Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of pulse laser treatment at different process variables on mechanical behavior of carbon nanotubes electrophoretically deposited on titanium alloy

Majkowska-Marzec Beata, Staszewski Kacper, Sypniewska Joanna

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2023

|

Vol. 25, no. 2

157--168

EN

Titanium and its alloys are widely used as biomaterials for long-term implants, but they are usually surface-modified due to their weak bioactivity and wear resistance. Laser processing was used to modify the surface layer, and elemental carbon was a component of the deposited coatings. This research aims to use a combination of both methods based on preliminary electrophoretic deposition of multi-wall carbon nanotubes (MWNCTs) followed by pulse laser treatment. Carbon nanotubes were chosen due to their mechanical and chemical stability as well as their tubular shape, resulting in enhanced mechanical properties of laser-modified layers. Methods: The pulse laser power and laser scanning speed were defined as variable process parameters. The microstructure, roughness Ra, nanohardness H, Young’s modulus E, and indent depth values were measured, and the H/E, H 3 /E2 , and relative changes of all these values in comparison to MWCNTs-coated and non-coated surfaces, were calculated. Results: The obtained results show that the best mechanical properties of MWCNTs-coated and laser-treated specimens are obtained at a laser power of 900 W and laser feed of 6 mm/s. The observed relations can be explained considering processes occurring on the surface such as deposition of carbon nanotubes, melting and re-crystallization of the surface layer, formation and possible partial decomposition of titanium carbides, and associated changes in local chemical composition, phase composition, and a level of residual stresses beneath the surface. Conclusions: The developed process can substitute the time and money-consuming carbonization of titanium and its alloys.

2

Effect of Laser Surface Melting on Microstructure of Cold Sprayed Ni20Cr Coatings

Soboń D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2021

|

Vol. 66, iss. 3

853--860

EN

In this study, Ni20Cr coatings were obtained by cold spraying on an aluminum alloy 7075 substrate. The obtained coatings were characterized by a uniform microstructure and low porosity. The sprayed coating has the same phase composition as the powder used. Next, the cold sprayed coatings were heat treated using a TRUMPF TLF 6000 TURBO (4 kW) CO2 laser. The laser surface melting of the coatings resulted in the formation of a columnar structure and an improvement in their mechanical properties. The Ni20Cr cold sprayed coatings after additional laser melting showed lower porosity and an increase in microhardness and Young`s modulus.

3

The Influence of the Laser Beam Fluence on Change in Microstructure, Microhardness and Phase Composition of Feb-Fe2B Surface Layers Produced on Vanadis-6 Steel

Bartkowska A., Jurči P., Hudáková M., Bartkowski D., Kusý M., Przestacki D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 2

791--800

EN

The paper presents the study results of laser modification of Vanadis-6 steel after diffusion boronized. The influence of laser beam fluence on selected properties was investigated. Diffusion boronizing lead to formation the FeB and Fe2B iron borides. After laser modification the layers were consisted of: remelted zone, heat affected zone and substrate. It was found that increase of laser beam fluence have influence on increase in dimensions of laser tracks. In the thicker remelting zone, the primary dendrites and boron eutectics were detected. In the thinner remelting zone the primary carbo-borides and eutectics were observed. In obtained layers the FeB, Fe2B, Fe3B0.7C0.3 and Cr2B phases were detected. Laser remelting process caused obtained the mild microhardness gradient from the surface to the substrate. In the remelted zone was in the range from 1800 HV0.1 to 1000 HV0.1. It was found that the laser beam fluence equal to 12.7 J/mm2 was most favorable. Using this value, microhardness was relatively high and homogeneous.

4

The iron boride wear-resistant layers on constructional C45 steel, modified by chromium and the laser process

Pertek-Owsianna A.

Tribologia

|

2016

|

nr 5

147--157

EN

The paper presents the influence of diffusional boronizing, borochromizing processes, and laser modification on microstructure, microhardness, and frictional wear resistance of C45 constructional steel. The borochromizing process consists of two stages: first the boronizing was applied, and then chromizing was carried out as a second step. The boronizing was performed at 900°C for 4h, and then chromizing at 1020°C for 7h using the gas-contact method in powder containing amorphous boron and ferrochrome. Then, the boronized and borochromized layer was modified by remelting it using a TRUMPH CO2 2600W-power laser. The microstructure after diffusional boronizing and borochromizing consists of needle-like iron borides with a thickness of 80 μm and 100 μm and with a microhardness of 1400 HV0.1–1850 HV0.1. Three zones are formed after laser modification: the remelted zone MZ (eutectic mixture of borides and martensite) with a thickness of 100–120 μm, a martensitic heat affected zone (HAZ), and the core. The microhardness in the remelted zone is approx. 1200 HV0.1, as a result of which there appears a milder hardness gradient between the surface and the core. It was found that the frictional wear resistance of the boride layers modified by chromium and laser is higher than that of the layers after diffusional boronizing.

