Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ azotowania jarzeniowego na właściwości powłok stalowych natryskiwanych cieplnie

Babul T., Olbrycht A., Pawlik S., Trojanowski J.

Welding Technology Review

|

2018

|

R. 90, nr 9

13--18

PL

Technologie hybrydowe to jeden z kierunków rozwoju inżynierii materiałowej. Wpisują się w tę tematykę badania nad poprawą właściwości użytkowych powłok stalowych natryskiwanych cieplnie poprzez obróbkę cieplno-chemiczną. W pracy przedstawiono wyniki badań powłok natryskiwanych łukowo ze stali odpornych na korozję X46Cr13 i X2Cr-Ni18-9 i następnie azotowanych jarzeniowo. Azotowanie jarzeniowe wykonano na potencjale katody przy następujących parametrach: w temperaturze 450 °C przez 6 h i w temperaturze 530 °C przez 4 h. Opisano oraz przedstawiono wyniki następujących badań: badań metalograficznych, analizy punktowej jakościowej i ilościowej EDS, pomiaru twardości HV, rozkładu twardości, pomiaru parametrów chropowatości, badań odporności na zużycie metodą Amslera. W wyniku badań stwierdzono, że azotowanie jarzeniowe powoduje wzrost twardości oraz odporności na zużycie przez tarcie powłok natryskiwanych cieplnie ze stali odpornych na korozję X46Cr13 i X2CrNi18-9. Technologia hybrydowa łącząca natryskiwanie cieplne stali odpornej na korozję martenzytycznej X46Cr13 i azotowanie jarzeniowe w temperaturze 530 °C przez 4 h zapewnia wytworzenie powłoki o najwyższej twardości i odporności na zużycie ze wszystkich badanych powłok. Powłoka taka może zostać zastosowana do regeneracji części maszyn, od których wymaga się szczególnie wysokich właściwości użytkowych.

EN

Hybrid technologies are one of the directions of materials engineering development. They contribute to the subject of research on improving the performance of thermally sprayed steel coatings by thermo-chemical treatment. The paper presents the test results of arc spraying stainless steel coatings and then glow-discharge nitrided. The glow-discharge nitriding was performed with the following parameters: at 450 °C for 6 hours and at 530 °C for 4 hours. The results of the following tests are described and presented: metallographic (SEM), qualitative and quantitative analysis point EDS, measurement of hardness HV, hardness distribution, measurement of roughness parameters (Ra, Rz), wear resistance by the Amsler method. The results showed that the glow-discharge nitriding increases the hardness and the frictional wear resistance of thermal sprayed stainless steel X46Cr13 and X2CrNi18-9 coatings. The hybrid technology, combining thermal spraying of martensitic stainless steel X46Cr13 and glow-discharge nitriding at 530 °C for 4 hours, provides formation of a coating with the highest hardness and wear resistance of all the tested coatings. This coating can be applied to the regeneration of machine parts, which are required to have particularly high useful properties.

2

Thermal and mechanical characterization of zirconium based LPPS coatings on glass

Drajewicz M.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2017

|

Vol. 41, nr 4

31--40

EN

The basic factor limiting the use of glasses is their unsatisfactory mechanical strength. The improvement of the mechanical strength of glasses is usually obtained by applying their respective thin surface layers. The object of the research was glass coated with zirconium oxide. For the application of zirconium oxide layer, LPPS (Low Pressure Plasma Spraying) method was used. The resulting materials were subjected to detailed examination of the thermal properties (cp-DSC, dilatometer, laser flash analysis), and mechanical tests (Vickers hardness and modulus of elasticity). The study showed that the obtained LPPS layer of zirconium oxide (IV) on glasses influence the improvement of the mechanical properties. It has been shown that the applied layers have high adhesion to the substrate.

PL

Właściwości mechaniczne szkła decydują o ich rozwoju i zastosowaniu w technice. Ograniczają jednak często wciąż ich właściwości użytkowe. Szczególnie dotyczy to właściwości, które zależą od składu fazowego i budowy warstwy wierzchniej szkła. Stąd poprawę tych właściwości szkła, zwłaszcza wytrzymałościowych, obecnie uzyskuje się przez modyfikowanie ich warstwy wierzchniej lub konstytuowanie nowej warstwy na podłożu szkła, m.in przez wytworzenie cienkiej warstwy tlenkowej metodami inżynierii powierzchni. W niniejszej pracy przyjęto założenie, że zastosowanie stabilizowanego tlenku ZrO2 w procesie fizycznego osadzania z fazy gazowej w warunkach obniżonego ciśnienia pozwoli na wytworzenie stabilnej warstwy wierzchniej na podłożu szkła. Założono, że wytworzona warstwa zapewni również zwiększenie efektu umocnienia szkła krzemianowo – sodowo – wapiennego. Wykonano pomiary właściwości cieplnych i wytrzymałościowych oraz przeprowadzono analizy uzyskanych wyników.

