Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Characterisation of Micromechanical and Tribological Properties of Titanium Grade 2 after Cyclic Oxidation

Aniołek Krzysztof, Barylski Adrian

Tribologia

|

2023

|

nr 1

9--18

EN

This paper presents the characterisation of micromechanical and tribological properties of titanium Grade 2 before and after cyclic oxidation. The oxidation process was carried out at temperatures of 600°C, 650°C and 700°C in 4 and 12 cycles. Microscopic studies showed that oxide particle size increased with increasing oxidation temperature and the number of cycles. Titanium Grade 2 showed up to 3 times higher hardness after cyclic oxidation. The highest hardness (8.4 GPa) was obtained after 12 cycles of titanium oxidation at 650°C. Tribological tests were conducted in pairs with different materials (Al2O3, ZrO2, bearing steel 100Cr6). The presence of oxide layers obtained on the titanium surface resulted in a significant reduction in specific wear rate. Titanium Grade 2 showed the best resistance to sliding wear after cyclic oxidation at 600°C during sliding interaction with ZrO2 and 100Cr6 balls (unmeasurable wear under assumed test conditions). In the other test variants, the reduction in wear ranged from 37 to 96%.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości mikromechanicznych i tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu cyklicznym. Proces utleniania realizowano w temperaturze 600°C, 650°C i 700°C w 4 i 12 cyklach. W badaniach mikroskopowych wykazano, że wielkość cząstek tlenków rosła wraz ze wzrostem temperatury utleniania oraz liczby cykli. Tytan Grade 2 po utlenianiu cyklicznym charakteryzował się na wet 3-krotnie wyższą twardością. Największą twardość (8.4 GPa) uzyskano po 12 cyklach utleniania tytanu w temperaturze 650°C. Testy tribologiczne realizowano w skojarzeniu z różnymi materiałami (Al2O3 , ZrO2 , stal łożyskowa 100Cr6). Obecność warstw tlenkowych otrzymanych na powierzchni tytanu spowodowała znaczną redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odpornością na zużycie ścierne tytan Grade 2 charakteryzował się po utlenianiu cyklicznym w temperaturze 600°C podczas współpracy ciernej z kulkami ZrO2 oraz 100Cr6 (zużycie niemierzalne w przyjętych warunkach badań). W pozostałych wariantach badań redukcja zużycia wynosiła od 37 do 96%.

2

Finite element analysis of thermal stress in Cu2O coating synthesized on Cu substrate

Shorinov O.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2022

|

Vol. 115, nr 2

58--65

EN

Purpose: The paper aims to find the magnitude and nature of thermal residual stresses that occur during cooling of a copper sample with a thermally synthesized oxide layer of Cu2O. Design/methodology/approach: Thermo-mechanical analysis was performed by the finite element method using Ansys Software. The results of thermal analysis were used to study the resulting stress-strain state of the thin film/coating system after cooling. Findings: Based on the modeling results, the paper determined the most stress-strain areas of the sample with a coating, which are the free edges of the interfaces between the copper substrate and the Cu2O oxide layer. Research limitations/implications: The main limitations of the study are the use of certain simplifications in the condition setup, for instance, uniform cooling of the thin film/coating system, homogeneity and isotropy of substrate and thin film materials, invariance of their properties with temperature changes, etc. Practical implications: The results obtained can be used to control the stress-strain state of the thin film/coating system and prevent deformations and destruction of thin-film structures during their production and operation of products with them. Originality/value: The study of new promising methods for the formation of oxide nanostructures, for instance in a plasma environment, requires a sufficient theoretical basis in addressing the origin and development of stresses.

3

Characterization of oxide layers formed on 10CrMo9-10 steel operated for a long time in the power industry

Gwoździk Monika, Ullrich Christiane, Schimpf Christian, Rafaja David, Kulesza Sławomir, Bramowicz Mirosław

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 4

art. no. e137730

EN

This paper presents the results of diagnostic examinations conducted on the coils of super-heaters made of 10CrMo9‒10 steel that were operated in industrial conditions at 480°C for 130 thousand hours. The tube was exposed in a coal-fired boiler. The chemical and phase composition of the oxide/deposit layers formed on both sides of the tube walls (outside – flue-gas side and inside – steam side) and their sequence was examined using optical microscopy, scanning electron microscopy with electron backscatter diffraction and energy-dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction. The changes in the mechanical properties caused by corrosion and aging processes were concluded from the hardness measurements. In addition, the nature of cracks in the oxide layers caused by pressing a Vickers indenter was determined. The results of these examinations have shown a high degradation of steel on the flue-gas inflow side and identified the main corrosion products and mechanisms.

