Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tungsten doped TiB2 coatings obtained by magnetron sputtering

Smolik J., Mazurkiewicz A., Garbacz H., Kopia A.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2018

|

no. 4

27--32

EN

The aim of the work was to investigate the possibilities of shaping the properties of TiB2 coatings by doping with tungsten, which create hard boron phases (e.g., WB2 , WB4 , and W2 B5). The coatings were produced by a DC magnetron sputtering processes using two circular magnetrons (M1, M2) equipped respectively with M1 - target TiB2 , and M2 - target W. Ti-W-B coatings with different tungsten contents (3%, 6%, 10%) were prepared for which the reference coating was the TiB2 coating. The work studied chemical composition (WDS), mechanical properties (Nano Hardness Tester), and the microstructure of coatings (SEM). It has been shown that doping TiB2 coating with tungsten significantly changes their microstructure and brittle fracture mechanism. According to the authors, the Ti-W-B coatings which were obtained show promising results regarding the prognosis of increasing their resistance to abrasion, erosion, and brittle cracking, if they are paired with the appropriate substrate material.

PL

Celem pracy było zbadanie możliwości kształtowania właściwości powłok TiB2 poprzez domieszkowanie wolframem, który tworzy twarde fazy z borem (np. WB2 , WB4, W2 B5). Powłoki wytwarzano w procesie stałoprądowego rozpylania magnetronowego z wykorzystaniem dwóch magnetronów kołowych wyposażonych odpowiednio: M1 - target TiB, M2 - target W. Wytworzono powłoki Ti-W-B o różnej zawartości wolframu (3%, 6%, 10%), dla których powłoką referencyjną była powłoka TiB2 . W pracy badano skład chemiczny (WDS), właściwości mechaniczne (Nano Hardness Tester) oraz budowę wewnętrzną powłok (SEM). Wykazano, że domieszkowanie powłok TiB2 wolframem istotnie zmienia ich mikrostrukturę oraz mechanizm kruchego pękania. W ocenie autorów wytworzone powłoki Ti-W-B wykazują obiecujące wyniki dotyczące prognozowania wzrostu ich odporności na zużycie ścierne, erozyjne oraz kruche pękanie, jeśli będą sparowane z odpowiednim materiałem podłoża.

2

Nanostructure effect on the electrochemical response of titanium

Sotniczuk A., Zwolińska M., Sozańska M., Królikowski A., Garbacz H.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 6

311--316

EN

The purpose of this work was to investigate the influence of nanostructure on titanium corrosion resistance in physiological saline (0.9% NaCl). In order to obtain the nanostructure the titanium rod was processed through multiple hydrostatic extrusion (HE). Corrosion tests included electrochemical impedance (EIS) and potentiodynamic (PD) measurements. EIS tests were performed after 2 and 24 hours of immersion in 0.9% NaCl. Potentiodynamic measurements were carried out immediately after the last impedance test. Profilometric examination was used to check whether the samples were equally prepared for corrosion measurements. After corrosion tests a scanning electron microscope (SEM) was used to characterize the morphology of the surface. Corrosion tests revealed the positive influence of nanostructure on titanium corrosion resistance. Moreover, the differences observed were larger in the case of a shorter time of immersion in physiological saline. Hence, it might be surmised that the rate of the passivation process depends on titanium grain size. The microscopic characterization of the surfaces of samples after the corrosion test indicated differences in the surface morphology. The passive film formed on the nanocrystalline sample was more compact and homogenous than on the microcrystalline one. The different number of structural defects in micro- and nanocrystalline titanium might be the reason for the observed phenomena. Due to their higher energy, structural defects could be preferential sites for the nucleation of passive layers. Consequently, the rate of passivation should be higher for nanocrystalline materials. Furthermore, the high volume fraction of structural defects also explained the existence of more tight and uniform passive layer on the nanocrystalline titanium. Good corrosion resistance in physiological saline means that nanotitanium could be an attractive material for biomedical applications.

PL

Celem pracy była analiza wpływu nanostruktury na odporność korozyjną tytanu w roztworze soli fizjologicznej (0,9% NaCl). Zakres pracy obejmował badania korozyjne materiału mikrokrystalicznego i w stanie nanokrystalicznym. Nanokrystaliczny tytan uzyskano metodą wyciskania hydrostatycznego. Przedstawiono również opis budowy warstw pasywnych po przeprowadzonych próbach korozyjnych.

3

Bezpośrednia laserowa litografia interferencyjna w periodycznej obróbce biomateriałów

Czyż K., Strzelec M., Marczak J., Rycyk A., Sarzyński A., Major R., Patron Z., Jach K., Świerczyński R., Warchulak P., Garbacz H.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2016

|

Vol. 65, nr 4

31--53

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nowoczesnej technologii mikroobróbki laserowej biomateriałów opartej na wykorzystaniu interferencji impulsowych wiązek laserowych o dużej energii. Przeanalizowano wpływ polaryzacji promieniowania na formę wzorów w obrazie interferencyjnym. Eksperymentalnie wyznaczono wartości progów ablacji laserowej dla tytanu i warstw diamentopodobnych. W serii eksperymentów potwierdzono szczególne zalety metody bezpośredniej interferencyjnej litografii laserowej w periodycznej modyfikacji powierzchni dla uzyskania różnych jej topografii, włącznie ze strukturami hierarchicznymi, o różnym okresie i wymiarach wzorów. Opisano zastosowania tej technologii do kształtowania powierzchni materiałów wszczepialnych oraz rusztowań dla hodowli komórek i tkanek w bioinżynierii.