3

Wpływ zawartości kobaltu na właściwości powłok WC-Co natryskiwanych naddźwiękowo

Olbrycht A., Pawlik S.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

nr 3

45--53

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań powłok WC-Co natryskiwanych metodą płomieniowa naddźwiękową z proszków o zawartości kobaltu 12 i 17%. Zbadano wpływ wielkości ziarna natryskiwanego proszku WC-Co na właściwości powłok. Opisano oraz przedstawiono wyniki badań: metalograficznych, twardości HV, metodą DSI (Depth Sensing Indentation), zarysowania (scratch test), przyczepności oraz twardości Rockwella HRC. Stwierdzono, że w wyniku natryskiwania cieplnego metodą naddźwiękową proszków WC-Co otrzymano powłoki o zwartej budowie, nieznacznej porowatości oraz dobrej przyczepności do podłoża. Powłoki natryskiwane naddźwiękowo z proszku o wyższej zawartości Co 17% mają wyższą twardość (zmierzoną metodą DSI na powierzchni powłoki), niż powłoki natryskane cieplnie z proszku o zawartości 12% Co. Najwyższą średnią wartość modułu Younga odnotowano w przypadku powłoki natryskanej z proszku WC-17Co (-20+5 µm), powłoka ta ma również najwyższe twardości mierzone metoda DSI: indentacyjną, Martensa oraz Yickersa.

EN

The paper presents the results of the examinations of WC-Co coatings sprayed by high velocity flame method with powder containing different amounts of cobalt. The impact of particle size of the sprayed WC-Co powder on the properties of the coatings was also examined. The paper describes and presents the results of the following te.sts: metallographic tests, hardness measurement HV, testing by DSI method (Depth Sensing Indentation), scratch test, adhesion test and measurement of Rockwell hardness HRC. It was found that by supersonic thermal spraying with WC-Co powders with different content of Co and with various particle sizes, the, coatings of compact structure, slight porosity and a very good adhesion to the substrate were obtained. It was also found that the thermally sprayed coatings with the powder with a higher Co content, ie. 17% have higher hardness, as measured by the DSI method, on the surface of the coating than the coatings sprayed thermally with the powder containing 12% Co. The highest average vahic of Young's modults was observed for the coating sprayed with the WC-Co83/l7 (-20-5 µm) powder, this coating has also the highest hardness measured by DSI method: indentation hardness, Martens hardness and Yickers hardness.

4

Wpływ warunków procesu spiekania na wybrane właściwości kompozytu TiN-TiB2

Wyżga P., Zybura-Skrabalak M., Jaworska L., Szutkowska M.