PL

W pracy przedstawiono wpływ procesu borowania i borochromowania dyfuzyjnego oraz laserowej modyfikacji na mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność na zużycie przez tarcie stali konstrukcyjnej C45. Proces borochromowania składa się z dwóch etapów: borowania, a następnie chromowania. Borowanie przeprowadzono w temperaturze i czasie wynoszącym 900°C i 4 h, a chromowanie w 1020°C i 7 h w mieszaninie proszkowej zawierającej bor amorficzny i żelazo-chrom. Warstwy borowane i borochromowane następnie poddano modyfikacji przez przetopienie laserem CO2 firmy TRUMPH o mocy 2600 W. Mikrostruktura warstw borowanych i borochromowanych dyfuzyjnie zawiera iglaste borki żelaza o grubości ok. 80 μm i 100 μm oraz mikrotwardości 1400–1850 HV0.1. Po laserowej modyfikacji otrzymuje się trzy strefy: przetopioną MZ o grubości 100–120 μm (mieszanina eutektyczna borków i martenzytu), martenzytyczną strefę wpływu ciepła HAZ, a następnie rdzeń. Mikrotwardość w strefie przetopionej wynosi ok. 1200 HV0.1, stąd wynika łagodniejszy gradient twardości między powierzchnią a rdzeniem. Stwierdzono, że warstwy borków modyfikowane chromem i laserem wykazują wyższą odporność na zużycie przez tarcie od borowanych dyfuzyjnie.

5

Laserowa modyfikacja struktury i właściwości wybranych gatunków stali

Popławski M., Piasecki A., Marchewka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

798--801

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem parametrów pracy lasera Star Weld Select na mikrostrukturę trzech wybranych stali. Do badań użyto stal węglową 1.0037, stal narzędziową stopową 1.2343 oraz stal austenityczną 1.4301. Zróżnicowanie składu chemicznego badanych materiałów miało istotny wpływ na zmiany mikrostruktury uzyskane pod wpływem działania lasera. Dokonano miejscowego przetopienia oraz wykonano napoiny na powierzchni próbek. Stwierdzono, że gęstość mocy lasera i gatunek obrabianego materiału podłoża ma wpływ na możliwe do uzyskania utwardzenie materiału podłoża, jak i twardość uzyskanej napoiny. Zastosowanie mniejszej gęstości mocy i większej średnicy drutu do napawania skutkuje uzyskaniem mniejszej twardości oraz większej grubości wytworzonej strefy przetopu. Napoiny wytworzone na stali austenitycznej i niskowęglowej konstrukcyjnej charakteryzują się podobnym poziomem twardości. Natomiast wykonanie miejscowego przetopienia stali austenitycznej nie wpłynęło na zmianę jej twardości, niezależnie do warunków pracy lasera. Na podstawie mikroanalizy składu chemicznego metodą EDS stwierdzono, że zastosowanie mniejszej gęstości mocy wpływa na ujednorodnienie składu chemicznego w miejscu przejścia napoiny do materiału rdzenia.

EN

The study shows the results of research on the influence of working parameters of the Star Weld Select laser on the microstructure of three selected steels. Carbon steel 1.0037, alloy tool steel 1.2343 and austenitic steel 1.4301 were used in the experiment. The diversification of composition of researched materials had a significant influence on the change of microstructure obtained as a result of laser action. Local remelting as well as padding welds were applied on the surface of the samples. It was observed that the power density value as well as the type of the base material being worked on, have an influence on the obtained hardening of the base material and the hardness of the obtained padding weld. The application of lower power density and bigger diameter of padding weld wire results in obtaining lower hardness and bigger thickness of the produced remelting zone. Padding welds produced on the austenitic and low-carbon constructional steel are characterized by similar level of hardness. Local remelting of austenitic steel, however, did not influence the hardness, regardless of the laser working conditions. On the basis of the microanalysis of chemical composition with EDS method, it was found out that the application of lower power density increases the homogeneity of chemical composition in the area of transition of the padding weld into the base material.