EN

The paper presents the results of research on modern laser micromachining technology based on utilization of the interference field of high energy, pulse laser beams. The influence of radiation polarization on a pattern shape in an interference image has been analyzed theoretically. Values of laser ablation threshold for titanium and diamond-like coatings were determined experimentally. The particular advantages of the direct laser interference lithography method have been shown in a series of tests devoted to the periodical surface topography modification, including creation of hierarchical structures with different periods and feature dimensions. Another trial of tests has confirmed also the application potential of this technique in shaping of implant surfaces as well as preparation of scaffolds for cells and tissues culturing in bioengineering.

4

Elastic modulus of nanocrystalline titanium evaluated by cyclic tensile method

Topolski K., Brynk T., Garbacz H.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2016

|

Vol. 16, no. 4

927--934

EN

The present study is devoted to examinations of the elastic modulus with the use of the uniaxial tensile test. The commertial purity titanium Grade 2 in the two states i.e. microcrystalline (mc-Ti) and nanocrystalline (nc-Ti) were examined. Bulk nc-Ti was fabricated by hydrostatic extrusion (HE) which is one of the severe plastic deformation methods (SPD). The elastic modulus of mc-Ti and nc-Ti were compared with the aim to analyze the influence of the nanostructure of titanium on its elastic modulus. The mc-Ti and nc-Ti samples were subjected to uniaxial tensile tests at various strain rates and various values of stress. Generally, higher elastic modulus values were obtained in microcrystalline titanium. The elastic modulus of mc-Ti was evaluated at 107 GPa on average, whereas the elastic modulus of nc-Ti was 94 GPa on average. The nanocrystalline titanium had a lower elastic modulus than its microcrystalline counterpart by 13% on average, which can be attributed to the presence of significant volume of amorphous regions in the structure. Moreover, in this case a lower standard deviation of all the results was obtained. In most cases, with higher applied stress (load) the value of the modulus was lower, whereas at higher strain rates its value was higher.

5

Kształtowanie właściwości użytkowych stopu tytanu Ti6Al4V w niskotemperaturowym procesie azotowania jarzeniowego

Tarnowski M., Garbacz H., Ossowski M., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

420--422

PL

Tytan i jego stopy są szeroko stosowane w medycynie, jednak ich mała odporność na zużycie przez tarcie oraz występowanie zjawiska metalozy (przechodzenia składników stopu do organizmu ludzkiego) ograniczają ich zastosowanie na implanty kostne. W pracy przeprowadzono na stopie tytanu Ti6A4lV proces azotowania jarzeniowego w temperaturze 680°C. Stwierdzono, że taka temperatura nie wpływa na mikrostrukturę stopu tytanu, co gwarantuje zachowanie jego dobrych właściwości mechanicznych. Analizę mikrostruktury i składu fazowego wykonano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz metody XRD. Parametry chropowatości próbek zbadano za pomocą profilometru optycznego. Wykonano pomiary mikrotwardości, odporności na zużycie przez tarcie oraz korozji metodą potencjodynamiczną. Stwierdzono, że wytworzone w procesie azotowania jarzeniowego w obniżonej temperaturze warstwy poszerzają zakres zastosowania stopu Ti6Al4V.

EN

Titanium and its alloys are widely used in medicine but their low wear resistance and release of titanium alloy elements into surrounding tissues (metalosis effect) limit their use as bone implants. This study presents the glow discharge nitriding process conducted at a temperature 680°C. This temperature does not affect the Ti6Al4V titanium alloy microstructure, what guaranties preserving its good mechanical properties. The microstructural and phase composition analysis was carried out using SEM microscopy and X-ray diffraction. Optical profilometer was applied for layer surface topography measurements. Microhardness and frictional wear resistance and corrosion resistance (potentiodynamic method) investigations were performed. Layers produced by low temperature glow discharge assisted nitriding process broaden the range of application of Ti6Al4V alloy due to good corrosion and wear resistance.

6

Chemical modification of nanocrystalline titanium surface for biological application

Zwolińska M., Roguska A., Pisarek M., Załęgowski K., Garbacz H.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

231--234

EN

Due to unique properties, titanium and titanium alloys are most commonly used metallic biomaterials. Alloing alements in case of long term aplicatons cane lead to metalosis. Because of the significant strengthening, Ti6Al4V alloy can be replaced by pure titanium after grain refinement to the nanometric scale. In this paper, nanocrystalline and microcrystalline titanium Grade 2 was subjected after to two types of chemical modification: soaking in 3 M NaOH for 24 hours at 60°C and annealing at 400°C as well as soaking in a solution of 85% H3PO4 and 30% H2O2 at room temperature. The purpose of modification was to change the topography and the chemical composition of the titanium surface and improve its bioactivity. Titanium surfaces were analyzed using scanning electron microscope (SEM) and TEM before and after modification. The surface chemical composition was examined by Auger electron spectroscopy (AES) using a high resolution electron Auger microprobe Microlab 350 (Thermo Electron).