Prace Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania. Zeszyty Naukowe

|

2015

|

nr 91

125--125

PL

Azotki i borki metali przejściowych z grupy IV, V, VI układu okresowego (np. Ti, Zr, Nb, Ta) charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, takimi jak twardość, moduł Younga czy odporność na działanie wysokich temperatur. W porównaniu z tlenkami odznaczają się lepszą stabilnością chemiczną w wysokich temperaturach i odpornością na pękanie powierzchniowe. Kombinacja tych właściwości powoduje, że coraz częściej podejmowane są próby otrzymania kompozytów o osnowie borków i azotków, o jak najlepszym zagęszczeniu, do zastosowań wysokotemperaturowych oraz do pracy w warunkach zużycia ściernego. Dotychczasowe badania wykazały, że kompozyt TiN–TiB2 charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami tribologicznymi w wysokich temperaturach. Niska spiekalność azotków i borków wynika z ich wysokiej temperatury topnienia oraz niskiego współczynnika dyfuzji. Według danych literaturowych trudności w otrzymywaniu kompozytów TiN–TiB2 wiążą się również z utratą azotu podczas spiekania, które to zjawisko obserwujemy w temperaturach powyżej 1800°C. Proces ten wpływa na wzrost porowatości i obniżenie właściwości mechanicznych kompozytu. Otrzymanie kompozytu składającego się z tych dwóch faz, o wysokim stopniu zagęszczenia, w tym przypadku jest trudne do realizacji metodami konwencjonalnymi, dlatego prowadzone są próby spiekania z wykorzystaniem reakcyjnej metody SHS, która wymaga zastosowania prekursorów Ti, BN, B lub TiH2 i BN. Mieszanki proszków TiN–TiB2 spiekane są zazwyczaj metodami HP, HIP, ciśnieniowymi z bezpośrednim grzaniem przepływającym prądem SPS/FAST lub reakcyjnie (SPS–SHS). Wytworzenie kompozytu TiN–TiB2 o dobrych właściwościach mogłoby poszerzyć zastosowanie TiN i TiB2, ograniczone ze względu na trudną spiekalność. W prezentowanej pracy przeprowadzono analizę wpływu dodatku TiB2 na spiekalność i właściwości fizyczno-mechaniczne kompozytów TiN–TiB2 z wykorzystaniem różnych metod spiekania tj. swobodnego, mikrofalowego, SPS/FAST, HP–HT. Przeprowadzono analizę spiekalności mieszanek mikrometrycznych i nanometrycznych proszków TiN–TiB2. Zastosowano dwa rodzaje mieszanek: 70% mas. TiN – 30% mas. TiB2, 50% mas. TiN – 50% mas. TiB2. Z analizy wykresu fazowego materiałów TiN–TiB2 wynika, że temperatura topnienia wytypowanych mieszanek powinna być niższa od temperatury topnienia każdej z faz TiN i TiB2. Badania wykazały, że kompozyt z 30% mas. TiB2 ma wyższą gęstość względną od kompozytów z 50% masy TiB2. Materiały o najwyższych właściwościach fizycznych i mechanicznych otrzymano z proszków mikrometrycznych o składzie 70% mas. TiN – 30% mas. TiB2 i 50% mas. TiN – 50% mas. TiB2. Uzyskane właściwości fizyczne i mechaniczne w spiekach TiN–TiB2 otrzymanych metodami wykorzystującymi podwyższone ciśnienie SPS/FAST, HP–HT, wskazuje na możliwość spiekania tych materiałów w temperaturze niższej o 600°C w porównaniu do spiekania swobodnego. W typowym procesie spiekania swobodnego wygrzewanie w temperaturze wytrzymania trwa godzinę, podczas gdy spiekanie SPS/FAST i HP–HT w przypadku badanych kompozytów wyniosło odpowiednio 5 minut i 40 sekund. Z rezultatów badań wynika, że metody ciśnieniowe intensyfikują procesy dyfuzyjne, co prowadzi do ograniczenia czasu spiekania do kilku minut w metodzie SPS/FAST lub sekund w metodzie wysokociśnieniowej. Wykazano jednoznacznie korzystny wpływ metody SPS/FAST na proces spiekania kompozytu TiN–TiB2. Materiały spiekane tą metodą charakteryzują się korzystnym ściskającym charakterem naprężeń na powierzchni kompozytu i niewielkim rozrostem ziarna w porównaniu do spieków o tym samym składzie fazowym, otrzymanych metodą spiekania swobodnego. Wykazano także konieczność stosowania ciśnieniowych metod spiekania w przypadku nanoproszków TiN–TiB2. Uzyskane wyniki badań potwierdzają tezę, że zastosowanie niekonwencjonalnych technik spiekania pozwala otrzymać materiały o wyższym zagęszczeniu i lepszych właściwościach fizycznych i mechanicznych w porównaniu do materiałów otrzymanych metodą spiekania swobodnego, szczególnie w odniesieniu do nanoproszków TiN–TiB2.

EN

The work was carried out to investigate the influence of sintering conditions on nano and micropowders of TiN–TiB2. The conventional, microwave, SPS/FAST, and HP–HT sintering methods were used. Two types of mixtures containing 70% TiN - 30% TiB2 and 50% TiN – 50% TiB2 by mass were sintered. The analyzes of chemical and phase composition, microstructure examination by SEM and TEM, measurements of internal stresses, selected physical and mechanical properties (density, Young's modulus, microhardness, surface cracking resistance) and measurement of the nitrogen content by extracting heat were carried out. It has been clearly demonstrated that pressure methods of sintering like SPS/FAST and HP–HT have beneficial effect on consolidation process of the TiN–TiB2 composite. Materials sintered by these methods were characterized by good physical and mechanical properties. It was also shown that there is a need to use pressure method of compaction during sintering of TiN–TiB2 nanoparticles. The results confirm the thesis that the use of non-conventional sintering techniques allows to obtain materials with higher density and better physical and mechanical properties compared to the materials obtained by free sintering, particularly with regard to TiN–TiB2 nanopowders.

5

Odporność na pękanie ceramiki Y2O3

Boniecki M., Librant Z., Wesołowski W., Gizowska M., Osuchowski M., Perkowski K., Witek A., Witosławska I., Karczmarz M.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 4

378--382

PL

W niniejszej pracy zmierzono odporność na pękanie ceramiki z tlenku itru o średniej wielkości ziaren ok. 6 μm poprzez analizę pęknięć wywołanych odciskiem twardościomierza Vickersa. Wartości KIc były wyliczone kilkoma sposobami, opracowanymi przez różnych autorów. Otrzymane wyniki mieszczą się w granicach od 1,0 MPa∙m1/2 do 1,5 MPa∙m1/2, ale są mniejsze od wyników wyznaczonych metodą zginania trójpunktowego belki z karbem (ok. 1,8 MPa∙m1/2).