4

Type of Wear of Aluminium Oxide Layers Depending on Manufacturing Parameters

Niedźwiedź Mateusz

Tribologia

|

2020

|

nr 6

39--44

EN

The article presents the type of wear of Al2O3 layers produced on the aluminium alloy EN AW-5251 depending on the production parameters. Oxide layers were produced by using DC anodizing in a ternary electrolyte at variable current density and electrolyte temperature. The layer scratch tests were carried out using a Micron Gamma microhardness tester. The scratches of oxide layers were tested for the geometric structure of the surface using a Form TalySurf 2 50i contact profilograph. Contact thickness measurements were also made using a Dualscope MP40 device based on the eddy-current method. Using a scanning microscope (SEM), photos of the sample surfaces were taken to show and compare the surface morphology of the anodized layers in various parameters. Based on the research, it can be concluded that changes in the conditions of the production process of Al2O3 layers (electrolyte temperature and current density) have an impact on the type of tribological wear and changes in layer thickness. The largest thickness of the oxide layer (19.44 μm) was measured for Sample B produced at a current density of 3A/dm2 at an electrolyte temperature of 283 K, which was also characterized by the lowest value of the ratio of parameters f1 to f2 (0.584). The smallest thickness (5.32 μm) was measured for the Sample C anodized at 1 A/dm2at 303 K, this sample had the largest ratio f1 to f2 (1.068) for the produced Al2O3 layers. Thanks to the parameters f1 and f2 and the calculation of their ratio, the wear process for Sample B was determined as scratching and microcutting, while for Sample C as grooving.

PL

W artykule przedstawiono rodzaj zużywania warstw Al2O3 wytwarzanych na stopie aluminium EN AW-5251 w zależności od parametrów wytwarzania. Warstwy tlenkowe zostały wytworzone poprzez zastosowanie anodowania stałoprądowego w elektrolicie trójskładnikowym przy zmiennej gęstości prądowej oraz temperaturze elektrolitu. Testy zarysowania warstw przeprowadzono za pomocą testera mikrotwardości Micron-Gamma. Zarysowania warstw tlenkowych poddano badaniom struktury geometrycznej powierzchni z użyciem profilografometru kontaktowego TalySurf 2.50i. Wykonane zostały również pomiary grubości warstw tlenkowych metodą stykową z wykorzystaniem urządzenia Dualscope MP40 działającego w oparciu o metodę prądowo-wirową. Z użyciem mikroskopu skaningowego (SEM) wykonane zostały zdjęcia powierzchni próbek w celu pokazania i porównania morfologii powierzchni warstw anodowanych w różnych parametrach. Na podstawie badań można stwierdzić, iż zmiany warunków procesu produkcyjnego warstw Al2O3 (temperatura elektrolitu i gęstość prądu) mają wpływ na rodzaj zużycia tribologicznego oraz na zmiany grubości warstwy. Największą grubość warstwy tlenkowej (19.44 μm) zmierzono dla próbki B wytwarzanej przy gęstości prądowej 3A/dm2 w temperaturze elektrolitu 283K, która charakteryzowała się również najmniejszą wartością stosunku parametrów f1 do f2 (0.584). Najmniejsza grubość (5.32 μm) zmierzona została dla warstwy próbki C anodowanej w 1 A/dm2 w temperaturze 303 K, próbka ta cechowała się największym stosunkiem f1 do f2 (1.068) dla wytworzonych warstw Al2O3. Dzięki parametrom f1 i f2 oraz przeliczeniu ich stosunku proces zużycia dla próbki B określono jako drapanie i mikroskrawanie, z kolei dla próbki C jako rowkowanie.