PL

Ze względu na unikatowe właściwości tytan oraz jego stopy są zaliczane do najczęściej stosowanych biomateriałów metalicznych. Pierwiastki stopowe V i Al obecne w stopach tytanu przeznaczonych na silnie obciążone implanty, w przypadku długoterminowych wszczepów, mogą nieść jednak ryzyko metalozy. Umocnienie tytanu przez zmniejszenie rozmiaru ziaren do skali nanometrycznej może istotnie ograniczyć potrzebę stosowania stopów. W pracy powierzchnia nanokrystalicznego i mikrokrystalicznego tytanu Grade 2 została poddana dwóm rodzajom modyfikacji chemicznej: trawieniu w 3 M roztworze NaOH przez 24 h w temperaturze 60°C i wygrzewaniu w 400°C oraz trawieniu w roztworze 85% H3PO4 i 30% H2O2 w temperaturze pokojowej. Celem zastosowanych modyfikacji była zmiana topografii i/lub składu chemicznego powierzchni tytanu i w efekcie poprawa jego bioaktywności. Po trawieniu powierzchne tytanu poddano analizie za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM) oraz transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Skład chemiczny powierzchni był badany metodą spektroskopii elektronów Augera (AES) za pomocą wysokorozdzielczego mikroanalizatora elektronów Augera Microlab 350 (Thermo Electron).

7

Analysis of two catalytic systems PtRhPd-PdAu and PtRh-PdAu after long-term exploitation

Pura J., Garbacz H., Zdunek J., Mizera J., Gierej M., Laskowski Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

358--362

EN

In this paper we focused on surface analysis of the two catalytic systems acquired from the industrial reactors after 6 months exploitation. First one is a system including PtRhPd gauze for catalysis and PdAu gauze for catalysis and to capture platinum. Second is commonly used system composed of PtRh catalytic gauzes and PdAu gauzes for catalysis and to capture valuable elements.The investigation was performed using scanning electron microscope HITACHI 3500N with EDS system to analyse the distribution of elements. SEM observations showed intensive redevelopment of the surface of the wires. PtRh and PtRhPd catalytic gauzes are covered by characteristic cauliﬂower-shaped growths, which number and morphology depend on gas ﬂow direction, and placement of the gauze in the reactor. Samples from the centre and outer part ofthe reactor differ in the degree of exploitation. Both PdAu gauzes surfaces are completely rebuild due to platinum capture phenomena. Surface of the gauzes is covered by spherical porous lumps, which size and morphology depends on the location of the gauze in the reactor. Microscopic observations also showed that the redevelopment of PdAu wires occurs deep into the material. EDS analysis showed that Pt recovery rate is much higher on samples from centre part of catalytic systems (especially on the gas-inﬂow side of the gauzes). Obtained results can be basis of further investigation of degradation mechanism of precious metals catalytic systems.

PL

W artykule przedstawiono analizę powierzchni dwóch systemów katalitycznych po sześciomiesięcznej eksploatacji w reaktorach przemysłowych. Pierwszy system składał się z katalitycznych siatek PtRhPd oraz z siatek PdAu, których funkcją poza katalizą było wychwytywanie platyny. Drugi to powszechnie stosowany system, w skład którego wchodzą katalityczne siatki PtRh oraz katalityczno-wychwytujące PdAu. Badania prowadzono z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego Hitachi SEM 3500N z przystawką EDS do analizy składu chemicznego. Obserwacje W SEM ujawniły silną przebudowę powierzchni badanych siatek w wyniku długotrwałej eksploatacji. Katalityczne siatki PtRh i PtRhPd są pokryte charakterystycznymi naroślami, których liczba i morfologia zależą od ułożenia siatek w reaktorze. Próbki ze środkowej części reaktora cechują się większym stopniem przebudowy powierzchni. Powierzchnia obu siatek katalityczno-wychwytujących PdAu również uległa intensywnej przebudowie, a zjawisko to jest związane z wychwytywaniem platyny. Powierzchnia siatek PdAu jest pokryta wydzieleniami w formie wielościanów. Ich wielkość i morfologia zależą od lokalizacji siatek w reaktorze. Ponadto obserwacje mikroskopowe wykazały, że w wyniku długotrwałej eksploatacji zmiany struktury zachodzą wgłąb materiału. Analiza EDS pokazała, że ilość wychwytywanej platyny zależy od lokalizacji poszczególnych siatek w reaktorze. Zawartość platyny jest znacznie większa dla próbek z centralnej części układu katalitycznego (zwłaszcza po stronie bezpośrednio wystawionej na przepływ gazu). Uzyskane wyniki mogą być podstawą do dalszych badań mechanizmów degradacji katalitycznych siatek z metali szlachetnych.

8

Microstructure and properties of ultrafine grain nickel 200 after hydrostatic extrusion processes

Sitek R., Krajewski C., Kamiński J., Spychalski M., Garbacz H., Pachla W., Kurzydłowski K. J.