6

Mikrostruktura, skład fazowy i mikrotwardość warstw boroniklowanych modyfikowanych wiązką laserową

Bartkowska A., Pertek A., Jankowiak M., Jóźwiak K., Klimek L.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 1

32--36

PL

W pracy przedstawiono wyniki laserowej modyfikacji warstw boroniklowanych wytworzonych na stali konstrukcyjnej C45. Proces boroniklowania składał się z galwanicznego niklowania oraz borowania dyfuzyjnego. Laserową obróbkę cieplną (LOC) przeprowadzono za pomocą lasera CO 2 o mocy nominalnej 2600 W. Zbadano wpływ prędkości posuwu wiązki laserowej na mikrostrukturę i mikrotwardość warstwy wierzchniej. Do analizy fazowej warstw boroniklowanych wykorzystano dwie metody: dyfrakcję elektronów wstecznie sprężyście rozproszonych (EBSD) oraz rentgenowską analizę fazową. Badania wykazały, że występują w niej fazy: (Fe, Ni)B, (Fe, Ni) 2B, Ni4B3, Ni3B. Mikrotwardość warstwy wierzchniej po boroniklowaniu i laserowej obróbce cieplnej zmniejszyła się do ok. 1300÷700 HV w zależności od parametrów LOC w porównaniu z warstwą tylko boroniklowaną o mikrotwardości 1600÷1800 HV.

EN

The paper presents the results of laser surface modification of boronickelized layers produced on C45 constructional steel. The process was composed of nickel plating followed by diffusion boronizing. Laser heat treatment (LHT) was carried out with a CO2 laser of a nominal power of 2600 W. The results present the influence of the laser beam scanning rate on the microstructure and microhardness of the surface layer. For the phase analysis of the boronickelized layer, two methods were employed: Electron Back-Scatter Diffraction (EBSD) analyses and X-ray phase analysis. The results showed that the boronickelized layer was composed of FeB, (Fe, Ni)2B, (Fe, Ni)4B3, Ni3B. The microhardness of the surface layer after boronickelizing and laser heat treatment was reduced to about 700÷1300 HV, depending on the LHT parameters, compared to only a boronickelized layer with a microhardness of 1600÷1800 HV.

7

Analiza wpływu ablacyjnej mikroobróbki laserowej na efektywność usuwania lakierowego systemu powłokowego

Napadłek W., Kalman I.

Problemy Eksploatacji

|

2011

|

nr 4

35-43

PL

W artykule opisano istotę oraz wpływ ablacyjnej mikroobróbki laserowej (laser Nd:YAG, długość fali promieniowania λ = 532 nm) na efektywność usuwania lakierowego systemu powłokowego (LSP) wytworzonego na elementach nadwozia samonośnego samochodu. Przedstawiono topografię oraz profil chropowatości powierzchni. Stwierdzono, że dominujący wpływ na usuwanie powłoki lakierowej miała gęstość mocy, tj. im większa, tym lepsze efekty. Istotne znaczenie w procesie ablacyjnego usuwania systemu powłokowego ma ilość skanowań powierzchni - progresja liniowa. Uzyskane wyniki badań laboratoryjnych potwierdziły celowość stosowania ablacji laserowej w procesach lakierniczych.

EN

The article describe the essence and influence of ablation laser micromachining (laser Nd: YAG, wavelength of radiation λ = 532 nm) on the removal efficiency lacquered coating system (LSP) manufactured on self-supporting car body panels. Presented the topography and surface roughness profile. It was found that the dominant influence on removal of paint coating had a power density- the bigger give better results. Important role in the ablative removal process of coating system has a number of scans surface - a linear progressive. The obtained results of laboratory tests confirmed usefulness applying laser ablation in the process of lacquering.

8

Laserowa modyfikacja warstw boro niklowych

Bartkowska A., Pertek A.

Inżynieria Powierzchni

|

2011

|

nr 1

16-20

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i mikrotwardości warstw boroniklowanych modyfikowanych laserowo. Warstwy wytworzono na próbkach ze stali C45 metodą galwanicznego niklowania, borowania gazowo- kontaktowego oraz laserowej obróbki cieplnej. Zbadano wpływ gęstości mocy lasera i prędkości posuwu wiązki lasera na efekty modyfikacji laserem. Wykazano, że przyjęte parametry pracy lasera (gęstość mocy, prędkość) wpływają na mikrostrukturę i właściwości otrzymanych ścieżek.