5

Tribological Properties of Ti-6Al-7Nb Alloy after Isothermal Oxidation

Aniołek Krzysztof, Barylski Adrian, Osior Denis

Tribologia

|

2019

|

nr 3

5--12

EN

The paper presents the characterization of tribological properties of the Ti-6Al-7Nb alloy before and after isothermal oxidation in different friction couples. Microscopic observations have shown that uniform oxide layers were obtained, which evenly covered the entire surface of the investigated samples. It was found that oxide layers deposited on the Ti-6Al-7Nb alloy substrate contribute to a considerable improvement of the tribological properties. The best resistance to sliding wear was shown by the layer obtained at a temperature of 600°C. It was also shown that presence of oxide layers on the surface of the Ti-6Al-7Nb alloy leads to an increase in the friction coefficient. The highest increase in the value of the friction coefficient was observed for a surface oxidized at 650°C during interaction with an Al2O3 ball. SEM observations of traces of the tribological interaction showed the presence of numerous scratches and fine wear products on the friction surface. For the non-oxidized condition, after interaction with a ball made of bearing steel 100Cr6, the presence was found of alternating, morphologically varied areas which had formed as a result of corrugation wear. Tests have shown that isothermal oxidation eliminates this disadvantageous phenomenon.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych stopu Ti-6Al-7Nb przed oraz po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Obserwacje mikroskopowe wykazały, że otrzymano jednolite warstwy tlenkowe, które równomiernie pokrywały całą powierzchnię badanych próbek. Stwierdzono, że warstwy tlenkowe otrzymane na podłożu stopu Ti-6Al-7Nb prowadzą do znacznej poprawy właściwości tribologicznych. Najlepszą odpornością na zużycie ścierne cechowała się warstwa tlenkowa otrzymana w temperaturze 650°C. Wykazano ponadto, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni stopu Ti-6Al-7Nb prowadzi do wzrostu współczynnika tarcia. Największy wzrost współczynnika tarcia zaobserwowano dla powierzchni utlenionej w temperaturze 650°C podczas współpracy z kulką Al2O3. Obserwacje SEM śladów współpracy tribologicznej wykazały na powierzchni tarcia obecność licznych rys oraz drobne produkty zużycia. Dla stanu nieutlenionego po współpracy z kulką ze stali łożyskowej 100Cr6 stwierdzono obecność naprzemianległych różnych morfologicznie obszarów powstałych w wyniku zużycia falistego. Wykazano, że utlenianie izotermiczne eliminuje to niekorzystne zjawisko.

6

Characterization of Tribological Properties of Oxide Layers Obtained on Titanium in Different Friction Couples

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Kaptacz S., Czajerek P.

Tribologia

|

2018

|

nr 2

5--11

EN

The paper presents the characterization of tribological properties of titanium Grade 2 before and after isothermal oxidation in different friction couples. Examinations of the surface morphology after oxidation at a temperature of 600°C showed the presence of scratches on the surface, which indicated a low thickness of the oxide layers obtained. On the surface oxidized at 700°C, the morphology was characterized by the presence of small clusters of oxides which formed into shapes resembling flakes. In that case, no scratches were found, which testified to a higher thickness of the oxide layer. Tribological tests were conducted for different friction couples (Al2O3, ZrO2, and 100Cr6 balls). It was found that isothermal oxidation is an effective method to improve the resistance of titanium Grade 2 to sliding wear. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed achieving a considerable reduction of volumetric wear. The best resistance to sliding wear was achieved during a tribological interaction of oxidized titanium Grade 2 with bearing steel 100Cr6. Examination of the morphology of the wear trace surface showed the presence of “corrugation wear” on the non-oxidized surface, regardless of the counter-specimen used. It was found that the presence of oxide layers on the surface of titanium Grade 2 effectively eliminated this adverse phenomenon.