Materials Science Poland

|

2012

|

Vol. 30, No. 3

282--289

EN

This paper presents the results of the studies of the structure and properties of ultrafine grained nickel 200 obtained by hydrostatic extrusion processes. Microstructure was characterized by means of optical microscopy and electron transmission microscopy. Corrosion resistance was studied by impedance and potentiodynamic methods using an AutoLab PGSTAT 100 potentiostat in 0.1 M Na2SO4 solution and in acidified (by addition of H2SO4) 0.1 M NaCl solution at pH = 4.2 at room temperature. Microhardness tests were also performed. The results showed that hydrostatic extrusion produces a heterogeneous, ultrafine-grained microstructure in nickel 200. The corrosive resistance tests showed that the grain refinement by hydrostatic extrusion is accompanied by a decreased corrosive resistance of nickel 200.

9

Metody wytwarzania tytanu nanokrystalicznego

Garbacz H.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 3

134--137

PL

W pracy przedstawiono możliwości otrzymywania tytanu nanokrystalicznego metodami dużego odkształcenia plastycznego (SPD). Analiza wyników badań dotyczących rozdrobnienia ziaren tytanu tymi metodami potwierdza dużą efektywność wyciskania hydrostatycznego (HE). HE pozwala na uzyskanie dużej objętości nanokrystalicznego tytanu w formie drutów i prętów o najmniejszych rozmiarach ziaren.

EN

In this study, the methods of producing nanocrystalline titanium using severe plastic deformation technique are described. The results obtained show that the most effective is the hydrostatic extrusion. Hydrostatic extrusion allows to obtain a large volume of nanocrystalline titanium in the form of rods and wires, characterized by the smallest size of the grain.

10

Mechanical properties of titanium processed by hydrostatic extrusion

Topolski K., Garbacz H., Wieciński P., Pachla W., Kurzydłowski K. J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 3

863-867

EN

The mechanical properties of titanium Grade 2 subjected to the hydrostatic extrusion technique (HE) were investigated. The hydrostatic extrusion technique is a method which refines the titanium grains to a nano-metric size. Compared with coarse grained titanium (CG-Ti), nanocrystalline titanium (NC-Ti) is characterized by a much higher yield stress, tensile strength and microhardness. The yield stress of NC-Ti determined in tensile tests is higher than that measured in compression test. The Young modulus of NC-Ti is slightly lower than that of CG-Ti.

PL

Przedmiot badań stanowiły właściwości mechaniczne tytanu Grade 2 poddanego wyciskaniu hydrostatycznemu. Technika wyciskania hydrostatycznego jest metodą, która umożliwia rozdrobnienie ziarna tytanu do wielkości nano-metrycznej. W porównaniu z tytanem gruboziarnistym (CG-Ti), tytan nanokrystaliczny (NC-Ti) charakteryzuje się o wiele wyższą granicą plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie oraz mikrotwardością. Granica plastyczności NC-Ti wyznaczona podczas testów rozciągania jest wyższa niż granica plastyczności wyznaczona w testach ściskania. Natomiast moduł Young'a nanokrystalicznego tytanu jest nieznacznie mniejszy niż moduł tytanu gruboziarnistego.

11

Wpływ rozdrobnienia ziarna na odporność korozyjną niklu 200

Krajewski C., Sitek R., Ura-Bińczyk E., Pachla W., Matysiak H., Garbacz H., Kurzydłowski K. J.

Ochrona przed Korozją

|

2011

|

nr 6

298-300

PL

Rozdrobnienie ziarna jest jedną z efektywnych metod kształtowania właściwości materiałów. Zmniejszenie rozmiarów ziaren przyczynia się między innymi do wzrostu wytrzymałości i zwiększenia reaktywności. Publikacje na temat odporności korozyjnej materiałów o małej wielkości ziaren przedstawiają odmienne wnioski - niekiedy korozja zachodzi szybciej, niekiedy wolniej. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań prowadzonych na niklu 200 po procesach wyciskania hydrostatycznego. Scharakteryzowano mikrostrukturę, wykonano pomiary mikrotwardości oraz zbadano odporność korozyjną. Wykazano, że metoda wyciskania hydrostatycznego umożliwia otrzymanie ultra-drobnoziarnistego niklu, czemu towarzyszy znaczny wzrost mikrotwardości. Badania odporności korozyjnej wykazały, że rozdrobnienie ziarna wpływa niekorzystnie na odporność korozyjną niklu.

EN

Grain refinement is effective method of strengthening of metals. Reduction of grain size increases strength and reactivity. Publications on the corrosion resistance of fine grained metals differ in conclusions - sometimes corrosion proceeds faster, sometimes slower. This paper presents the results of research carried out on Nickel 200 after hydrostatic extrusion. The microstructure, microhardness and corrosion resistance were examined of the samples subjected to this process. It was found that the hydrostatic extrusion results in ultrafine grained nickel structure and is accompanied by a signifi -cant increase in microhardness. The study also shows that the grain refinement has a negative influence on the corrosion resistance of nickel.

12

Metody inżynierii materiałowej w diagnostyce czyszczenia laserowego metalowych dzieł sztuki

Ciupiński Ł., Onyszczuk T., Garbacz H., Marczak J., Koss A., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 3

142-151

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych metodami stosowanymi powszechnie w inżynierii materiałowej (SEM, EDS, XRF, ?Raman, FIB, XRD oraz ?XCT) na obiektach archeologicznych poddanych czyszczeniu metodą laserową. Na potrzeby optymalizacji parametrów pracy lasera wykorzystywanego do usuwania niepożądanych nawarstwień z tych dzieł sztuki wykonano szczegółową charakterystykę ich powierzchni przed i po procesie oczyszczania przeprowadzonym przy dwóch różnych czasach trwania impulsu laserowego i energii deponowanej na powierzchni materiału w czasie pojedynczego impulsu. Przeprowadzone badania i obserwacje wykazały, że zastosowanie impulsu krótszego, tj. o czasie trwania 120 ns, daje lepsze rezultaty, choć nie prowadzi do całkowitego usunięcia nawarstwień z oczyszczanego obiektu.