EN

This paper presents the results of observations of microstructure and microhardness of laser modified boronnickelized layers. The layers were produced on C45 steel with nickel electroplating, boriding and laser heat treatment. The influence of laser power density and scanning rate on effects of laser modification of layer have been investigated. It is shown, that the laser work parameters (power density, scanning rate) influence on microstructure and properties of tracks.

9

Wpływ modyfikowania poliamidu 6 na proces autokatalitycznego metalizowania

Moraczewski K., Rytlewski P., Żenkiewicz M.

Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej. Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją

|

2010

|

Nr 12

247-252

PL

W artykule przedstawiono nowe kompozyty polimerowe o osnowie poliamidowej przeznaczonych do metalizowania autokatalitycznego stymulowanego laserowo. Kompozyty te zawierają tlenek metalu i/lub związek metaloorganiczny. Pod wpływem promieniowania laserowego ulegają one rozpadowi tworząc klastry metali, stanowiące zarodki metalizowania. Próbki nowego kompozytu, o różnej zawartości poszczególnych składników, wytworzone zostały za pomocą współbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej i wtryskarki. Próbki te napromieniano laserem ekscymerowym ArF z energią jednostkową impulsu 40 lub 120 mj/cm i różną liczbą impulsów wynoszącą odpowiednio: 5, 10, 50, 100 i 500. Napromienione próbki poddano następnie procesowi autokatalitycznego metalizowania w kąpieli do miedziowania. Najlepsze wyniki uzyskano podczas metalizowania próbek zawierających mieszaninę tlenku metalu i związku metaloorganicznego.

EN

In this work, new polyamide matrix composites intended for laser stimulated electroless metallization, are presented. The new composites contain metal oxide and/or organometallic compound, that under laser irradiation degradates with metal cluster formation. Samples of new composites, vary in composition, were extruded and injection moulded. 1 samples were irradiated with ArF-excimer laser with fluence 40 or 120 mJ/cm2 and different number of pulses: 5,10, 50, 100 and 500. After laser irradiation the samples were electroless cop; plated in metallization bath. It was found that the best metallization results occur in samples co'taming both metal oxide and organometallic compound.

10

Compositional, physical and chemical modification of polylactide

Żenkiewicz M., Rytlewski P., Malinowski R.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 43, nr 1

192-199

EN

The purpose of this article was to review some of the modification methods applied to improve mechanical, barrier and/or surface properties of polylactide (PLA). Design/methodology/approach: The presented modification methods were classified into three groups due to the dominant role of compositional, physical or chemical factor effecting the most PLA properties. Findings: It was found that incorporation of small amounts of montmorillonite up to 5% leads to formation of a nanocomposite with enhanced tensile strength and improved barrier properties. Corona treatment of pure PLA and PLA contained MMT nanofiller causes a significant decrease in the water contact angle and does not essentially affect the diiodomethane contact angle. This treatment leads to an increase in surface free energy that is much more significant for pure PLA than for PLA containing MMT nanofiller. It was also found that with increasing number up to 1000 of laser pulses of energies 5 mJ/cm2 an increase in surface free energy was observed, while the next laser pulses caused decrease of this energy. The determination and comparison of the influence of 3 wt.% of trimethylopropane trimethacylate (TMPTA) and 3 wt.% of trially isocyanurate (TAIC) crosslinking agents on the thermomechanical properties of electron beam irradiated PLA was reported. Research limitations/implications: A number of various modification methods are widely reported in literature. In this article a review of only such modification methods is presented, which are in line with the newest trends in polymer industry and science. Practical implications: There are a number of PLA properties, which need to be improved to satisfy specific application conditions. For that reasons researches are leading to find suitable modification methods to improve selected properties of PLA. Originality/value: This article presents some of modification methods, which are in line with the newest trends in polymer industry and science.

11

Nowoczesne metody obróbki powierzchniowej narzędzi

Młynarczak A., Piasecki A.

Inżynieria Powierzchni

|

2010

|

Nr 4

12-17

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości warstw powierzchniowych wytwarzanych na stalach narzędzio-wych przez hybrydowe lub sekwencyjne nasycanie dyfuzyjne chromem, tytanem lub wanadem oraz przez laserową modyfikację chromowanych warstw węglikowych i galwanicznych powłok chromowanych. Grubość warstw mieściła się w zakresie od 14 do 900 ?m a twardość od 600 do 5000 HV0,05. Narzędzia z badanymi warstwami powierzchniowymi charakteryzowały się odpornością na zużycie przez tarcie i korozję w kwasie siarkowym.

