Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Gas Formation Reactions in the Raw Mixture Based on TPP Ash

Koshlak Hanna

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2021

|

Tom 23

106--116

EN

The article discusses the physicochemical mechanisms of the effect of chemical reagents on the processes of swelling of the raw mixture based on the ash of thermal power plants. The process of structure formation in such mixtures occurs as a result of physicochemical transformations of its constituent components. To intensify gas evolution and obtain materials of a porous structure, the presence of a gas former is necessary. The author has analysed the possibility of creating a porous structure in a raw mixture based on ash with the introduction of various gas formers or their formation as a result of exchange reactions. The main chemical compounds contributing to pore formation have been determined. To form a given structure, it is proposed to control chemical transformations at the stage of swelling. To study the processes of intensification of gas evolution, the author proposes to investigate the mechanisms of the influence of mineral fillers and chemical reagents on swelling processes based on the analysis of the Gibbs equation. The parameters of the Gibbs equation are obtained, by which it is possible to determine the probability of the occurrence of chemical reactions with the proposed chemical agents for the formation of gas bubbles with (pores) in the raw material.

2

Wpływ wstępnego utlenienia karbonizatów węgla kamiennego t. 31 tlenem powietrza i kwasem azotowym na rozwinięcie struktury porowatej produktów ich aktywacji parą wodną

Czechowski Franciszek, Błądek Henryk

Górnictwo Odkrywkowe

|

2021

|

R. 62, nr 4

4--16

PL

Węgiel kamienny rozdrobniony do ziarna < 0,2 mm (kopalnia Wesoła, Górnośląskie Zagłębie Węglowe) oraz otrzymane karbonizaty wyjściowe w temperaturach 500, 700 i 900°C wstępnie utleniono tlenem powietrza oraz 65% kwasem azotowym. Scharakteryzowano ilościowo-jakościowe zmiany wydzielanych tlenków węgla podczas utleniania węgla i karbonizatów kwasem azotowym. Węgiel i karbonizaty oraz stałe produkty ich wstępnego utlenienia granulowano z lepiszczem smoły drzewnej. Węgiel i karbonizaty wyjściowe oraz utlenione, jak też ich odpowiedniki granulowane, karbonizowano wtórnie w temperaturze 900°C oraz aktywowano parą wodną do określonego ubytku masy. Rozwinięcie struktury porowatej karbonizatów wtórnych oraz aktywatów określono w oparciu o ich zdolność sorpcyjną ditlenku węgla i par benzenu. Stwierdzono, że na rozwinięcie struktury porowatej aktywatów wpływ ma rodzaj czynnika utleniającego użytego do wstępnego utlenienia węgla i karbonizatów oraz końcowa temperatura karbonizacji. Wstępne utlenienie węgla i karbonizatów tlenem powietrza prowadzi do stopniowego obniżania się parametrów struktury porowatej aktywatów wraz ze wzrostem końcowej temperatury karbonizacji węgla. Przeciwny kierunek zmian rozwinięcia struktury porowatej aktywatów stwierdzono dla odpowiednich materiałów wstępnie utlenionych kwasem azotowym. Wartości parametrów struktury porowatej aktywatów otrzymanych z utlenionych kwasem azotowym karbonizatów 700 i 900°C przewyższają odpowiednie wartości dla aktywatu otrzymanego z nieutlenionego karbonizatu 900°C. Większą mikroporowatość wykazują aktywaty otrzymane z karbonizatów utlenionych kwasem azotowym. Tendencje zmian parametrów struktury porowatej odpowiadających sobie aktywatów pylistych i granulowanych są zbieżne.

EN

Bituminous coal powdered to grain size < 0.2 mm (the Wesoła mine, the Upper Silesian Coal Basin) and obtained carbonizates at the temperatures of 500, 700 and 900°C, were preliminarily oxidized with air oxygen and 65% nitric acid. The quantitative and qualitative changes of the released carbon oxides during the oxidation of coal and carbonizates with nitric acid were characterized. Coal and carbonizates as well as solid products of their preliminary oxidation were granulated with a wood tar binder. The raw and oxidized coal and carbonizates and their granulated counterparts were secondary carbonized at the temperature of 900°C and further activated with steam to a specified value of weight loss. The development of the porous structure of the secondary carbonizates and the activates was assessed on the basis of their sorption capacity towards carbon dioxide and benzene vapors. It was found that the development of the activates porous structure is influenced by the type of oxidizing agent used for the preliminary oxidation of the coal and carbonizates as well as the final carbonization temperature. Preliminary oxidation of coal and carbonizates with air oxygen leads to a gradual decrease of the activates porous structure parameters with the increase of the final coal carbonization temperature. The opposite trend of the activates porous structure development was found for the corresponding materials preliminarily oxidized with nitric acid. The values of the porous structure parameters of the activates obtained from oxidized with nitric acid carbonizates 700 and 900°C exceed the corresponding values for the activate obtained from preliminarily non-oxidized carbonizate 900°C. Greater microporosity demonstrate activates obtained from chars oxidized with nitric acid. The trends in the porous structure parameters changes of the corresponding powdery and granular activates are convergent.

