layer containing inorganic binders and an aluminum pigment (layer thickness 30-80 ěm). The external layer, on the other hand, constitutes a dispersion of spherical and/or flake aluminum, silicon or combined aluminum-silicon pigments with the binder, which consist of organic resin mixture (thickness 25-60 ěm).

16

Modyfikacja powierzchni spieku ceramicznego Alfa-Al203 w procesie dyfuzji i poprzez implantację jonową

Szutkowska M., Danielewski M., Raichel B., Proniewicz L., Kasina J.

Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

Vol. 26, nr 5

338-341

PL

Zbadano wpływ wysokotemperaturowego wyżarzania dyfuzyjnego płytek skrawających ze spieku ceramicznego Alfa-Al203 w proszku Zr02, oraz wpływ implantacji jonowej Zr na ich wlaściwości mechaniczne. Wyżarzanie dyfuzyjne prowadzono z zastosowaniem Zr02 niestabilizowanego i stabilizowanego Y203 przy zmiennym czasie wyżarzania. W wyniku procesu dyfuzji zostala utworzona warstwa wierzchnia wzbogacona w Zr02 o grubości 150-200 µm. Określono skład chemiczny i fazowy otrzymanej warstwy wierzchniej. Dla płytek poddanych wyżarzaniu dyfuzyjnemu w proszku Zr02 z zastosowaniem dłuższego czasu wytrzymania zaobserwowano wzrost odporności na pękanie, wytrzymałości na zginanie i obniżenie współczynnika tarcia. W procesie implantacji jonami cyrkonu otrzymano warstwę wierzchnią wzbogaconą w Zr o grubości znacznie mniejszej (okolo 1,5 µm) w porównaniu z procesem dyfuzyjnym. Grubość oraz skład chemiczny warstwy wierzchniej uzyskanej techniką IBSD oraz IBAD analizowano za pomocą widma RBS. Przeprowadzono również ocenę trwałości badanych płytek podczas próby skrawania.

EN

The diffusional modification of the surface layer of the sintered alumina ceramic inserts is presented. The alumina inserts are subjected to the diffusional annealing in a zirconia powder at high temperature. The reactive diffusion of Zr into the polycrystalline alumina at temperatures considerably lower than sintering temperature results in formation of the layer enriched in zirconia of thickness 150-200 µm. The chemical and phase composition of thermally modified inserts were studied. The surface modification results in the improvement of microhardness, tribological properties, indentation facture toughness and transverse rupture strength of tested material. The Zr implan tation into the alumina inserts produces in the two order of magnitude thinner layer enriched in Zr (˜1.5 µm). Thickness and chemical composition of the IBSD and IBAD surface layer was analysed by means of the RBS spectra. The tool life of the sintered alumina inserts after diffusion process in comparision to the trade sintered alumina inserts was tested.

17

Kryształ Plancka-Kleinerta; defekty, fale, siły i cząstki w krysztale regularnym

Danielewski M., Wierzba B.

Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

Vol. 26, nr 5

222-226

PL

Kryształ Plancka-Kleinerta (World Crystal), jest hipotezą zakładająca, że istnieje kryształ 0 stałej sieciowej rzędu długości Plancka oraz, iż wszelkie znane oddziaływania są wynikiem zaburzeń jego sieci krystalicznej. Postęp w badaniach procesów transportu w układach wieloskładnikowych powoduje, iż można postulować dalsze uogólnienie hipotezy. Przedstawione w pracy wyniki potwierdzają słuszność koncepcji kryształu Plancka-Kleinerta i pozwalają na fenomenologiczną, zgodną z intuicją interpretacji zjawisk uznanych i stosowanych dotąd jedynie jako postulat. W obszarze inżynierii materiałowej, a więc badaniach materiałów w naszej skali czasu i przestrzeni, prezentowane wyniki pozwalają na ogólniejsze spojrzenie na procesy zachodzące w powłokach i materiałach wieloskładnikowych, pozwalają na poszukiwanie nowych efektów, narzędzi obliczeniowych i metod badawczych.

EN

The Planck-Kleinert Crystal hypothesis assumes that we live in a World Crystal with a lattice constant of the order of the Planck length. The matter is attributed to the correlated movement of the crystal elements and the electromagnetic waves to the transverse wave in such quasi-continuum. 'The gravity is linked to the Frenkel type defects. The diffusing interstitial defects create the gravitational interaction between matter. The key postulate is the cubic symmetry of the crystal, which implies precise form of the stress tensor and allows treating the crystal as an isotropic solid at the continuum limit. The collective behavior of the Planck particles (crystal elements) is, equivalent to the matter and enables deriving the Schrodinger equation, Model allows for illustration of possible Planck scale physics that is completely different from what nowadays string models suggest. The results firmly support the reality of the Planck-Kleinert Crystal and allow for intuitive interpretation' of complex phenomena. Last but not least, the presented concepts can be used for description of numerous phenomena in materials science.

18

Powłoki hybrydowe zabezpieczające przed korozją płomieniową

Danielewski M., Gajerski R., Gil A., Jankowski A., Lalak I., Małecki A., Żurek Z., Homa M.