EN

The paper reports the results of investigations involving the methods commonly used in materials science and engineering (SEM, EDS, XRF, ?Raman, FIB, XRD and ?XCT) performed on archaeological object submitted to laser cleaning. In the aim to optimise the parameter range for the laser-cleaning device used for removal of unwanted encrustation from the artwork a detailed analyses of those objects surfaces before and after laser treatment have been performed. Two sets of laser cleaning parameters in terms of pulse duration and energy deposited in one pulse have been used. The analyses allowed to conclude that application of shorter laser pulse with duration time of 120 ns yields in better results, however does not lead to complete removal of encrustation from the cleaned object surface.

13

Kolorymetryczna analiza wyników czyszczenia laserowego metalowych dzieł sztuki

Strzelec M., Marczak J., Skrzeczanowski W., Rycyk A., Sarzyński A., Garbacz H., Ciupiński Ł., Fortuna-Zaleśna E., Onyszczuk T., Mróz J., Zatorska A., Koss A.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 3

206-217

PL

Na podstawie doświadczeń autorów związanych ze spektrofotometrycznymi i kolorymetrycznymi analizami procesów czyszczenia różnych materiałów w artykule podjęto próbę oceny przydatności kolorymetrii, jako metody oceny efektów czyszczenia laserowego blachy miedzianej, zdjętej podczas restauracji poszycia dachowego Pałacu w Wilanowie w Warszawie. Pomiary kolorymetryczne poprzedzone były wnikliwą analizą materiałową próbek i ich nawarstwień. Przeprowadzone analizy pozwoliły na sformułowanie szeregu wskazówek dla stosowalności metody przy ocenach skuteczności i wpływu oddziaływania promieniowania laserowego na powierzchnie metaliczne w obecności zmian spowodowanych przez zanieczyszczenia atmosfery. W szczególności kolorymetria może być dobrym narzędziem badawczym w przypadku usuwania pojedynczych warstw korozyjnych oraz czyszczenia osadzeń atmosferycznych na pozłotach.

EN

Paper presents an attempt to validate application of colourimetry as a method of examination of laser cleaning of the copper sheet, taken from the roof of the Wilanów Palace in Warsaw during its restoration. Analysis has been made on the base of authors experience in spectrophotometric and colourimetric analysis of laser cleaning processes in case of different historical materials. Material analysis of samples and encrustation preceded colourimetric surface measurements. Complex analyses allowed formulation of several indications for applicability of the colourimetric method in the evaluation of its effectiveness an influence on metallic surfaces in the presence of degradation caused by atmospheric pollution. In particular, colourimetry could be considered as a proper diagnostic tool in case of removal of single corrosion layers as well as removal of atmospheric deposits on gilding.

14

Analiza zmian mikrostruktury i właściwości lutowi stosowanych w witrażach w okresie od XIII do XX wieku

Garbacz H., Pura J., Zwolińska M., Hensel Z., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 3

168-175

PL

Przedmiotem badań były 22 fragmenty lutowi pochodzących z witraży wykonanych w okresie od XIII do XX wieku w obiektach sakralnych z terenu Wielkiej Brytanii, Hiszpanii, Belgii, Niderlandów i Polski. Celem przeprowadzonych badań było określenie cech wspólnych lutowi w zakresie składu chemicznego użytych materiałów oraz zastosowanych technologii, a także wskazanie parametrów, które pozwolą na identyfikację złączy witraży z nieznanego miejsca lub okresu pochodzenia. W ramach pracy dokonano analizy źródeł literaturowych na temat wydobycia i metalurgii ołowiu w Europie od XIII wieku. Badane próbki charakteryzowano na podstawie analizy makroskopowej, obserwacji mikroskopowych oraz pomiarów mikrotwardości. Wykonano także szczegółowe badania składu chemicznego za pomocą mikroanalizy rentgenowskiej (EDS), spektroskopii promieniowania rentgenowskiego (XRF) oraz spektroskopii elektronów Auger (AES). Ponadto przeprowadzono analizę składu fazowego metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Badania makroskopowe wykazały charakterystyczne cechy topograficzne oraz barwy powierzchniowych nalotów. Na powierzchniach bocznych niektórych próbek ujawniono odciski będące śladami po procesie walcowania wzdłużnego. Zauważono także charakterystyczne cechy stanu powierzchni lutowi w zależności od miejsca ich pochodzenia. Na podstawie analizy składu chemicznego ujawniono podobieństwa oraz cechy charakterystyczne próbek pochodzących z poszczególnych obszarów Europy.