3

Surface functionalization of open-cell structures with DLC coatings

Laskowska Dorota, Bałasz Błażej, Louda Peter, Mitura Katarzyna

Engineering of Biomaterials

|

2021

|

Vol. 24, no. 163

37

4

Structural, magnetic and adsorption characteristics of magnetically susceptible carbon sorbents based on natural raw materials

Soloviy Christina, Malovanyy Myroslav, Bordun Ihor, Ivashchyshyn Fedir, Borysiuk Anatoliy, Kulyk Yuriy

Journal of Water and Land Development

|

2020

|

no. 47

160--168

EN

The article comprises synthesis of magnetically susceptible carbon sorbents based on bio raw materials – beet pulp. The synthesis was performed by one- and two-step methodology using FeCl3 as an activating agent. X-ray diffraction methods showed an increase in the distance between graphene layers to 3.7 Å in biocarbon synthesized by a two-step technique and a slight decrease in inter-graphene distance to 3.55 Å for biocarbon synthesized by an one-step technique. In both magnetically susceptible samples, the Fe3O4 magnetite phase was identified. Biocarbon synthesized by a two-step technique is characterized by a microporous structure in which a significant volume fraction (about 35%) is made by pores of 2.2 and 5 nm radius. In the sample after a one-step synthesis, a significant increase in the fraction of pores with radii from 5 to 30 nm and a decrease in the proportion of pores with radii greater than 30 nm can be detected. Based on the analysis of low-angle X-ray scattering data, it is established that carbon without magnetic activation has the smallest specific area of 212 m2∙сm–3, carbon after one-stage synthesis has a slightly larger area of 280 m2∙сm–3, and after two-stage synthesis has the largest specific surface area in 480 m2∙сm–3. The adsorption isotherms of blue methylene have been studied. Biocarbon ob-tained by two-step synthesis has been shown to have significantly better adsorption properties than other synthesized biocarbons. Isotherms have been analysed based on the Langmuir model.

5

Cement paste microporosity analysis: a comparison of different experimental techniques

Bednarska Dalia, Koniorczyk Marcin

Technical Transactions

|

2019

|

Vol. 116, iss. 9

71--80

EN

Microstructure defines almost all material physical properties of a substance. Thus, its proper identification is essential for the assessment of material durability. Porous materials constitute the vast majority of those applied in civil engineering. The most important parameters describing a porous structure are the specific surface area, the shape and volume of pores and the pore size distribution. There are several methods which provide such results; however, each of them has some drawbacks. The main purpose of this paper is to compare results obtained by means of various methods commonly applied to the investigation of microstructure. These methods are mercury intrusion porosimetry (MIP), low temperature sorption of nitrogen and thermoporometry (TPM). The experimental research is conducted on aluminium oxide, which is characterised by unimodal pore size distribution and hardened cement paste prepared using portland cement (CEM I 42.5R with water-cement ratio equal to 0.5. The results obtained by the above-mentioned methods are thoroughly described and compared in this paper. Each of the presented approaches has some limitations; therefore, in order to receive a reliable description of porous microstructure, one has to apply at least two different experimental methods.

PL

Wśród materiałów budowlanych przeważającą większość stanowią materiały porowate. Dokładna znajomość mikrostruktury jest kluczowa w ocenie ich wytrzymałości i trwałości. Istnieje wiele metod eksperymentalnych służących do analizy struktur porowatych. W niniejszym opracowaniu porównane zostały następujące techniki: porozymetria rtęciowa (MIP), niskotemperaturowa adsorpcja azotu oraz termoporometria (TPM). Badaniom eksperymentalnym poddano dwa materiały. Pierwszy z nich, tlenek glinu, jest materiałem referencyjnym o unimodalnym rozkładzie porów. Zgodnie z deklaracją producenta dominująca średnica porów wynosi 7.3 nm. Drugim zastosowanym materiałem jest zaczyn cementowy przygotowany na bazie cementu portlandzkiego CEM I 42,5R. Stwardniały zaczyn charakteryzuje się skomplikowanym rozkładem porów. Opisane techniki analizy mikrostruktury są komplementarne. Aby uzyskać wiarygodny opis struktury wewnętrznej materiałów o skomplikowanym rozkładzie porów należy zastosować co najmniej dwie metody badawcze.