Czasopismo Techniczne. Chemia

|

2004

|

R. 101, z. 1-Ch

41-52

PL

Korozja płomieniowa występuje m.in. w węglowych kotłach grzewczych, których powierzchnia metalu jest narażona na działanie atmosfery utleniającej i stało-ciekłych osadów. Ochrona przed tą formą korozji polega na ograniczeniu Dostępu atmosfery korozyjnej do powierzchni metalu i ochrony przed erozją poprzez stosowanie powłok ochronnych. Hybrydowa powłoka ochronna HybridMD to dwu- lub wielowarstwowa powłoka powodująca wydłużenie czasu pracy ścian kotłów lub innych urządzeń narażonych na działanie korozji płomieniowej. Powłoka HybridMD składa się z warstwy podstawowej (grubość warstwy 30-80 μm), która jest zbudowana ze spoiwa nieorganicznego oraz specjalnego pigmentu glinowego. Drugą warstwę stanowią dyspersje sferycznych i/lub płatkowych pigmentów aluminium, krzemu lub kompozycji aluminiowo-krzemowych (grubość warstwy 25-60 μm) w spoiwie żywic organicznych. HybridMD może być nakładana na oczyszczone metodą strumieniowo-ścierną podłoże przy użyciu standardowych procesów malarskich. W artykule tym przedstawiono wyniki powłok HybridMD przeprowadzonych w testach laboratoryjnych oraz długotrwałych testach przemysłowych. Powłoki zostały nałożone na powierzchnię stali kotłowej stosowanej w węglowych kotłach grzewczych.

EN

Hot corrosion is a process of attack of the metal surface by oxidizing atmosphere and solid/liquid deposids, e.g., in coal fired boilers. Protection against hot corrosion is an important issue in coal fired boilers. It limits corrosive atmosphere access to metal surface and protects against erosion. HybridMD is a bi- or multilayer protective coating developed to extenol the life-time of boiler walls or other equipment exposed to hot corrosion. The base layer (30-80 μm trick) consists of non-organic bonding agents and specially processed aluminia filler. The top layer(s) contain spherical and/or flake like Al, Si and/or Al-Si fillers (25-60μm). the bonding is a mixture of organic resins. HybridMD can be applied over shot/sand blasted substrate using standard painting processes. Thermal curing after application is required. The results after long term test in coal fired boiler and labolatory investigation are presented.

19

Diffusion in multicomponent systems

Danielewski M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2004

|

Vol. 49, iss. 2

189-200

EN

The key concepts (constitutive equations) for the mass flux and models of the diffusion in multicomponent systems are presented. The Darken concept of separation of diffusion and drift flows, i.e. the postulate that the total mass flow is a sum of diffusion flux and translation is presented as the most promising model of mass transport. This is applied for the general case of diffusional transport in r-component solid solution. The equations of mass conservation, the appropriate expressions describing the fluxes (drift flux and diffusional flux) and momentum conservation equation allow a complete quantitative description of diffusional transport process. The equations describing the interdiffusion (mixing) in the general case where the components diffusivities vary with composition are presented. If certain assumptions and a quantitative condition are fulfilled, then there exists the unique solution of the Darken interdiffusion problem. A condition for the "up-hill diffusion" in the three component mixture is given and a universal example of such effect is demonstrated. The phenomenology allows the quantitative data on the dynamics of the processes to be obtained within an interdiffusion zone.

PL

Przedstawiono podstawowe równania konstruktywne wyrazające strumień masy w osrodku ciagłym oraz metody dyfuzji w wieloskładnikowych roztworach stałych. jako najbardziej zaawansowaną i efejtywną dla opisu dyfuzji w wieloskładnikowych roztworach stałych przedstawiono metodę Darkena. Metoda ta jest oparta na postulacie, iż strumień masy w każdym ośrodku ciągłym, w szczególności w ciele stałym, można jednoznacznie rozdzielić na część dyfuzyjną i konwekcyjną (dryft). Omówiono zastosowanie metody Darkena dla stopów wieloskładnikowych. W takich układach dla jednoznacznego opisu procesu dyfuzji wystarczające są: równania zachowania masy dla każdego ze składników, równanie stanu oraz właściwe równanie na strumień dyfuzji. Omówiono podstawowe zależności opisujące transport w ogólnym przypadku ośrodka, w którym ruchliwości składników są funkcją jego składu. Taki ois procesu posiada jednoznaczne rozwiązanie. Omówiono teorie i przykłady tworzenia struktur dyfuzyjnych w układach trójskładnikowych. omówiona metoda pozwala na opis dynamiki procesów transportu masy dla szerokiej gamy problemów fizyko-chemicznych.

20

Powłoki hybrydowe dziś i jutro

Danielewski M., Gil A., Wendler B., Żurek Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 6

439-441

PL

Powłoki hybrydowe charakteryzują się tym, że poszczególne ich składowe pełnią wyspecjalizowane, wzajemnie uzupełniające się funkcje. Rozwój współczesnych powłok hybrydowych ukierunkowany jest na tworzenie struktur o skali nanometrycznej i jest on w dużej mierze uzależniony od postępu technologicznego w zakresie wytwarzania układów wielowarstwowych. Omówione przykłady obrazują ewolucję w zakresie zmian strukturalnych w powłokach hybrydowych i wskazują na nieuchronność przejścia do następnego etapu, jakim jest tworzenie układów powłokowych w skali atomowej - "nanoscale engineering in coorosion".

EN

The each sub-layer of the hybrid coatings fulfils special and complementary function. The development of the modern hybrid coatings is focused on the production of the structures in nanometric scale. They further progress remarkably depends on the technology of the production of the multi-layered systems. The presented results describe the evolution of such hybrid coating systems. They indicate the inevitable transition to the next generation of the protective coatings systems based on the nanoscale engineering.