EN

Object of the studies were 22 pieces of solder from the stained-glass windows. Samples were collected from historical places from the Great Britain, Spain, Belgium, the Netherlands and the Poland in the period of XIIIth to XXth century. On the basis of data from literature the history of mining and metallurgy of lead in Europe were described. The aim of the study was to determine the common characteristics of the samples, including similarities in the chemical composition of the materials and technology used. Far-reaching aim was to determine the parameters that will allow the identification of stained-glass joints with an unknown place or period of origin. The samples were characterized using macroscopic and microscopic observations. The mechanical properties of the solders were analyzed by microhardness tests. The investigations of the chemical composition using energy-dispersive X-ray microanalysis (EDS), X-ray spectroscopy (XRF), Auger electron spectroscopy (AES) and phase analysis by X-ray diffraction were performed. In the macroscopic analysis the geometry and deposits on the surface of the samples were described. It has been found that the shape of the samples depends on the technology which was used for solder production. Characteristic relief on the samples after rolling process was observed. The colour and type of the deposits are connected with place of the solder origin. In the case of EDS analysis the relationship between chemical composition and the period of solder creation was observed.

15

Projekt MATLAS - Zaawansowane metody inżynierii materiałowej w diagnostyce dzieł sztuki poddanych renowacji laserowej za pomocą kształtowanych, wysokoenergetycznych impulsów promieniowania

Ciupiński Ł., Fortuna-Zaleśna E., Garbacz H., Onyszczuk T., Koss A., Mróz J., Zatorska A., Chmielewski K., Jeżewska E., Zambrzycki P., Jeziorowski M., Marczak J., Strzelec M., Sarzyński A., Ostrowski R., Skrzeczanowski W., Rycyk A., Spaarschuh Ch., Wedvik B.

Wiadomości Konserwatorskie

|

2010

|

Nr 27

171-176

PL

Projekt MATLAS PL0259, realizowany w ramach Mechanizmu Finansowego EOG/Norweskiego Mechanizmu Finansowego, w Obszarze Priorytetowym "Konserwacja Europejskiego Dziedzictwa Kultury", został z powodzeniem rozpoczęty w lipcu 2008 r. Naukowe cele projektu obejmują opracowanie metod diagnostyki powierzchni dzieł sztuki wykonanych z metali (stopów) w celu ich bezpiecznej renowacji laserowej, opracowanie systemu laserowego zdolnego do generacji impulsów o wymaganym w renowacji, kontrolowanym kształcie i czasie trwania oraz analizy zjawisk indukowanych przez impulsy laserowe na powierzchni obiektów historycznych. Artykuł przedstawia uczestniczące w projekcie ośrodki naukowe, projekt i wykonanie laserowego systemu czyszczącego oraz metodykę badań eksperymentalnych. Podsumowuje on również najnowsze wyniki projektu oraz przedstawia metalowe dzieła sztuki wybrane do badań, wraz z ich analizami historycznymi i strukturalnymi.

EN

MATLAS project PL0259 successfully started in July 2008 under the EEA Financial Mechanism/ Norwegian Financial Mechanism and in the Key Priority Section "Conservation of European Cultural Heritage". The scientific aims of the project include: development of diagnostic methods for analysis of metal (alloy) artworks surfaces for safe laser renovation; development of a laser system capable of generating pulses with controlled shape and time duration required for renovation, and analysis of phenomena induced by laser pulses in the treated surfaces of historical objects. The paper presents participating scientific teams, design and realization of laser cleaning system and methodology of experimental investigations. It also summarizes the latest project results and presents metal artworks selected for examination with their historical and structural analysis.

16

Mikrostruktura i właściwości nanokrystalicznego tytanu

Garbacz H.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

z. 25

3-147

PL

W pracy przeprowadzono analizę właściwości użytkowych nanokrystalicznego tytanu (n-Ti) na przykładzie materiału otrzymanego metodą wyciskania hydrostatycznego. Ustalono wpływ czynników mikrostrukturalnych na właściwości mechaniczne, odporność na korozję, a także biozgodność i zużycie tribologiczne. Materiałami odniesienia były mikrokrystaliczny tytan i stop Ti6Al4V. Omówiono metody wytwarzania nanokrystalicznego tytanu, w przypadku których wykorzystuje się duże odkształcenie plastyczne. Uzyskane wyniki badań potwierdziły dużą efektywność w tym zakresie wyciskania hydrostatycznego. Nanokrystaliczny tytan wytwarzany metodą wyciskania hydrostatycznego charakteryzuje się dużą wytrzymałością na rozciąganie, porównywalną z wytrzymałością stopów tytanu, zachowując przy tym zadowalającą plastyczność. Stwierdzono, że szczególną zaletą n-Ti ze względu na potencjalne zastosowania na implanty jest jego wytrzymałość właściwa, znacznie większa od wytrzymałości mikrokrystalicznego tytanu i stopu Ti6Al4V. Wykazano, że wpływ nanostruktury na wartość modułu sprężystości stanowi zagadnienie wieloaspektowe i wymaga dalszej weryfikacji poprzez zastosowanie innych metod eksperymentalnych. Podjęto również badania stabilności cieplnej nanokrystalicznego tytanu. Określono wartość temperatury homologicznej, do której właściwości mechaniczne n-Ti nie ulegają zmianie. Zaobserwowano także, że rozdrobnienie ziarna do rozmiarów nanometrycznych zwiększa wytrzymałość zmęczeniową tytanu. Ustalono, że wpływ umocnienia granicami ziaren jest w tym przypadku słabszy w porównaniu z umocnieniem roztworowym tytanu. Otrzymane wyniki wskazują, że w układach tarciowych z polietylenem n-Ti charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem tarcia od mikrokrystalicznego tytanu i stopu Ti6Al4V. Stwierdzono, że nanokrystaliczny tytan zachowuje się w środowiskach symulujących płyny ustrojowe podobnie do mikrokrystalicznego tytanu. Warstwa pasywna na n-Ti ma jednak lepsze właściwości ochronne, wynikające z większej prędkości jej odbudowy. W badaniach biologicznych nie zaobserwowano wyraźnego wpływu nanostruktury na wzrost biozgodności tytanu, choć analiza budowy i morfologii komórek wskazuje na większe zaawansowanie procesu kolonizacji komórek osteoblastów na nanokrystalicznym podłożu. Wykazano, że właściwości użytkowe nanokrystalicznego tytanu mogą być kształtowane poprzez obróbkę powierzchniową odpowiednio dobraną do danego zastosowania.