6

Thermal conductivity calculation method: porous structures

Pavlenko Anatoliy, Cheilytko Andrii O., Ilin Sergii, Belokon Yevgen

Journal of New Technologies in Environmental Science

|

2019

|

Vol. 3, nr 4

194--205

EN

The article describes the transfer of thermal energy through porous bodies with closed and open porosity. The semi-empirical equation for finding the effective coefficient of thermal conductivity of bodies with a porous structure is derived. The equation of finding the thermal permeability of the porous material and the geometric characteristics of the porous structure are presented.

7

Analysis of heat transfer between an inert gas and a porous structure with ultralow thermal conductivity using the Sumudu transform method

Sobamowo Gbeminiyi

Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics

|

2019

|

Vol. 18, nr 3

79--87

EN

The relatively new integral transform called the Sumudu transform method can be used to solve partial differential equations with variable coefficients and as well as intricate problems in engineering and applied mathematics without resorting to a new frequency domain. Unlike the other integral transforms, the Sumudu transform has scale and unit-preserving properties. However, the method is still not widely known or used for solving differential equations especially in the area of applied mathematics and engineering. As a means of demonstrating the potency of the method, the paper applied the Sumudu transform to present analytical solutions of a one-dimensional problem of heat transfer between an inert gas and an ultralow thermal conductivity porous medium. The developed analytical solutions are used to investigate the heat propagation in the porous medium. Depending on the initial temperature, it is established from the study that there are snapshots of the heat wave propagating and a sharp heat front propagation through the medium during its heating or cooling. This sharp front is difficult to detect and quantify by numerical methods. Hence, exact analytical solutions are presented in this study. As it is demonstrated in this study, it is hoped that the Sumudu transform method will be applied to other various complex engineering problems.

8

Porous structures and their effect on thermophysical properties of thermal protection elements

Pavlenko A. M., Cheilytko A., Ilin S.

Journal of New Technologies in Environmental Science

|

2018

|

Vol. 2, nr 3

125--133

EN

The improvement of the thermal insulating material thermophysical characteristics of the thermal protection elements by studying the porous structure is a promising direction of research. The article describes the effects of the porosity and coupling of the porous structure on the thermophysical characteristics of thermal insulating materials. The article uses standard systematized techniques and instruments of scientific research applied in thermophysics. The research methodology of highly-porous material thermophysical properties is based on performance of empirical laboratory investigations of the samples obtained.

9

Produkty ekstrakcji nadkrytycznej węgla brunatnego dla otrzymywania paliw płynnych i sorbentów węglowych

Czechowski F., Stolarski M.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2018

|

R. 59, nr 6

33--50

PL

Zbadano wpływ rozpuszczalników: cykloheksanu, toluenu, alkoholu izopropylowego oraz czasu ekstrakcji (0 – 4 godz.) ziemistego węgla brunatnego w warunkach nadkrytycznych w temperaturze 410 °C, pod ciśnieniem 13 MPa na wydajność ekstraktów oraz kształtowanie się struktury porowatej stałych pozostałości poekstrakcyjnych. Scharakteryzowano skład grupowy i strukturalny ekstraktów nadkrytycznych. Pozostałości po ekstrakcji nadkrytycznej cykloheksanem i toluenem wykazują większe rozwinięcie układu kapilarnego niż produkt karbonizacji węgla nieekstrahowanego otrzymany w temperaturze ekstrakcji nadkrytycznej 410 °C. Podobna zależność występuje w rozwinięciu struktury porowatej karbonizatów wysokotemperaturowych (800 °C) otrzymanych ze stałych pozostałości poekstrakcyjnych oraz ich odpowiednika z węgla nieekstrahowanego. Parametry struktury porowatej aktywatów otrzymanych przez zgazowanie karbonizatów parą wodną do 50% ubytku masy ich materii oganicznej wykazują zbliżone wartości zarówno dla produktów otrzymanych z pozostałości poekstrakcyjnych jak i próbki otrzymanej z węgla nieekstrahowanego. Wydłużenie czasu ekstrakcji w warunkach nadkrytycznych cykloheksanem oraz toluenem prowadzi do stopniowego wzrostu parametrów struktury porowatej w pozostałościach poekstrakcyjnych oraz produktach ich częściowego zgazowania parą wodną. Natomiast wydłużenie czasu ekstrakcji nadkrytycznej alkoholem izopropylowym prowadzi do obniżania się parametrów struktury porowatej w pozostałościach poekstrakcyjnych oraz produktach ich karbonizacji i aktywacji.