EN

The results of research of surface layers produced on tool steels by hybrid and sequence diffusion saturation with chromium, titanium or vanadium and also by laser modification of chromized carbide layers and chromized galvanic layers are presented. The thicknesses of layers have been within the range from 14 to 900 ?m while hardness from 600 to 5000 HV0,05. The tools with the tested surface layers have been resistant to wearing by friction and corrosion in sulfuric acid.

12

Warstwy borowane modyfikowane chromem, niklem oraz obróbką laserową

Pertek A., Bartkowska A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1162-1165

PL

W pracy przedstawiono wyniki laserowej modyfikacji borochromowanych i boroniklowanych warstw wytworzonych na stali średniowęglowej C45. Proces borochromowania składał się z chromowania galwanicznego następnie borowania dyfuzyjnego, natomiast proces boroniklowania z galwanicznego niklowania i borowania dyfuzyjnego. Laserową obróbkę cieplną (LOC) przeprowadzono za pomocą lasera CO2 dla ścieżek po linii śrubowej. Badano wpływ laserowej obróbki cieplnej po borochromowaniu i boroniklowaniu na mikrostrukturę, mikrotwardość i odporność na zużycie. Zastosowane parametry lasera (moc lasera P i prędkość skanowania v) spowodowały przetopienie warstwy galwaniczno-dyfuzyjnej. Po laserowej obróbce z przetopieniem powstały trzy strefy: strefa przetopiona, strefa wpływu ciepła i rdzeń. Mikrotwardość warstwy wierzchniej po borochromowaniu czy boroniklowaniu i laserowej obrobce cieplnej zmniejszyła się do 500÷600 HV dla warstwy borochromowanej oraz 700÷800 HV dla warstwy boroniklowanej przy zastosowanych parametrach lasera. Stwierdzono korzystny wpływ laserowej obrobki cieplnej na odporność na zużycie przez tarcie w porównaniu z warstwami borochromowanymi i boroniklowanymi.

EN

The paper presents the results of laser surface modification of the borochromized and the boronickelized layers produced on the C45 medium carbon steel. The process of borochromizing be composed of treatment chromium plating followed by diffusion boriding, whereas process of boronickelizing of treatment nickel plating followed by diffusion boriding. The laser heat treatment (LHT) has been carried out by CO2 laser. Laser tracks were arranged as multiple tracks formed in the shape of helical line. The influence of laser surface modification after borochromizing and boronickelizng on the microstructure, microhardness and wear resistance has been studied. In a used laser heat treatment parameters (power of laser P and scanning rate v) caused melting of galvanic-diffusion layer. After laser heat treatment with remelting a layer has been obtained which is composed of three zones: remelted zone, heat affected zone and the substrate. Microhardness of surface layer after borochromizing or boronickelizing and laser heat treatment reduce to 500÷600 HV for borochromized layers and 700÷800 HV for boronickelized layers at used laser heat treatment parameters. Profitable influence of laser heat treatment on the wear resistance of diffusion layers was found with comparison in borochromized and boronickelized layers.

13

Effects of laser radiation on some properties of the surface layer of polycarbonate

Żenkiewicz M., Rytlewski P., Tracz A., Mróz W., Richert J.

Polimery

|

2009

|

T. 54, nr 9

639-647

EN

Influence of excimer laser radiation (193nm) on the oxidation degree, surface geometrical structure, wettability, and surface free energy of the surface layer of polycarbonate was studied. The oxidation degree was monitored by the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) while changes in the surface geometrical structure by the atomic force microscopy (AFM). The contact angles of test liquids (water and diiodomethane) were measured with use of a goniometer, the surface free energy was calculated by the Owens-Wendt method. It was found that the nature of the physicochemical changes occurring in the polycarbonate surface layer upon laser irradiation depends mostly on the wavelength of the laser radiation, unit energy of a laser pulse, and number of the laser pulses. It was found that the ArF excimer laser is an effective tool for modification of the polycarbonate surface layer, unlike the XeCl laser the radiation energy of which is too low.