EN

In this study we have measured fracture toughness of yttrium oxide ceramics, which had a mean grain size of approx. 6 μm, by analyzing cracks of stress cracking impressions of a Vickers pyramid. Values of KIc were calculated by means of several formulas that originated from analytical considerations of different authors. The obtained results were in the range of 1.0-1.50 MPa∙m1/2, being smaller than those obtained by the three-point bending method (approx. 1.8 MPam1/2).

6

Hydrostatic extrusion of Al coated titanium obtained by the magnetron technique

Pachla W., Kulczyk M., Skiba J., Przybysz S., Czyżniewski A., Betiuk M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2015

|

Vol. 68, nr 1

25--31

EN

Purpose: The paper synthetically presents the ideas of hydrostatic extrusion of metals in order to obtain strong refinement of their structure. It seems that modification of extruded material and the surfaces of dies may be one of the methods for limiting these adverse phenomena. The paper describes the role of lubricating the Al layer during the titanium extrusion process. Design/methodology/approach: Studies concerning this technique are conducted at The Polish Academy of Sciences Institute of High Pressure Physics. Due to strong plastic deformations (SPD), the cumulative hydrostatic extrusion (HE) process must be used, i.e. the process of step-by-step extrusion with low deformation ratio for each step, the deformations created in each step accumulate and result in strong cumulative deformation. Findings: This is because the available working pressures of extrusion presses are limited, thus limiting the maximum deformation ratio available in a single extrusion pass. This limitation is additionally sharpened by higher strength of material deformed in cold state or at low temperatures. Research limitations/implications: Due to tribological conditions existing between the extruding tool (a die) and the flowing material, the die becomes worn quickly and the finishing quality (roughness) of the extruded material surface deteriorates. Practical implications: As a result, the extruding pressure increases which has a negative impact, the machine and tooling load becomes higher and the phenomenon of abrupt outflow of the material being extruded from the extruding tool occurs, causing poor tolerances of lateral dimensions of the product. Originality/value: The process of depositing Al coatings on cylindrical surfaces of titanium material being extruded using the PA PVD technique was presented in detail. Also, the paper describes examinations of Al coating properties and structure of Grade 3 titanium in subsequent steps of hydrostatic extrusion process.

7

Transient Liquid Phase bonding of γTiAl using Al films and SPS method

Szastak K., Matsuura K., Kata D., Ohno M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2014

|

Vol. 67, nr 1

5--13

EN

Purpose: Investigation of joining γ-titanium aluminides using Al interlayers. Design/methodology/approach: : In order to achieve a proper joining of TiAl elements, a method known as Transient Liquid Phase (TLP) bonding was combined with Spark Plasma Sintering (SPS). All the experiments were performed under a uniaxial pressure of 7.4 MPa in a vacuum to prevent possible oxidation of liquid Al in the interlayer. The study analyzed the difference in microstructure of joints achieved with Al film thicknesses of 50, 100, 200 and 300 μm, as well as two different bonding temperatures of 900 and 1100°C. After bonding the samples were cross-sectioned, polished using 220-1200 mesh SiC paper, and 1/4 μm diamond dispersion, and analyzed using OM, SEM, EDS and EBSD, while Vickers hardness tests were performed to compare the hardness of the joint to that of the base material. Findings: The analysis of the microstructures revealed that a joint has been created between the two starting γTiAl elements. The bond consisted of TixAly phases, with some presence of Ti2AlC and TiC. The Vicker’s hardness tests reviled in some cases similar results to those of base material. Research limitations/implications: Presence of carbon rich phases within the joint, are the result of graphite mold and filling what react with molten Aluminum. This can be counteracted by replacing graphite with prefabricated TiAl powder after SHS. That however results in increasing the amount of phases such as Ti3Al, TiAl2 and TiAl3, different from the original γTiAl within the joint. An increase in bonding time and temperature could allow for faster homogenization in the joint, but would make the process more expensive and time-consuming. Practical implications: The process allows for creation of strong joints, showing signs of homogenization. Low temperature and short time makes it a possible candidate for joining γTiAl elements. Originality/value: The use of Al instead of commonly used Cu or Ni, allows minimalization of introduce impurities into the joint, while Al is still cheap and common and thus doesn’t increase the cost of the process.

8

Właściwości mechaniczne przeświecalnego spinelu MgAl2O4

Boniecki M., Karczmarz M.

Materiały Elektroniczne

|

2012

|

T. 40, nr 4

3-9

PL

W pracy badano w temperaturze pokojowej takie właściwości mechaniczne ceramiki spinelowej (MgAl2O4) jak: wytrzymałość na zginanie czteropunktowe, odporność na pękanie, moduł sprężystości (Younga) oraz twardość Vickersa. Odporność na pękanie zmierzono pięcioma metodami. Poza jednym przypadkiem uzyskane wyniki są do siebie zbliżone i są porównywalne z danymi literaturowymi dla ceramik o zbliżonych wielkościach ziaren.