EN

The influence of the solvent kind: cyclohexane, toluene, isopropyl alcohol and time of supercritical gas extraction (0 - 4 h) of earthy brown coal at 410 °C on the extracts yield and formation of porous structure in the extracted residues was investigated. The group and structural composition of supercritical extracts was characterized. The residues after the supercritical gas extraction with cyclohexane and toluene show a greater development of the capillary system than the carbonization product of non-extracted coal obtained at a supercritical extraction temperature of 410°C, under pressure 13 MPa. A similar relationship occurs in the development of porous structure of high temperature (800°C) carbonizates of extracted residues in comparison to porosity parameters of non-extracted coal carbonizate. Porous structure parameters of active carbons obtained by steam gasification of carbonizates to 50% burn-off of their coaly organic matter show similar values for products obtained from extracted residues as well as for samples obtained from non-extracted coal. The increase of in supercritical gas extraction time with cyclohexane and toluene leads to gradual increase of porous structure parameters in extraction residues and their partial gasification products with steam. On the other hand, the increase of the supercritical extraction time with isopropyl alcohol causes a decrease in the porosity parameters of the extracted residues porous structure and products of their carbonization and activation.

10

Thermal properties of Al alloy matrix composites reinforced with MAX type phases

Dmitruk A., Naplocha K., Strojny-Nędza A.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 1

32--36

EN

A method was developed for manufacturing Al-Si alloy matrix composites reinforced with MAX phases by squeeze casting pressure infiltration of porous preforms. MAX phases in the Ti-Al-C system were synthesized using self-propagating hightemperature synthesis (SHS) in the microwave assisted mode in order to obtain spatial structures with open porosity consisting of a mixture of Ti2AlC and Ti3AlC2. The manufactured composite together with a reference sample of sole matrix material were subjected to the testing of thermal properties such as: thermal conductivity, thermal diffusivity and thermal expansion in the temperature range of 50÷500°C, which corresponds to the expected working temperatures of the material. The specific heat and mass change during heating were also established by means of thermogravimetric analysis. The obtained thermal conductivity coefficients for the Al-Si+Ti-Al-C composite were higher than for the sole MAX phases and equaled 27÷29 W/m·K. The thermal expansion values for the composite material were reduced two-fold in comparison with the matrix.

PL

Opracowano metodę wytwarzania kompozytów na osnowie stopu Al-Si wzmocnionego fazami typu MAX metodą infiltracji ciśnieniowej porowatych preform. Fazy typu MAX syntezowano metodą samorozprzestrzeniającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS), wspomaganej mikrofalami w układzie Ti-Al-C, w celu uzyskania przestrzennych struktur o porowatości otwartej z mieszaniny faz Ti2AlC i Ti3AlC2. Wytworzone materiały kompozytowe wraz z próbką referencyjną w postaci materiału osnowy poddano badaniom właściwości cieplnych, tj. przewodności cieplnej, dyfuzyjności cieplnej oraz rozszerzalności cieplnej w zakresie temperatur 50÷500°C, który przyjęto jako spodziewany zakres temperatur pracy wytworzonych materiałów. Wyznaczono również wartości ciepła właściwego oraz, za pomocą analizy termograwimetrycznej, zmiany masy w stosunku do zmiany temperatury. Uzyskane współczynniki przewodności cieplnej dla materiału kompozytowego Al-Si+Ti-Al-C były wyższe niż dla samych faz typu MAX i wynosiły 27÷29 W/m·K. Zmierzone wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej dla materiału kompozytowego były dwukrotnie niższe w odniesieniu do materiału osnowy.

11

Manufacturing of Al Alloy Matrix Composite Materials Reinforced with MAX Phases

Dmitruk A., Naplocha K.

Archives of Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 18, iss. 2

198--202

EN

A method for manufacturing of Al-Si alloy (EN AC-44200) matrix composite materials reinforced with MAX type phases in Ti-Al-C systems was developed. The MAX phases were synthesized using the Self-propagating High-Temperature Synthesis (SHS) method in its microwave assisted mode to allow Ti2AlC and Ti3AlC2 to be created in the form of spatial structures with open porosity. Obtained structures were subjected to the squeeze casting infiltration in order to create a composite material. Microstructures of the produced materials were observed by the means of optical and SEM microscopies. The applied infiltration process allows forming of homogeneous materials with a negligible residual porosity. The obtained composite materials possess no visible defects or discontinuities in the structure, which could fundamentally deteriorate their performance and mechanical properties. The produced composites, together with the reference sample of a sole matrix material, were subjected to mechanical properties tests: nanohardness or hardness (HV) and instrumental modulus of longitudinal elasticity (EIT).