PL

Zbadano wpływ promieniowania lasera ekscymerowego (?=193nm) na stopień utlenienia warstwy wierzchniej (SL) (wartości stosunku O/C) (rys. 1-3), strukturę geometryczną powierzchni (rys. 4-9) oraz zwilżalność i swobodną energię powierzchniową poliwęglanu (PC) (rys. 10-15). Stopień utlenienia oceniano metodą spektroskopii fotoelektronowej (XPS) a strukturę geometryczną powierzchni - metodą mikroskopii sił atomowych (AFM). Wyniki pomiarów (za pomocą goniometru) kąta zwilżania PC wodą i dijodometanem stanowiły podstawę obliczeń swobodnej energii powierzchniowej, przeprowadzonych metodą Owensa-Wendta. Wykazano, że zmiany fizykochemicznych cech warstwy wierzchniej PC zachodzące pod wpływem promieniowania laserowego zależą od długości fali tego promieniowania, jednostkowej energii impulsu laserowego oraz od liczby impulsów. Stwierdzono, że laser ekscymerowy ArF jest skutecznym narzędziem modyfikowania warstwy wierzchniej poliwęglanu, w przeciwieństwie do używanego w serii prób wstępnych lasera XeCl (?=308nm), który ma za małą energię promieniowania do tych zastosowań.

14

Modyfikacja mikrostruktury stopów tytanu na drodze laserowego przetopienia w atmosferze azotu

Krużel G., Major B.

Archiwum Odlewnictwa

|

2003

|

R. 3, nr 7

245-252

PL

Przetopienie laserowe stopów tytanu w atmosferze azotu z wykorzystaniem laserów: Nd:YAG, diodowego prowadziło do wytworzenia fazy TiN. Pomiary naprężeń własnych w fazie TiN ujawniły obecność naprężeń rozciągających w przypadku lasera Nd:YAG oraz naprężeń ściskających w pojedynczej ścieżce wytworzonej laserem diodowym.

15

Laserowa modyfikacja właściwości materiałów przewodzących

Pawlak R.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2002

|

Z. 305

3-218

PL

W pracy przedstawiono zagadnienie modyfikacji właściwości materiałów przewodzących, ze szczególnym uwzględnieniem konduktywności stałoprądowej, przy wykorzystaniu technologii laserowych, w których oddziarywanie promieniowania z powierzchnią ciała stałego ma charakter termiczny. Zaprezentowano zakres zastosowań laserowych technologii w elektronice i elektrotechnice, w tym problemy wytwarzania elementów przewodzących w laserowych procesach zapisu bezpośredniego. Poddano analizie laserowe procesy modyfikacji właściwości materiałów zachodzące ze zmianą stanu skupienia oraz z wprowadzaniem obcych domieszek. Omówiono zespół najważniejszych zjawisk, towarzyszących oddziaływaniu zogniskowanej wiązki laserowej z ciałami stałymi, charakterystycznych dla tych procesów technologicznych. W poszczególnych przypadkach rozpatrywano możliwość zastosowania laserowych systemów impulsowych lub wykorzystujących wiązkę ciągłą. Dla rozważanych procesów technologicznych określono możliwy zakres modyfikacji konduktywności oraz innych wybranych parametrów materiałów przewodzących, a także zespół niezbędnych parametrów technologicznych. Wiele uwagi poświęcono bardzo efektywnym dla modyfikacji właściwości procesom domieszkowania laserowego, w tym opracowanym przez autora metodom wytwarzania elementów warstwowych o dużej rezystywności oraz mikroobszarów rezystywnych. Wykazano, że ekstremalne skutki oddziaływania koherentnej i monochromatycznej wiązki promieniowania laserowego, w szczególności bardzo duże prędkości nagrzewania, chłodzenia oraz krystalizacji, a także występujący w niektórych procesach dynamiczny ruch masy, mają decydujący wpływ na przebieg i efekty laserowych procesów technologicznych. W zastosowaniu do materiałów przewodzących pozwalają one modyfikować w szerokim zakresie konduktywność oraz inne właściwości istotne dla zastosowań. Przedyskutowano także zmiany konduktywności materiałów przewodzących w laserowych procesach łączenia, ze szczególnym uwzględnieniem mikropołączeń spawanych i lutowanych. Zaprezentowano metodę wyodrębnienia strukturalnego składnika rezystancji połączeń spawanych, wykorzystującą obraz pola elektrycznego w połączeniu modelowym. Wykazano korzystny wpływ lutowania laserowego na zmniejszenie rezystancji połączeń, w wyniku ograniczenia wzrostu wysokorezystywnych związków międzymetalicznych. Analizę wszystkich zagadnień, dotyczących modyfikacji właściwości materiałów przewodzących w laserowych procesach termicznych, potwierdzono wynikami doświadczalnych prac autora. Obejmowały one badania zjawisk, występujących w tych procesach oraz badania właściwości strukturalnych materiałów poddanych laserowej modyfikacji, z wykorzystaniem metod mikroskopii elektronowej, mikroanalizy rentgenowskiej, a także termografii. Zaprezentowano i poddano analizie badania stałoprądowej konduktywności elektrycznej modyfikowanych materiałów przewodzących w zakresie temperatur 77-400K. W poszczególnych przypadkach podano prognozę zastosowania modyfikowanych materiałów.