EN

The following mechanical properties of spinel ceramics (MgAl2O4) were examined: bending strength, fracture toughness, Young's modulus and Vickers hardness. Fracture toughness was determined using five methods. Apart from one case, the results are similar and comparable with literature data on ceramics with particles of analogous sizes.

9

Application of lipase in shaping Al2O3-mullite composites

Szafran M., Bednarek P., Piwowarski P.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 1

90-94

EN

The paper presents the method of Direct Coagulation Casting (DCC) which is a recently developed method of near-netshaping of ceramic components at low costs. The process relies on electrostatic stabilized ceramic suspensions and their destabilization owing to time delayed in situ reactions. In the method, the enzyme-catalized reaction is used to shift the pH of the ceramic suspension to the isoelectric point, which causes coagulation of the slurry. The aim of this work is the research on shaping alumina-mullite composites with the application of a lipase-catalyzed decomposition of glycerin triacetate. Zeta potential measurements in relation to pH were performed and the appropriate substrate and enzyme was chosen to conduct controlled coagulation of ceramic slurry. In the DCC method, the optimal composition of ceramic suspension was experimentally chosen. The slip gaining a high concentration of ceramic powders, small amount of organic additives, good flow properties and the shortest time after which the intensive increase of viscosity, was considered as optimal. The paper also presents the results of the viscosity of slurries with different concentrations of dispersant and lipase. The sintering temperature leading to the best density and mechanical strength parameters was found to be 1600°C. The relative densities of DCC sintered samples were higher than 95%. The Vickers hardness and fracture toughness KIC for DCC sintered samples were measured. The main conclusion is that the DCC method, using the lipaze-catalyzed decomposition of glycerin triacetate, can be successfully applied to the formation of complex-shaped alumina-mullite composites. Very good mechanical properties can be achieved due to the low content of binders and other additives.

PL

W ostatnich latach prowadzone są intensywne badania nad zastosowaniem technik formowania elementów ceramicznych opartych na układach koloidalnych. Do jednych z takich metod należy bezpośrednie odlewanie koagulacyjne (Direct Coagulation Casting, DCC), dzięki któremu można formować elementy o skomplikowanej geometrii, stosując ceramiczne masy lejne o wysokim stężeniu fazy stałej i małej ilości dodatków organicznych. Metoda DCC jest alternatywą dla formowania metodą wtrysku, wymagającą stosowania wysokich ciśnień oraz znacznej ilości dodatków organicznych oraz dla tradycyjnego formowania przez odlewanie do porowatych form gipsowych. W artykule przedstawiono wyniki badań nad formowaniem kształtek z kompozytów tlenek glinu-mullit z wykorzystaniem reakcji enzymatycznego rozkładu trójoctanu glicerolu lipazą. Wykonano pomiary potencjału zeta w funkcji pH dla czystych proszków tlenku glinu i mullitu oraz dla kompozytu wraz z pozostałymi składnikami ceramicznej masy lejnej. Na podstawie otrzymanych wyników dobrano substrat oraz enzym, pozwalające na przeprowadzenie kontrolowanej koagulacji masy lejnej. Na drodze eksperymentalnej dobrano optymalny skład masy lejnej tak, aby lepkość układu była stosunkowo niska, a czas koagulacji masy relatywnie krotki. Przedstawiono wyniki pomiarów lepkości ceramicznych mas lejnych w funkcji czasu dla rożnych ilości upłynniacza i lipazy w masie. Otrzymane elementy spieczono w temperaturze 1600°C. Uzyskano spieki o gęstości względnej powyżej 95% oraz o wysokich wartościach twardości mierzonej metodą Vickersa i odporności na kruche pękanie KIC mierzonej metodą pomiaru długości pęknięć wykonanych wgłębnikiem diamentowym Vickersa.

10

Kompozyty ceramiczne typu Al2O3-ZrO2 formowane z udziałem enzymów

Szafran M., Bednarek P., Piwowarski P.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 3

244-248

PL

Na przestrzeni ostatnich lat prowadzone są intensywne badania nad zastosowaniem technik formowania elementów ceramicznych opartych na układach koloidalnych. Do jednych z takich metod należy bezpośrednie odlewanie koagulacyjne (Direct Coagulation Casting, DCC), dzięki któremu można formować elementy o skomplikowanej geometrii, stosując ceramiczne masy lejne o wysokim stężeniu fazy stałej i małej ilości dodatków organicznych. W artykule przedstawiono wyniki badań nad formowaniem elementów z kompozytów tlenku glinu z tlenkiem cyrkonu z wykorzystaniem reakcji enzymatycznego rozkładu trójoctanu glicerolu lipazą. Na drodze eksperymentalnej dobrano optymalny skład masy lejnej tak, aby lepkość układu była stosunkowo niska, a czas koagulacji masy relatywnie krótki. Otrzymane elementy spieczono w temperaturze 1600°C. Uzyskano spieki o gęstości względnej powyżej 98% oraz o wysokich wartościach twardości mierzonej metodą Vickersa i odporności na kruche pękanie KIC , mierzonej metodą pomiaru długości pęknięć wykonanych wgłębnikiem diamentowym Vickersa.