PL

W pracy przedstawiono charakterystykę właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 przed i po utlenianiu izotermicznym w różnych skojarzeniach ciernych. Badania morfologii powierzchni po utlenianiu w temperaturze 600°C wykazały obecność rys na powierzchni, co świadczyło o niewielkiej grubości otrzymanych warstw tlenkowych. Na powierzchni utlenionej w temperaturze 700°C morfologia charakteryzowała się występowaniem drobnych skupisk tlenków uformowanych w kształty przypominające „płatki”. W tym przypadku nie stwierdzono obecności rys, co świadczyło o większej grubości warstwy tlenkowej. Badania tribologiczne realizowano w różnych skojarzeniach ciernych (kulki Al2O3, ZrO2 oraz 100Cr6). Stwierdzono, że utlenianie izotermiczne jest skuteczną metodą w zakresie poprawy odporności na zużycie ścierne tytanu Grade 2. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 oraz 700°C pozwoliły uzyskać znaczą redukcję zużycia objętościowego. Najlepszą odporność na zużycie ścierne uzyskano podczas współpracy tribologicznej utlenionego tytanu Grade 2 ze stalą łożyskową 100Cr6. Badania morfologii powierzchni śladów zużycia wykazały na powierzchni nieutlenionej obecność tzw. zużycia falistego niezależnie od zastosowanej przeciwpróbki. Stwierdzono, że obecność warstw tlenkowych na powierzchni tytanu Grade 2 skutecznie eliminuje to niekorzystne zjawisko.

7

The influence of isothermal oxidation parameters on the tribological properties of titanium

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2017

|

nr 4

5--9

EN

The paper presents the results of tests concerning the tribological properties of titanium Grade 2 subjected to thermal oxidation at a temperature of 600°C and 700°C for 72 hours. The morphology of the obtained oxide scale was determined using a scanning electron microscope. After oxidation at 600°C, the resultant oxides concentrated mostly on the roughness elevations formed during the grinding of samples. On raising the temperature to 700°C, finer and more agglomerated oxide particles were formed. Tribological tests have shown that titanium Grade 2 in a non-oxidised condition is characterised by very poor resistance to sliding wear. It has been found that the presence of an oxide layer on the surface of titanium significantly improves its poor tribological properties. Oxide layers obtained at temperatures of 600°C and 700°C allowed obtaining as much as a triple reduction of volumetric wear. Analysis of the morphology of the wear trace surface has shown the presence of corrugation wear on a non-oxidised specimen in the form of two alternate regions with different morphologies. It has been demonstrated that oxide layers obtained during thermal oxidation eliminate the phenomenon of corrugation wear.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące właściwości tribologicznych tytanu Grade 2 poddanego procesowi utleniania termicznego w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Na skaningowym mikroskopie elektronowym określono morfologię otrzymanej zgorzeliny tlenkowej. Po utlenianiu w temperaturze 600°C powstałe tlenki koncentrowały się głównie na wzniesieniach nierówności powstałych w trakcie procesu szlifowania próbek. Podwyższenie temperatury do 700°C prowadziło do powstawania drobniejszych, skupionych cząstek tlenków. Badania tribologiczne wykazały, że tytan Grade 2 w stanie nieutlenionym charakteryzuje się bardzo słabą odpornością na zużycie ścierne. Stwierdzono, że obecność warstwy tlenkowej na powierzchni tytanu w sposób znaczący poprawia jego słabe właściwości tribologiczne. Warstwy tlenkowe otrzymane w temperaturze 600 i 700°C pozwoliły uzyskać redukcję zużycia objętościowego nawet 3-krotnie. Badania morfologii powierzchni śladów wytarcia wykazały występowanie zużycia falistego na próbce nieutlenionej w postaci dwóch naprzemianległych obszarów o różnej morfologii. Wykazano, że warstwy tlenkowe uzyskane w procesie utleniania termicznego skutecznie eliminują zjawisko zużycia falistego.

8

Mechanical and tribological properties of oxide layers obtained on Ti-6Al-7Nb alloy

Aniołek K., Barylski A., Kupka M., Dworak M.

Tribologia

|

2016

|

nr 3

9--17

EN

The research presented in the paper was focused on determining the effects of thermal oxidation parameters on the mechanical and tribological properties of oxide layers formed on Ti-6Al-7Nb titanium alloy for biomedical applications. Titanium alloy was oxidized at 600 and 700°C for 72h. The study found that, at lower temperatures, the oxidized alloy surface was covered by a nonuniform oxide layer. A 100°C increase in the treatment temperature yielded a uniform layer covering the whole surface of the alloy. Hardness measurements showed that thermal oxidation resulted in the formation of oxide layers characterized by a 3-fold higher hardness compared to untreated alloy. Tribological tests showed that thermal oxidation effectively improves the resistance of Ti-6Al-7Nb alloy to sliding wear. Tribological tests demonstrated that an increased oxidation temperature was associated with improved resistance to sliding wear.