12

The study of physicochemical properties of activated carbons obtained from nut shells

Doczekalska B., Marcinkowski M., Bartkowiak M., Katolik Z.

Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology

|

2018

|

No. 104

75--79

EN

In the paper activated carbons (AC) from three lignocellulosic materials: walnut shells (Juglans regia), pistachio shells (Pistacia vera) and peanut shells (Arachis hypogaea) were obtained. The following physicochemical properties of ACs were examined: content of oxygen surface functional groups by the Boehm method, porous structure by nitrogen sorption at -196oC and thermal resistance by thermogravimetric method. The activated carbons, formed during the KOH activation process, showed an acidic character. However, the use of sodium hydroxide as an activator, promoted the formation of alkaline groups. All activated carbons had a strongly developed surface area, above 1700 m2/g, and a high total pore volume. The largest SBET values had ACs from walnut shells, then from peanut shells and the smallest values had pistachio shells (for both activators). Most of obtained ACs were mesoporous.

13

Mechanizmy przepływu gazu w strukturach porowatych

Wałowski G.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 9

1948--1951

PL

Opisano zagadnienia mechanizmów przepływu gazu przez struktury porowate, dokonano przeglądu wybranych modeli porów (kapilar) oraz określono systemy porowatości stanowiące zróżnicowane formy strukturalne materiałów porowatych. W odniesieniu do problematyki przepływu gazu przez złoża porowate, stanowiącej podstawowy zakres artykułu, zagadnienia procesowe rozpatrzono w kategorii opisu mechanizmów ruchu gazu w strukturach porowatych na potrzeby rozwoju nowej generacji czystych źródeł energii, zwłaszcza w kontekście produkcji biogazu lub syngazu, który może obniżać ciśnienie w złożu adhezyjnym, co wiąże się ze zmianą przepuszczalności złoża porowatego oraz szybkości desorpcji niezależnie od przepuszczalności złoża porowatego.

EN

A review, with 41 refs., of selected gas flow models with their characteristics for the porous materials.

14

Analysis of selected properties of an article made from metal powder using laser additive manufacturing

Mazurkiewicz A., Nędzi B.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2017

|

no. 2

79--86

EN

The article points out the need for knowledge about the relationships of many technological features for items produced by selective laser melting of metal powders. The importance of the orientation of the produced element relative to the work table of the machine both in terms of the effect on the mechanical properties and surface quality of the product is shown. Inaccuracies in shape and representation of the real dimensions of the internal and external outlines are presented. The anisotropy of the structure and the resulting differentiation is shown. Attention is paid to different conditions in the incremental production in the area of one layer where the consolidation of the metal powder takes place in one impact of the laser beam, and the connection with the next layers is carried out by thermal effect from the preceding layer, in a much lower temperature. The ability to remove the anisotropy of the structure by homogenizing annealing is shown. Knowledge of the characteristics of the articles produced with incremental technologies is extremely important when selecting production parameters, especially in case of designing responsible machine parts subjected to higher loads.

PL

W artykule wskazano na potrzebę wiedzy o zależnościach wielu cech technologicznych dla elementów wytwarzanych na drodze selektywnego stapiania laserowego z proszków metali. Określono znaczenie zorientowania wytwarzanego elementu względem stołu roboczego maszyny, zarówno w aspekcie wpływu na właściwości mechaniczne wyrobu oraz jakość powierzchni wykonanego kształtu. Wskazano na niedokładności kształtu oraz odwzorowanie wymiarów rzeczywistych wykonanych zarysów wewnętrznych i zewnętrznych. Wykazano anizotropię struktury i wynikające z tego zróżnicowanie. Zwrócono uwagę na różne warunki wytwarzania przyrostowego w obszarze jednej warstwy, gdzie konsolidacja metalicznego proszku przebiega w trakcie jednego oddziaływania wiązki laserowej. Natomiast połączenie ze sobą kolejnych warstw odbywa się poprzez wpływ cieplny powstającej warstwy na poprzednią, w znacznie niższej temperaturze. Wykazano możliwość usunięcia anizotropii struktury przez wyżarzanie ujednorodniające. Wiedza o właściwościach wyrobów wytwarzanych w technologii przyrostowej jest niezwykle istotna przy doborze parametrów wytwarzania, szczególnie w przypadku projektowania odpowiedzialnych części maszyn poddanych większym obciążeniom.