EN

In the work, the modification of properties of conducting materials by means of laser technologies, in which the interaction with the surface of a solid is of thermal character, with a focus on direct-current conductivity, has been discussed. A range of applications of laser technologies in electronics and electrical engineering, including problems of production of conducting elements in direct writing laser processes, have been presented. Laser processes of modification of material properties occurring along with the change of state and the introduction of foreign elements have been analyzed. The most important phenomena accompanying the interaction of a focused laser beam with solids have been discussed. In individual cases, the possibility to use pulsed laser and continuous laser systems has been considered. For the technological processes under consideration, a possible range of modification of conductivity and other selected parameters of conducting materials, as well as a set of necessary technological parameters have been determined. Much attention has been paid to laser alloying processes, very effective for the modification of properties, including the author's own methods of producing layer elements of a high resistivity and resistive micro-areas. It has been demonstrated that extreme effects of the interaction of a coherent and monochromatic laser radiation beam, and in particular high rates of heating, cooling and crystallization, as well as the dynamic motion of mass occurring in some processes, have a decisive influence on the course and effects of laser technological processes. When used for conducting materials, they allow conductivity and other properties essential for applications to be modified over a wide range. In addition, changes in the conductivity of conducting materials in laser processes of joining, with a special focus on welded and soldered micro-joints have been discussed. A method for separating a structural component of resistance of welded joints, making use of an image of an electric field in a model joint has been presented. A beneficial effect of laser soldering on the decrease in the resistance of joints as a result of limiting the growth in high-resistance intermetallics has been shown. The problems presented have been illustrated with the results of the author's own experimental work on laser modification of conducting materials, structural studies and studies on the properties of the materials modified, with a focus on electrical conductivity. In individual cases, prognoses for the application of modified materials have been given.

16

Structure and properties of titanium based layers produced using advanced methods.

Major B., Wierzchoń T., Ebner R., Klimpel A., Maranda-Niedbała A., Branstaetter E., Krużel G., Gruca R.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 5

611-616

EN

Results of complex studies of surface layers produced on titanium alloys by means of glow discharge nitriding or carbonitriding (GDN) and laser modification (LM) by remelting using Nd: YAG or diode lasers in nitrogen environment and PLD method are presented. A fine grained microstructure of surface layers was formed in GDN. Application of N2+CH4 environment produced carbonitrides with about 27 at.% concentration of C in Ti(N,C) phase. Three phases of types: TiN, TiN0,3 and Ti2N were stated in surface layers produced using GDN. Application of laser remelting in nitrogen environment led to formation of TiN phase independent of the applied type of laser. Well developed dendrites of TiN were stated in the laser remelted layer. TEM studies performed on thin foils from the cross-section of the LM layer revealed: highly dislocated microstructure inside arms of dendrites, and in-between the plate elongated grains, cellular structure and even nanostructure. Residual stresses were measured using X-ray method and their value was related to the type of the applied technological process. Examinations of corrosion resistance using potentiodynamic polarisation method was conducted as well as wear resistance test and texture measurements.

PL

Przedstawiono wyniki badań warstw wierzchnich wytworzonych na stopach tytanu z zastosowaniem: azoto- lub węglo-azotowania jarzeniowego i laserowej modyfikacji poprzez przetopienie laserem Nd:YAG lub diodowym w atmosferze azotu oraz metody PLD. Azotowanie jarzeniowe prowadziło do wytworzenia struktury drobnokrystalicznej zawierającej fazy: TiN, TiN0,3 i Ti2N. Węglo-azotowanie spowodowało pojawienie się węgloazotków Ti(N,C) z koncentracją około 27%at.C. Przetopienie laserowe w atmosferze azotu prowadziło do powstania fazy TiN niezależnie od zastosowanego typu lasera i parametrów procesu. Dobrze wykształcone dendryty fazy TiN obserwowano w przetopionej warstwie w obserwacjach SEM. Badania TEM na cienkich foliach z przekroju poprzecznego warstwy przetopionej laserem ujawniły cztery typy mikrostruktury: w obszarze ramion dendrytów strukturę o dużej gęstości dyslokacji (i), oraz pomiędzy ramionami: płytkowe wydłużone ziarna (ii), ziarna komórkowe (iii) i nanostrukturę (iv). Zmierzone wartości naprężeń własnych metodą rentgenowską zależały od zastosowanego procesu technologicznego. Wykonano pomiary odporności na korozję, odporności na zużycie tarciowe i tekstury.