PL

Przedstawione w pracy badania koncentrują się nad określeniem wpływu parametrów utleniania termicznego na właściwości mechaniczne i tribologiczne warstw tlenkowych otrzymanych na biomedycznym stopie tytanu Ti-6Al-7Nb. Proces utleniania termicznego przeprowadzono w temperaturze 600 i 700°C w czasie 72 h. Stwierdzono, że w niższej temperaturze utleniania powierzchnia stopu była pokryta nierównomiernie warstwą tlenkową. Podwyższenie temperatury utleniania termicznego o 100°C pozwoliło uzyskać jednolitą warstwę, w całości pokrywającą powierzchnię stopu. Pomiary twardości wykazały, że proces utleniania termicznego umożliwił otrzymanie warstw tlenkowych charakteryzujących się 3-krotnie wyższą twardością w porównaniu z twardością stopu niepoddanego utlenianiu. Badania tribologiczne wykazały, że utlenianie termiczne stanowi skuteczną metodę poprawy odporności na zużycie ścierne stopu Ti-6Al-7Nb. W testach tribologicznych wykazano, że wraz ze wzrostem temperatury utleniania odporność na zużycie ścierne ulegała zwiększeniu.

9

Characterization of oxide layers made on aluminum alloy 7075 by different methods

Jędrusik M., Dębowska A., Kopia A., Petrzak P., Koclęga D., Kalemba-Rec I.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2016

|

Vol. 42, no. 3

187--193

EN

Aluminum and aluminum alloys are now being widely used as materials for structural applications due to a number of valuable properties. Improvement in the functional and decorative properties of aluminum can be obtained by forming an oxide layer on its surface. The aim of the present study was to produce and compare the properties of oxide layers on the surface of aluminum alloy 7075 and compare their properties. The methods that were used during the study were as follows: phosphating, micro-arc oxidation, and a chemical method involving the formation of a passive layer. The layers were subjected to corrosion tests. SEM and EDS methods were used for characterization of the received results. Also, some tests on an optical profilometer were done. It was proven that the micro-arc oxidation method allowed us to obtain a layer with the greatest thickness and highest corrosion resistance.

PL

Glin i jego stopy są obecnie powszechnie wykorzystywanym materiałem do zastosowań konstrukcyjnych ze względu stosunek masy do wytrzymałości. Poprawę własności funkcyjnych i dekoracyjnych aluminium uzyskać można przez wytworzenie warstwy tlenku na jego powierzchni. Celem badań było wytworzenie warstw tlenkowych na podłożu ze stopu aluminium 7075 i porównanie ich właściwości. Zastosowano trzy metody: fosforanowanie, micro-arc oxidation oraz metodę chemiczną polegającą na wytworzeniu warstwy pasywnej. Otrzymane powłoki poddano testom korozyjnym oraz charakteryzowano z zastosowaniem następujących metod: SEM, EDS. Wykonano też badania na profilometrze optycznym. Metoda micro-arc oxidation pozwala na uzyskanie warstwy o największej grubości oraz najlepszej odporności na korozję.

10

Adhezja warstw tlenkowych powstałych na stali stosowanej w energetyce

Nitkiewicz Z.

Energetyka

|

2015

|

nr 5

370--373

PL

Materiał do badań stanowiła stal 10CrMo9-10 eksploatowana w temperaturze 575°C w czasie 100 000 godzin. Przeprowadzono charakterystykę mechanicznych właściwości warstwa tlenków (zewnętrzna strona ścianki rury – od strony spalin) – stal (podłoże) na podstawie badań za pomocą Scratch Testu. Określono przyczepność warstw tlenkowych, siłę tarcia, współczynnik tarcia i głębokość zarysowania. Badania przyczepności warstwy tlenków przeprowadzono na zautomatyzowanym urządzeniu Revetest XPress Plus stosując diamentowy wgłębnik Rockwella. Test wykonano stosując następujące parametry: zadane obciążenie 1-200 N, długość rysy 10 mm. Oprócz określenia przyczepności warstwy tlenkowej Scratch Test umożliwił także obserwacje mikroskopowe oraz analizę linii zarysowania na całej długości zadanej siły.