EN

The study was devoted to an analysis of performance properties of nanocrystalline titanium (n-Ti), produced by menas of hydrostatic extrusion. The effect of microstructural factors on mechanical properties, corrsion resistance, biocompatibility and tribological wear was examined and discussed. Reference materials taken were micro-crystalline titanium and the Ti6Al4V titanium alloy. The methods of producing nanocrystalline titanium using the severe plastic deformation technique are described. The results obtained confirm that hydrostatic extrusion is highly effective in this respect. Nanocrystalline titanium produced by hydrostatic extrusion shows high tensile strenght, comparable with that of titanium alloys, and, at the same taime, the material preserves satisfactory plasticity. In view of the possible application of nanocrystalline titanium for the manufacture of implants into the human body, it is of particular importance that the specific strenght on n-Ti appears to exceed considerably those of both microcrystalline titanium and the Ti6Al4V alloy. It was shown that the dependence of the elastic module of n-Ti on the microstructure has many aspects and should be verified in further investigations. The cognitive aspects of the study also included the problem of thermal stability of nanocrystalline titanium. This was examined on the basis of hardness measurements. The value of temperature until which the properties of n-Ti are stable were determined. It has also been found that grain refinement to a nanometric sixe improves fatigue strength of titanium, but the effect of grain size is weaker compared to alloying effect. The results of friction tests, on the other hand, indicate that, in a n-Ti/polyethylene frictional pair, the friction coefficient of n-Ti is smaller than that of microcrystalline titanium and the Ti6Al4V alloy. In the environment simulating body fluids, n-Ti behaves similary to microcrystalline titanium. The passive layer formed on n-Ti has, however, better protective properties since it is rebuilt in a shorter time. In biological examinations, no evident effect of nanostructure on biocompatibility was observed, although an analysis of the structure and morphology of cells indicates that the colonization of osteoblast cells on the nanocrystalline substrate is more advanced. It has been demostrated that the performance properties of nanocrystalline titanium can be modified by subjecting it to various surface engineering treatments tailored to the demands of a given application.

17

(Ti, Al)N films on titanium alloy produced by means of vacuum arc method

Wieciński P., Smolik J., Garbacz H., Murakami H., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

406-409

EN

The paper concerns the (Ti, Al)N thin films on Ti-6Al-4V titanium alloy obtained by means of vacuum arc method. Deposited coatings had 3.5÷3.7 um in thickness and were characterized by homogeneous, free of pores and cracks microstructure with nano grains. These coatings exhibit very high hardness, superior resistance to wear, good temperature stability and excellent oxidation resistance. This paper presences the influence of the parameters of vacuum arc process on the deposition rate, chemical composition, surface roughness, volume fracture of micro droplets and mechanical properties of (Ti, Al)N coatings. During microscopic observation, the special attention has been paid on microstructure of the micro droplets. Chemical composition of the coatings were investigated using GDOES technique. The number of micro droplets was calculated from SEM micrographs of the film's surface.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące cienkich powłok (Ti, Al)N otrzymanych metodą łukowo-próżniową na stopie tytanu Ti-6Al-4V. Osadzone powłoki, o grubości w przedziale 3,5÷3,7 um, charakteryzowały się jednorodną, nanokrystaliczną mikrostrukturą. Nie zaobserwowano obecności porowatości oraz pęknięć. Powłoki (Ti, Al)N mają bardzo wysoką twardość, doskonałą odporność na zużycie ścierne, dobrą stabilność termiczną oraz bardzo wysoką odporność na utlenianie. W niniejszej pracy badano wpływ parametrów obróbki łukowo-próżniowej na szybkość osadzania, skład chemiczny, obecność fazy kropelkowej, chropowatość powierzchni oraz twardość powłok (Ti, Al)N. Obserwacje mikroskopowe skupiono na scharakteryzowaniu mikrostruktury fazy kropelkowej. Skład chemiczny powłok określono techniką GDOES. Ilość fazy kropelkowej policzono na podstawie obrazów SEM powierzchni powłok.