15

Tribological properties of Al matrix composites reinforced with MAX type phases

Dmitruk A., Naplocha K.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 2

90--96

EN

A method was developed to manufacture Al-Si alloy matrix composites reinforced with MAX phases by squeeze casting pressure infiltration of porous preforms. The MAX phases were synthesized using self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in the microwave assisted mode. For the produced composites abrasive wear resistance tests were carried out using the pin-on-flat method with reciprocating motion for different load values (0.1, 0.2 and 0.5 MPa), while maintaining other parameters (sliding distance, speed) constant. The sliding distance equaled 2000 m with the average speed of 0.3 m/s, whereas the flat counterpart was made of CT70 tool steel with the hardness of 67 HRC and roughness Ra = 0.4÷0.6. Before testing both of the tribosurfaces were degreased with acetone. Volumetric sample consumption was investigated and changes in the structure of the working surfaces were analyzed. Optical and scanning electron microscopy analysis were also performed and elaborated in order to facilitate understanding and interpretation of the wear mechanisms. It was confirmed that the composite materials exhibit more than two times higher wear resistance than that of the matrix itself. The wear rate of the matrix falls within the range of 3.5÷5.5-10−4mm3/Nm, while for the composite material - 1.3÷2.4-10−4 mm3/Nm. In the Al-Si matrix the main wear mechanism was identified to be based on plastic deformation composed of scaling and cracking processes, while for the MAX phase composite it is principally abrasive wear leading to pre-fracture, delamination and extraction of MAX phase platelets.

PL

Opracowano metodę wytwarzania kompozytów na osnowie stopu Al-Si wzmocnionego fazami typu MAX metodą infiltracji ciśnieniowej porowatych preform. Fazy typu MAX syntezowano metodą samorozprzestrzeniającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS) wspomaganej mikrofalami. Dla wytworzonych kompozytów przeprowadzono badania odporności na zużywanie ścierne metodą pin-on-flat realizującą ruch posuwisto-zwrotny dla różnych wartości obciążenia (0,1, 0,2 i 0,5 MPa) przy zachowaniu pozostałych parametrów (droga ścierania, prędkość) stałych. Droga ścierania wynosiła 2000 m przy prędkości średniej 0,3 m/s, zaś przeciwpróbka wykonana była ze stali. Zbadano objętościowe zużycie próbki oraz przeanalizowano zmiany w strukturze powierzchni współpracujących. Przeprowadzono analizę mikroskopową metodami mikroskopii optycznej i skaningowej w celu ułatwienia zrozumienia i interpretacji mechanizmów zużycia. Potwierdzono, że materiały kompozytowe wykazują ponad dwa razy większą odporność na zużywanie ścierne od materiału osnowy. Współczynnik zużycia osnowy wynosił 3,5÷5,5x10−4 mm3/Nm, podczas gdy dla materiału kompozytowego był równy 1,3÷2,4⋅10−4 mm3/Nm. W przypadku osnowy Al-Si zaobserwowano mechanizm zużycia oparty na odkształceniu plastycznym, zaś dla kompozytu wzmocnionego fazami typu MAX było to głównie zużywanie ścierne, prowadzące do powstania pęknięć, delaminacji i ekstrakcji fragmentów płytek faz typu MAX.

16

Digital Image Correlation and nanoindentation in evaluation of material parameters of cancellous bone microstructure

Kokot G., Skalski K., Makuch A., Ogierman W.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2017

|

Vol. 83, nr 1

10--16

EN

Purpose: Purpose of this paper is to present the possibilities of the application of the two methods: Digital Image Correlation and nanoindentation in porous bone tissues testing. Firstly, as a tool in the evaluation process of material parameters for porous microstructures, such as bone tissues or other foams and, secondly, as validation and verification tools for finite element analysis of bone or foams structures. Those methods are helpful when the high accuracy of the mechanical parameters of porous microstructures is required. Design/methodology/approach: Two methods: Digital Image Correlation (DIC) and nanoindentation are used as an efficient approach in the evaluation process of material parameters or constitutive relationship of porous structures like bone tissues. Digital image correlation enlarges the accuracy of classical mechanical tests and the nanoindentation allows to look inside the microstructure. Findings: The proposed methods were found to be effective in experimental testing and material parameters evaluation process of some special materials. Among them are porous structures, such as bone tissue. Additionally, the DIC is an excellent tool for finite element model validation and results verification. Practical implications: The presented method based on the combination of the Digital Image Correlation and nanoindentation presents new possibilities in material testing fields, material behavior and parameters evaluation. They have great advantages, among others, in the field of testing of porous bone structure or determining the mechanical parameters of bone tissue. Originality/value: The paper presents methods for testing the complicated porous bone structures: evaluating mechanical behavior of the whole structure and evaluating mechanical properties of the single element of the structure. The mechanical parameters of human cancellous bone structures are presented as the preliminary research results.