EN

The research material was the 10CrMo9-10 steel operated in the temperature of 575°C during the period of 100 000 hours. Determined was the characteristics of mechanical properties of oxides layer (outer surface of the tube wall – from the flue gas side) – steel (body material) with the help of the Scratch Test. Defined were the oxides layer adhesion, friction force, friction coefficient and the scratch depth. Testing of oxides layer adhesion was carried out on an automated device Revetest XPress Plus with the use of a Rockwell diamond indenter and with the following parameters: load applied 1-200 N, scratch length 10 mm. Apart from determination of oxides layer adhesion, the Scratch Test enabled also microscope observations and an analysis of the scratch line on the whole lenght of the given force.

11

Wpływ termicznego utleniania na właściwości wytrzymałościowe stopu Ti-6Al-7N

Łuczuk M., Szczepkowska M.

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2014

|

z. 2 (8)

123--128

PL

W niniejszej publikacji poddano analizie jedną z możliwych metod modyfikacji powierzchni stopu Ti-6Al-7Nb. Poruszono zagadnienia utleniania izotermicznego i jego wpływu na właściwości wytrzymałościowe. Dla określenia tego wpływu zbadano właściwości wytrzymałościowe samego materiału przed procesem utleniania oraz właściwości wytworzonej warstwy bezpośrednio po przeprowadzeniu utleniania.

EN

In this publication, one of the possible methods of modifying the surface of the alloy Ti- 6Al-7Nb was analyzed. The issues of the isothermal oxidation and its effect on mechanical properties were mentioned here. The mechanical properties before oxidation and the properties of the oxide layer were examined to determine the influence mentioned above.

12

Modyfikacja powierzchni stopu Ti-6Al-7Nb w procesie utleniania izotermicznego

Mierzwa M., Aniołek K., Kupka M.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2014

|

R. 59, nr 6

279--284

PL

Celem pracy było określenie zmian struktury stopu tytanu podczas izotermicznego utleniania. Badano stop Ti-6Al-7Nb w stanie wyjściowym i po utlenianiu w zakresie temperatury 500-800 °C, w czasie do 72 h. Opisano kinetykę utleniania stopu oraz skład fazowy i morfologię powierzchni tworzącej się zgorzeliny. W temperaturze utleniania 700 i 800 °C proces utleniania miał przebieg paraboliczny. Skład fazowy warstw tlenkowych był złożony i zmieniał się wraz z temperaturą utleniania, przy czym przeważająca fazą był rutyl. Ciągłą i równomierną warstwę zgorzeliny otrzymano w wyniku utleniania w temperaturze 700 i 800 °C.

EN

Titanium and its alloys are nowadays the most prospective engineering materials and biomedical materials. Despite its advantages,titanium alloys are characterized by low resistance to abrasive wear. One of the most effective methods of the surface engineering for improving the properties of the surface layer on titanium and its alloys is the isothermal oxidation.Changes in the structure and properties of the surface layer can influence in a wide range on processes occurring on the surface of titanium and its alloys. The aim of the study was defining the changes in the structure of titanium alloy during isothermal oxidation. The alloy Ti-6Al-7Nb (before and after oxidation in 500-800 °C for up to 72 hours) was examined.Then, the kinetics of oxidation, phase composition and morphology of the surface were described. At 700 and 800 °C the oxidation process had a parabolic course. The highest weight gain was observed at 800 °C. It was more than twice higher than that obtained at 700 °C in the same time interval. It has been proven that the intensity of the weight gain goes up with temperature and time of oxidation. The morphology of the obtained oxide layer structure was tested in a scanning electron microscope. The layer formed at 600 °C did not cover the whole surface of the sample. Along with the increase of annealing temperature the continuity of the oxide layer also increased. After oxidation at 800 °C the surface of the oxide layer was more developed. For identifying the phases occurring in the obtained oxide layers the phase composition was tested using X-ray diffractometer. The phase analysis revealed that after oxidation at 600 °C four phases were formed: TiO2 as anatase and rutile, NbO, and α-titanium. After oxidation at 700 °C there were detected two phases: TiO2 as rutile and α-titaniu while after oxidation at 800 °C revealed the presence of three phases: TiO2 as rutile, α-Al2O3 and α-Ti. The phase composition of oxide layers was complex and varied with the temperature of the oxidation, but the vast majority of it was dominated by the rutile. It turned out that the oxidation at 700 and 800 °C during 72 h was very effective treatment method because the layer — compact crystalline layer of TiO2 as rutile and a mixture of rutile and stable α-Al2O3 was obtained.