EN

In recent years the forming processes of elements, in which the ceramic green bodies are produced from ceramic suspensions are being investigated. The Direct Coagulation Casting (DCC) is a new and promising method of molding samples from ceramic slips of high solid loading. In the method the enzyme-catalized reaction is used to shift the pH of the ceramic suspension to the isoelectric point, what causes the coagulation of the slurry. The aim of this work was the research on shaping alumina-zirconia composites with the application of lipaze-catalized decomposition of glycerin triacetate. In DCC method the optimal content of the casting slip was experimentally chosen. The slip gaining small amount of organic additives, good flow properties and the shortest time after which the intensive increase of viscosity was observed, was considered as optimal. The sintering temperature leading to the best density and mechanical strengh parameters was found to be 1600°C. The relative densities of DCC sintered samples were higher than 98%. The fracture toughness KIC for DCC samples are in the upper range of the values published for similar ceramics. The main conclusion is that DCC method, using the lipaze-catalized decomposition of glycerin triacetate, can be succesfully applied to forming of complex-shaped alumina-zirconia composites. Very good mechanical properties can be achieved due to the low content of binders and other additives.

11

Particle Swarm Optimisation of hardness in nickel diamond electro composites

Ramanathan K., Periasamy V.M., Pushpavanam M., Natarajan U.

Archives of Computational Materials Science and Surface Engineering

|

2009

|

Vol. 1, nr 4

232-236

EN

Purpose: This paper presents an efficient and reliable swarm intelligence-based approach, namely particle swarm optimization (PSO) technique, to optimize the hardness and the parameters that affect the hardness in the Ni-Diamond composite coatings. Design/methodology/approach: Particle swarm optimizers are inherently distributed algorithms, in which the solution for a problem emerges from the interactions between many simple individuals called particles. Nickel-diamond composite coatings are produced by electro deposition using sedimentation technique on mild steel substrate at various cathode current densities, pH and temperatures. Electro deposition was carried out from a conventional Watts bath. Natural diamond powder of 6-12 µm size was used in the study . Findings: The hardness value of composite coated specimens were measured using Vickers micro indentation technique. Non linear Regression model was developed using experimental data and was used as an objective function for optimizing hardness and their influencing parameters. The optimized hardness of Ni-diamond metal matrix was found to be 431VHN at pH = 2.5, Current density = 1 A/dm2 and temperature = 300°C. Research limitations/implications: The key advantage of PSO is its computational efficiency and less parameter required to be adjusted in order to get the optimum result compared to related techniques. A non linear regression model was developed for the unconstrained optimization of hardness in Ni-diamond composite coated metal matrix using experimental data and it was used as objective function in the maximization problem. Originality/value: The proposed approach utilizes the global exploration capabilities of PSO to search for the optimal solution.

12

Surface microstructure of high performance concrete submit to abrasive wear

Horszczaruk E., Kasperkiewicz J.

Tribologia

|

2006

|

nr 5

43-55

EN

The paper presents the results of the examinations of the abrasive resistance of the seven types of high performance concrete (HPC) with compressive strength of 75-115 MPa. The abrasion resistance of concrete was evaluated according to "underwater method" (ASTM C 1138). In the analysis of the microstructure of concrete applied were Vickers microhardness measurements and SEM photography on abraded of HPC samples.

PL

Betony wysokowartościowe (BWW) są coraz częściej stosowane w konstrukcjach narażonych na erozję abrazyjną, np. w konstrukcjach hydrotechnicznych czy filarach mostów. W pracy przedstawiono wyniki badań odporności na zużycie ścierne siedmiu betonów wysokowartościowych, których skład modyfikowany był dodatkami włókien: stalowych i polipropylenowych. Na podstawie badań mikrostrukturalnych powierzchni próbek betonowych, które wcześniej poddane były zużyciu ściernemu, dokonano analizy wpływu zastosowanych włókien na odporność na zużycie ścierne badanych betonów. Badania mikrotwardości wykonano z zastosowaniem metody DSI oznaczając twardość Vickersa matrycy cementowej. Wykonano również badania mikrostruktury warstwy powierzchniowej próbek betonowych za pomocą mikroskopu skaningowego.

13

Indentation fracture toughness of ceramics based on alumina

Szutkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 3

290-293

EN

Indentation technique based upon direct measurement of Vickers crack length as a function of indentation loading force was used for determination of the fracture toughness (K(IC)). Comparative calculations of the fracture toughness have been performed according to selected equations (as being representative) proposed by various authors. The carried out calculations and own measurements allow to verify and evaluate the usefulness of the proposed method in determining the K(IC) for ceramics based on alumina. The crack profile as a function of both the applied loading force and properties of material were observed. Chipping compliance was tested as well.