17

Nowa technologia infiltracji (impregnacji) porowatych struktur układów tribologicznych z cząstkami smarów stałych i powłok otrzymywanych technologią metalurgii proszków

Wiśniewska-Weinert H., Lijewski M., Sulej-Chojnacka J., Leshchynsky V.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2016

|

T. 27, nr 1

59--71

PL

W skali światowej ok. 30–50% energii produkowanej corocznie pochłaniają opory tarcia. Ważnymi zjawiskami towarzyszącymi tarciu, o dużym znaczeniu technicznym, są procesy zużywania materiałów trących oraz smarowanie. Zużycie tribologiczne jest rodzajem zniszczenia powierzchni spowodowanego procesami tarcia, w którym następuje zmiana struktury i fizycznych własności warstw wierzchnich obszarów styków, jak również lokalne ubytki masy. Intensywność zużycia tribologicznego zależy od odporności na ścieranie obszarów tarcia warstw wierzchnich oraz od rodzaju oddzia- ływania. W celu wydłużenia czasu użytkowania części maszyn cząstki smarów stałych są zwykle dodawane do proszków metali przed procesem spiekania. Jednak skuteczność działania tych materiałów jako smarów jest bardzo niska ze względu na degradację termiczną podczas spiekania detali proszkowych. W takim przypadku technika ciśnieniowej impregnacji spieczonych części proszkowych wydaje się być dobrym rozwiązaniem. Dlatego tak ważnym elementem jest dobranie odpowiedniego smarowania oraz modyfikacja warstwy wierzchniej. W pracy przedstawiono wyniki badań nad nową technologią impregnacji ciśnieniowej. Metoda ta stosowana jest do modyfikacji tulei ślizgowych. Istotnym elementem nowo opracowanej technologii są parametry prowadzonego procesu oraz właściwości fizyczne (rodzaj, wielkość, struktura, geometria) impregnowanych cząstek smaru stałego. Modyfikacja warstwy wierzchniej za pomocą procesu impregnacji ciśnieniowej współpracujących układów tribologicznych wpływa na wydłużenie czasu pracy określonych par trących. Celem pracy było scharakteryzowanie technologii impregnacji ciśnieniowej, zjawisk zachodzących podczas infiltracji oraz określenie parametrów technologii impregnacji ciśnieniowej.

EN

On a global scale approx. 30–50% of energy generated every year is absorbed by friction resistance. Important phenomena, which accompany friction and have great technical importance, include processes of wear of friction materials and lubrication. Tribological wear is a type of surface destruction caused by friction processes, which result in change of structure and physical properties of surface area of contacts as well as local weight losses. Intensity of tribological wear depends on resistance of surface layer friction areas to abrasion as well as type of influence exerted. In order to extend the period of use of machine parts, HTSL particles are usually added to metal powders before sintering processes. However, such materials are barely effective as grease due to thermal degradation during sintering of powder details. In this case the technique of pressure impregnation of sintered powder parts appears to be a good solution. Therefore, selection of appropriate lubrication and modification of the surface layer is a very important element. This work presents results of research on a new technology of pressure impregnation. This method is used for modification of slide sleeves. Significant elements of the newly developed technology include parameters of the process conducted and physical properties (type, size, structure, geometry) of impregnated HTSL particles. Modification of the surface layer with the use of the pressure impregnation process of cooperating tribological systems influences the service life of specified friction pairs. The aim of this work was to characterize the pressure impregnation technology and phenomena appearing during infiltration as well as determination of parameters of the pressure impregnation technology.

18

Temperature induced development of porous structure of bituminous coal chars at high pressure

Howaniec N.

Journal of Sustainable Mining

|

2016

|

Vol. 15, iss. 3

120--124

EN

The porous structure of chars affects their reactivity in gasification, having an impact on the course and product distribution of the process. The shape, size and connections between pores determine the mechanical properties of chars, as well as heat and mass transport in thermochemical processing. In the study the combined effects of temperature in the range of 973e1273 _K and elevated pressure of 3 MPa on the development of porous structure of bituminous coal chars were investigated. Relatively low heating rate and long residence time characteristic for the in-situ coal conversion were applied. The increase in the temperature to 1173 _K under pressurized conditions resulted in the enhancement of porous structure development reflected in the values of the specific surface area, total pore volume, micropore area and volume, as well as ratio of the micropore volume to the total pore volume. These effects were attributed to the enhanced vaporization and devolatilization, as well as swelling behavior along the increase of temperature and under high pressure, followed by a collapse of pores over certain temperature value. This proves the strong dependence of the porous structure of chars not only on the pyrolysis process conditions but also on the physical and chemical properties of the parent fuel.