17

Materiały gradientowe na osnowie tytanu.

Major B., Wierzchoń T., Reinhold E., Wołczyński W., Bonarski J., Krużel G.

Inżynieria Materiałowa

|

2000

|

R. XXI, nr 6

340-343

PL

Morfologia i skład fazowy warstwy azotowanej i węgloazotowanej wytworzonej na stopach tytanu: TiAl1Mn1 (OT4-O) i TiAl6Cr2Mo2 (WT3-1) techniką wspomaganą wyładowaniem jarzeniowym oraz na drodze modyfikacji laserowej poprzez laserowe przetopienie i laserowe stopowanie stanowiły przedmiot badań. Przeprowadzono analizę mikrostruktury SEM, rentgenowską analizę fazową XRD i badania tekstury oraz dokonano pomiarów występujących w warstwie wierzchniej naprężeń własnych. W powłoce uzyskanej techniką azotowania jarzeniowego zidentyfikowano trzy typy azotków: Ti2N, TiN i TiN0.3. Poziom naprężeń własnych zależny był głównie od warunków prowadzenia procesu osiągając wartości naprężeń ściskających w zakresie -1800 do -3200 MPa. W oparciu o zmierzone rentgenograficznie stałe sieciowe faz TiN i TiC i powstającej fazy typu Ti(N,C) w warstwie wierzchniej podczas węgloazotowania jarzeniowego wyznaczono zawartość wprowadzonego węgla do sieci krystalicznej wykorzystując regułę Vegarda. Przetopienie laserowe w atmosferze argonu, pokrywającymi się ścieżkami, uprzednio azotowanej jarzeniowo warstwy wierzchniej stopu TiAl1Mn1 lub w atmosferze azotującej stopu bez uprzedniego azotowania prowadziło do wytworzenia dominującej fazy TiN zbliżonej do stechiometrycznej. Pomiary naprężeń własnych ujawniły obecność naprężeń rozciągających na poziomie +500 do +800 MPa w zależności od warunków modyfikacji laserowej. Analizowano także powłoki tytanowe i tytanowo-niklowe uzyskane po laserowym przetopieniu w atmosferze argonu uprzednio naniesionych warstw niklowych w aspekcie tworzących się faz podczas szybkiej krystalizacji.

EN

Morphology and phase constitution after nitriding or carbonitriding of TiAl1Mn1 and TiAl6Cr2Mo2 titanium alloys produced by a glow discharge nitriding as well as laser modification by laser remelting and laser alloying were under examination. Microstructure SEM, XRD phase analysis, texture examinations and measurements of residual stresses were performed. Fine grain coatings produced by the glow discharge nitriding comprises three phases: Ti2N, TiN and TiN0.3. Residual stresses of compression type were in the range of -1800 to -3200MPa, depending on process conditions. Concentration of about 27at.%C in Ti(N,C) was established in surface layer after carbonitriding for which the Vegard's law was applied basied on the measured lattice parameters of the TiN, TiC and formed Ti(N,C) phases. Laser remelting in argon atmosphere by overlapping laser tracks of the formerly obtained coatings by the glow discharge nitriding or laser remelting in nitrogen atmosphere led to the formation of the TiN dominant phase, close to the stoichiometric one. Residual stress measurements revealed the tension stresses in the surface layers in the range of +500 to +800MPa in respect to conditions of laser modification. Coatings of titanium or titanium-nickel type produced by laser remelting in argon or nitrogen atmosphere were also examined in respect to formed phases at rapid solidification.

18

Laser modification of the electrical properties of vanadium oxide thin films

Stefanovich G. B., Pergament A. L., Chudnovskii F. A., Kikalov D. O.

Opto-Electronics Review

|

1999

|

Vol. 7, No. 2

131-134

EN

The effect of laser irradiation on amorphous films of anodic vanadium oxide was studied using a YAG:Nd³⁺ laser at wavelength 1.06 µm. Irradiation was found to lower the electrical conductivity of the oxide films and modify significantly the parameters of electroforming and switching in metal/oxide/metal sandwich structures. The threshold energy for laser modification was measured to be ~ 0.3 mJ/cm². It is shown that the changes of the electrical properties are associated with structural (crystallization) and chemical (in particular, the reduction V₂O₅ → VO₂) transformations and that non-thermal photo-stimulated effects play an important role in the laser modification of the vanadium oxide thin films.