PL

Technika punktowego wciskania wgłębnika twardości Vickersa w badany materiał została wykorzystana do pomiaru odporności na pękanie (K(IC)). Odporność na pękanie wyznaczono w oparciu o bezpośredni pomiar długości pęknięć powstających w narożach odcisku twardości Vickersa, przy zastosowaniu różnej siły obciążającej wgłębnik. Obliczenia porównawcze odporności na pękanie K(IC) wykonano według wzorów zaproponowanych przez różnych autorów. Przeprowadzone obliczenia i pomiary własne pozwoliły na weryfikację i ocenę przydatności zaproponowanych metod do wyznaczania K(IC) dla ceramiki na bazie tlenku glinu. Przeprowadzono obserwację kształtu pęknięć w zależności od zastosowanej siły obciążającej wgłębnik i rodzaju materiału. Zbadano również podatność tworzywa ceramicznego na wykruszenia.

14

Zwiżalność, struktura i właściwości granic rozdziału w układzie Al/Al2O3

Sobczak N.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

301-312

PL

Na podstawie danych literaturowych i badań własnych przeprowadzono analizę czynników wpływających na wiarygodność i powtarzalność wyników badań wielkości kąta zwilżania w układzie Al/AI2O3. Badania przeprowadzono metodą kropli leżącej, stosując różne procedury wytwarzania kropli (CH - próbki Al i podłoża znajdują się w kontakcie podczas nagrzewania do temperatury badań, CP - osobne nagrzewanie próbek połączone z wyciskaniem kropli metalu z kapilary w momencie osiągnięcia temperatury badań) oraz różne procedury grzania (szybkie i powolne) przed testem zwilżalności. W celu określenia właściwości mechanicznych utworzonego połączenia kropla/podłoże schłodzone próbki po badaniach zwilżalności poddawano badaniom na ścinanie według udoskonalonej procedury sposobu push-off shear test. Otrzymane wyniki dowodzą, że oddziaływanie fizykochemiczne w układzie Al/Al2O3 jest procesem złożonym, który w zależności od temperatury jest zdominowany albo przez obecność powłoki tlenkowej na kropli Al (T< 1173 K), albo przez rozpuszczanie się podłoża Al2O3 w ciekłym Al (T> 1173 K). Dla sposobu CH zwiększenie temperatury przy takim samym czasie kontaktu polepsza zarówno zwilżalność, jak i wytrzymałość na ścinanie połączeń Al/AI2O3, natomiast przy T < 1173 K decydującą rolę w kształtowaniu mechanicznych właściwości połączenia odgrywa czas kontaktu. Usuwanie powłoki tlenkowej w sposobie CP efektywnie polepsza niskotemperaturową zwilżalność, a wytrzymałość na ścinanie jest porównywalna z wytrzymałością próbek wytworzonych sposobem CH w wysokiej temperaturze. Obróbka termocykliczna zwiększa trwałość połączeń otrzymanych przy T < 1173 K, natomiast dla warunków testu zwilżalności T> 1173 K wytrzymałość na ścinanie po obróbce termocyklicznej maleje wraz ze wzrostem temperatury testu zwilżalności.

EN

The paper discusses the literature data and results of own research on wettahility in the Al/AI2O3 system. The wettability tests were curried out by the sessile drop method using different testing procedures (CH - contact heating of Al and substrate samples up to the test temperature, CP - capillary purification technique which allows the separate heating of the samples while a drop is produced by squeezing a metal through capillary directly at the test temperature) and heating procedure (fast and slow heating) before wettability test. In order to examine the mechanical properties of Al/Al2O joints the improved procedure of push-off shear test was applied on solidified sessile drop samples. The results demonstrate that among different phenomena, affecting physico-chemical interaction and resulting wetting and bonding properties in Al/Al2O3 system, the presence of oxide film on Al drop is the most important factor at T < 1173 K, while at T> 1173 K the dissolution of the substrate in molten Al becomes a leading one. For CH technique and the same contact time, increasing temperature results in improvement of both wetting and shear strength, while at T< 1173 K the contact time is responsible for mechanical properties of Al/Al2O3 interfaces. The removal of oxide film from Al drop in CP technique effectively improves low temperature wetting, resulting in high shear strength, comparable to the samples produced by CH at high temperature. Thermo-cycling improves mechanical properties of Al/Al2O3 couples produced at T< 1173 K, but for those obtained at T >1173 K the shear strength of thermo-cyeled samples decreases with increasing temperature of wettability test.