18

Surface modification of titanium subjected to hydrostatic extrusion

Topolski K., Garbacz H., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

336-339

EN

The study is concerned with grain refinement in titanium by hydrostatic extrusion (HE) which belongs to the techniques of severe plastic deformation (SPD). Prior to extrusion titanium samples were coated with aluminum. Extrusion process was carried out with varied number of passes and the degree of diameter reduction. The surface modification was aimed at simplifying and optimizing the hydroextrusion process. It has been found that the aluminum coatings allowed to reduce the maximum extrusion pressure, decrease the number of extrusion passes and minimize the die wear.

PL

Praca dotyczy rozdrabniania ziarna w tytanie metodą wyciskania hydrostatycznego (HE), które jest zaliczane do metod dużego odkształcenia plastycznego (SPD). W przeprowadzonych badaniach tytanowe wsady przed wyciskaniem pokryte zostały powłokami aluminium. Wyciskanie hydrostatyczne prowadzono, stosując rożne parametry procesu, w tym rożną liczbę etapów i stopień redukcji przekroju. Modyfikacja powierzchni wsadu miała na celu zoptymalizowanie oraz uproszczenie hydroekstruzji tytanu. Uzyskane wyniki dowiodły licznych korzyści wynikających z zastosowania powłok aluminium w procesie wyciskania hydrostatycznego tytanu. Należą do nich przede wszystkim obniżenie maksymalnego ciśnienia, zmniejszenie liczby operacji wyciskania oraz mniejsze zużycie matrycy.

19

Study of copper artworks

Onyszczuk T., Garbacz H., Ciupiński Ł., Kurzydłowski K. J., Marczak J., Strzelec M., Rycyk A., Koss A., Mróz J., Zatorska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

344-347

EN

The paper presents the results of examinations of several archeological objects (on bow, ring, and ferrule) dated at the 12 th-14th century and a copper sheet, 100 year old, taken from the roof of the Wilanow Palace. The aim of the investigation was to identify corrosion products on the surface of these objects and to optimize technology of their cleaning. The corrosion deposits were removed from the surface of the objects with the use of a Q-switched Nd:YAG laser. The areas cleaned were examined to find how the cleaning process affected the surface topography and microstructure of the substrate. The examinations were conducted with the use of a scanning electron microscope (SEM), an optical profiler, an X-ray diffractometer, and a tomograph.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań obiektów archeologicznych (kabłączka skroniowego, pierścionka, fragmentu okucia) pochodzących z XII - XIV wieku n.e. oraz 100-letniej blachy pochodzącej z dachu Pałacu w Wilanowie. Badania miały na celu określenie składu chemicznego oraz scharakteryzowanie produktów korozji występujących na ich powierzchni. Wszystkie badane obiekty zostały wykonane z miedzi lub jej stopów. Do usunięcia warstw nalotowych na próbkach wyciętych z blachy dachowej użyto lasera Nd: YAG. Przeprowadzono badania wpływu procesu czyszczenia na topografię powierzchni i mikrostrukturę materiału podłoża. Do badań powierzchni zastosowano: skaningowy mikroskop elektronowy (SEM), profilometr, dyfrakcję rentgenowską oraz tomografię.

20

Effect of nanostructure on the Ti Grade2 properties

Garbacz H.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

777-780

EN

The aim of this paper was to examine the effect of structure refinement on the performance properties of commercially pure titanium. Nanocrystalline titanium was produced by a hydrostatic extrusion. The mechanical properties, corrosion resistance and thermal stability of the nanocrystalline titanium were examined. The reference materials were microcrystalline titanium and Ti6Al4V alloy. It has been found that nanocrystalline titanium has very good mechanical properties comparable with those of the Ti6Al4V alloy. The thermal stability of n-Ti was studied by measuring the microhardness change at various annealing temperature. The nanocrystalline titanium was thermal stable up to a temperature of 400°C. The corrosion resistance of the nanocrystalline titanium was examined in two solutions: 0.9% NaCl and 0.9 NaCl + 0.1% NaF. It appeared that the grain refinement can be beneficial to the corrosion resistance of Ti in aggressive environment (solution added with fluorine ions), The thorough examinations of the nanocrystalline titanium have shown that it can be considered to be a competitive material to the titanium alloy used in implants thus far.

PL

Celem pracy była analiza wpływu rozdrobnienia ziarna na właściwości użytkowe technicznego tytanu Grade2. Nanokrystaliczny tytan otrzymano metodą wyciskania hydrostatycznego. Badano właściwości mechaniczne, stabilność termiczną i odporność na korozję nanokrystalicznego tytanu. Materiałami odniesienia były mikrokrystaliczny tytan i stop Ti6Al4V. Stwierdzono, że nanokrystaliczny tytan ma bardzo dobre właściwości mechaniczne, porównywalne ze stopem Ti6Al4V. Stabilność termiczną wyznaczano na podstawie pomiarów mikrotwardości w rożnej temperaturze. Nanokrystaliczny tytan miał stabilne właściwości mechaniczne do temperatury 400°C. Odporność korozyjną n-Ti badano w dwóch roztworach: 0,9% NaCl i 0,9 NaCl + 0,1% NaF. Stwierdzono, że rozdrobnienie ziarna jest korzystne z punktu widzenia odporności na korozję tytanu w agresywnym środowisku (roztwór z dodatkiem jonów fluoru). Badania nanokrystalicznego tytanu wykazały, że może być on brany pod uwagę jako materiał konkurencyjny do stopu tytanu dotychczas stosowanego na implanty.