19

Individual implants of a loss of palate fragments fabricated using SLM equipment

Dobrzański L. A., Dobrzańska-Danikiewicz A., Gaweł T. G.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2016

|

Vol. 77, nr 1

24--30

EN

Purpose: The aim of the article is to present the new conception of design and manufacturing individual implants of a loss of palate fragments using Selective Laser Melting equipment. Design/methodology/approach: The designed virtual model of scaffolds have been produced in a process of selective laser melting (SLM). For their preparation titanium alloy powder - Ti6Al4V of suitable granulation and shape has been used. Thus obtained scaffolds have been observed in a scanning electron microscope. The structure of the pores is compatible with the shape of a designed unit cell. The outcarried EDS analysis has confirmed the chemical composition of the tested material. Findings: In the framework of research innovative porous biomimetic materials called scaffolds with the well-defined regular structure of open pores have been used. Virtual implant models have been made using Computer Aided Materials Design. They have the geometrical dimensions corresponding to a fragment of a loss of a human palate. Porous and regular structure with defined geometric dimensions and shape are designed in the form of the unit cell, which has then been subjected to the multiplication process. Practical implications: The scaffolds fabricated in the SLM process create conditions for their application as implants of a loss of palate fragments. Originality/value: Implants for the whole palate or its part, required due to mechanical injuries, tumorous diseases or cleft palate are original at the basis of a literature review.

20

Microwave assisted self-propagating high-temperature synthesis of Ti2AlC MAX phase

Koniuszewska A., Naplocha K.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 2

109--112

EN

A novel manufacturing method of Ti2AlC MAX phases with TiC carbides was elaborated. Compacted from elemental powders, the samples were heated and synthesized in a microwave field under atmospheric pressure. Microwave radiation selectively heats the reactant particles, though additional SiC support was required. Graphite can be classified as a good absorber whereas in Al, Ti metallic particle electric eddy currents are induced only on the surface. Microwaves heat material from the inside to the outside and usually concentrate on the interface between materials with a different dielectric loss factor. Therefore, it is possible to induce and conduct the reaction, on the microscale, at metal-ceramic or even metal-metal contact points. Energy was transferred from the magnetron through the waveguide and after a few seconds synthesis began and spread to the entire volume of the cylindrical sample. The initiated SHS synthesis first proceeded with the formation of Al-Ti intermetallic and TiC precipitates whose highly exothermic reactions resulted in a significant increase in temperature to ca. 1600°C. Next, these phases are almost completely transformed into plate-like Ti-Al-C MAX phases forming a porous structure of the samples. Such materials can be ideal for components working in extreme conditions (heat exchangers, catalyst substrates, filters) or for composite reinforcing.

PL

Opracowano metodę wytwarzania MAX faz typu Ti2AlC zawierającej wtrącenia węglików TiC. W celu zainicjowania syntezy wypraskę z proszków nagrzewano w polu mikrofalowym pod ciśnieniem atmosferycznym. Promieniowanie mikrofalowe selektywnie nagrzewa proszki substratów, jednakże zastosowano dodatkowo podkładkę wykonaną z SiC, która pełniła rolę absorbera. Grafit jest uważany za materiał dobrze pochłaniający energię mikrofalową, natomiast na powierzchni drobnych cząstek metalicznych Al, Ti są indukowane prądy elektryczne, co przy określonej oporności skutkuje wzrostem temperatury. Mikrofale nagrzewają materiał od wewnątrz i często koncentrują się na styku pomiędzy materiałami o różnym współczynniku strat dielektrycznych. W związku z tym możliwe jest indukowanie i kontrolowanie reakcji na styku cząstek metal-ceramika czy nawet metal-metal. Energia mikrofalowa była przenoszona z magnetronu, za pomocą falowodu, do komory procesowej, aby po kilku sekundach uruchomić syntezę SHS, która rozprzestrzeniała się w całej objętości cylindrycznej próbki. Po zainicjowaniu reakcji powstawały związki międzymetaliczne typu Ti-Al oraz węgliki TiC, co wydzielało znaczne ilości ciepła, powodując wzrost temperatury do ok. 1600°C. Następnie, związki te prawie całkowicie przekształcają się w płytkowe Ti-Al-C MAX fazy, które w makroskali tworzą porowatą strukturę próbki. Materiały takie mogą być wykorzystane na elementy pracujące w ekstremalnych warunkach (wymienniki ciepła, katalizatory, filtry) lub jako umocnienie materiałów kompozytowych.