15

Twadość Vickersa i odporność na pękanie wybranych kompozytów ceramicznych

Pędzich Z., Piekarczyk J., Stobierski L., Szutkowska M., Walat E.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

296-300

PL

Praca prezentuje wyniki badań twardości Vickersa i odporności na kruche pękanie takich faz ceramicznych, jak alfa-Al2O3, tetragonalne polikrysztaly ZrO2, SiC, Ti3SiC2 oraz kompozytów na osnowie tych faz. Stwierdzono, że wartość mierzonych twardości rośnie ze wzrostem obciążenia, do ustalenia pewnej wartości stałej. Porównano wyniki pomiarów współczynnika KIc uzyskane dwoma metodami - poprzez badanie wytrzymałości na zginanie próbek z nacictym karbem (SENB - Single Edge Notched Beam) oraz przez pomiar parametrów odcisków i pęknięć wywołanych w materiale nakłuwaniem piramidką Vickersa. Uzyskane rezultaty pozwalają wnioskować co do możliwości porównywania wartości współczynnika odporności na pękanie otrzymanych obiema metodami. Określają również zakresy obciążeń, w których możliwe jest stosowanie metody nakłuć dla poszczególnych materiałów.

EN

The paper presents results of the Vickers hardness and the fracture toughness investigations of several materials: a-alumina (a-Al2O3), yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals (TZP), silicon carbide (SiC), titanium-silicon carbide (Ti3SiC2) and composites on their matrix. It was established that values of Vickers hardness measured under the lowest loads are significantly lower that values achieved under higher loads (see Fig. 3). They also show big values of standard deviation. The results of KIc investigations (see Fig. 4 and Table 1) show that one mustn't to apply indentation method uncritically. Measured KIc values strongly depend on used loads, especially under loads when cracks started to appear. At this range measured KIc values reach extremely high level. They decrease with load increase. It is obvious that it is necessary to select the proper load for each material. The conformity between two methods of KIc measurements (indentation and SENB) is different for investigated materials. Relatively the best conformity is achieved for oxide materials and composites on their matrixes (especially for zirconiaj. Application of the indentation method for Ti3SiC2-based materials gave the worst conformity of results with these achieved by SENB method. It is probably due to very complicated way of cracking in these materials.

16

Ocena odporności na pękanie kompozytu Al2O3-ZrO2 metodą kontrolowanego rozwoju pęknięć

Szutkowska M., Boniecki M.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 8

439-443

PL

Wyznaczono odporność na pękanie K(Ic) oraz parametr charakteryzujący pole naprężeń szczątkowych wokół odcisku po próbie twardości Vickersa, dla kompozytu Al2O3-ZrO2 i porównawczo dla ceramiki tlenkowej Al2O3. Zastosowano metodę wprowadzania kontrolowanych pęknięć wstępnych, wytwarzanych podczas wciskania wgłebnika twardości Vickersa w badany materiał. Wartości K(Ic) porównano z danymi otrzymanymi z badań własnych, metodą konwencjonalną, podczas trójpunktowego statycznego zginania próbek typu SENB w kształcie belek z karbem naciętym mechanicznie. Przeprowadzono obserwacje zachowania się krzywych R podczas kontrolowanego rozwoju pęknięć dla obu prezentowanych metod.

EN

Fracture toughness K(Ic) and dimensionless parameter characterizing the integrated effect of the residual indentation stress field over the half-penny crack for the Al2O3-ZrO2 composite and comparatively for alumina ceramics has been determined. Indentation induced crack growth in bending based on controlled precracks generated by indentation of Vickers hardness indenter into tested material was used. These K(Ic) values with data obtained from own measurements by means of conventional method based on static three-point bending of SENB bends mechanically notched were compared. The relations of K(R) versus crack length c (R curve) for alumina ceramics and alumina-zirconia composite were revealed only for conventional method.

17

Failure behaviour of alumina cutting ceramics.

Szutkowska M.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 5

912-915

PL

Artykuł przedstawia zwięzły przegląd ważniejszych zagadnień dotyczących badania odporności na pękanie ceramiki na bazie tlenku glinu z uwzględnieniem ich praktycznego wykorzystania do sterowania jakością oraz jako wielkość dostarczającej użytecznych informacji w pracach badawczych. Przedstawiono niektóre metody doświadczalne bazujące na trójpunktowym lub czteropunktowym obciążaniu belek ze wstępnym pęknięciem oraz technice wciskania penetratora twardości Vickersa, stosowane do oceny zachowania się badanych materiałów podczas zniszczenia. Przeprowadzono również obserwację odporności na pękanie w funkcji rozwijającego się peknięcia (krzywa R).

EN

This paper has briefly reviewed some of the major concerns in testing of fracture toughness of alumina ceramics with their practical usage for a quality control and an informative quantity in research works. Some experimental methods based on the precracked beams loaded by three or four-point bending and Vickers hardness indentation technique have been presented to assessment the failure behaviour of tested materials. The crack growth resistance curve (R-curve) has been observed as well.