13

Właściwości tribologiczne tytanu po procesie utleniania w złożu fluidalnym

Lubas M., Podsiad P., Jasiński J., Jasiński J., Sitarz M.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

393--396

PL

W pracy przedstawiono wpływ utleniania tytanu (Grade 2) w złożu fluidalnym na właściwości tribologiczne. Proces utleniania przeprowadzono w złożu w temperaturze 580°C, 610°C, 640°C przez 6, 8, 12 godz. Określono wpływ parametrów procesu utleniania (temperatura, czas) na wzrost twardości powierzchniowej (mikrotwardość), ubytek masy próbek w próbie ścieralności oraz wyznaczono współczynniki tarcia pary trącej stal-tytan. Pomiary mikrotwardości powierzchniowej utlenionych warstw wierzchnich wykonano sposobem Vickersa przy obciążeniu 98,07 mN (HV0,01). Badania odporności na zużycie ścierne w warunkach tarcia suchego w układzie rolka-klocek przeprowadzono na testerze T-05. Badania te, oprócz uzyskania wyników ubytku masy próbek po cyklu ścierania, który był miarą odporności na zużycie ścierne, dzięki aparaturze rejestrującej pozwoliły także na określenie następujących parametrów: siły tarcia, przemieszczenia pary trącej oraz wzrostu temperatury próbki. Ponadto w pracy odporność na zużycie ścierne określono także z wykorzystaniem kulotestera z kulką cyrkonową. Uzyskane wyniki zużycia otrzymanych warstw tlenkowych wykazały, że zaproponowana technologia utleniania tytanu w złożu fluidalnym jest relatywnie prostą metodą, która pozwala na poprawę własciwości tytanu. Przyjęte parametry procesów utleniania wpływają na poprawę odporności na zużycie tribologiczne badanych próbek Ti. Ponadto analiza wykazała, że utlenianie może znacznie poprawić charakterystykę tarcia i odporność na zużycie tytanu. Związane jest to z dobrą przyczepnością uzyskanych powłok tlenkowych do podłoża metalicznego, odpowiednią grubością oraz dużą twardością powierzchniową dla powłok o strukturze TiO2-rutyl otrzymanych w procesie utleniania w złożu fluidalnym.

EN

The paper presents the influence of titanium (Grade 2) oxidation in a fluidised bed on tribological properties. The oxidation was carried out in a bed at temperature of 580°C, 610°C, and 640°C during 6, 8, and 12 hours. The influence of oxidation process parameters (temperature, time) on an increase in the surface hardness (microhardness), on a loss of specimens mass in an abrasion tests was determined as well as friction coefficients of steel-titanium friction pair were determined. Measurements of surface microhardness of oxidised top layers were performed using a Vickers microhardness tester at the load of 98.07 mN (HV0.01). The testing of abrasive wear resistance under dry friction conditions in a roller-block system was carried out on a T-05 tester. This testing, apart from obtaining results of specimens mass loss after an abrasion cycle, which was the measure of abrasive wear resistance, thanks to recording instruments allowed also to determine the following parameters: the friction force, the shift of the friction pair and the increase in the specimen temperature. Moreover, the abrasive wear resistance was determined also using a ball tester, applying a zirconium ball. The achieved results of obtained oxide layers have shown that the suggested technology of titanium oxidation in a fluidised bed is a relatively simple method, allowing to improve titanium properties. The assumed parameters of oxidation processes result in improvement to tribological wear resistance of studied Ti specimens. Moreover, the analysis has shown that the oxidation can substantially improve the friction characteristic and the wear resistance of titanium. This is related to a good adhesion of obtained oxide coats to the metallic substrate, an appropriate thickness and a high surface microhardness for coats of TiO2-rutile structure obtained in the process of oxidation in a fluidised bed.

14

Charakterystyka zmian wielkości krystalitów w warstwie tlenków powstałych na stali 13CrMo4-5 długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze

Gwoździk M.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 6

489--491

PL

Praca zawiera wyniki badań dotyczących rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej XRD (badanie składu fazowego, wielkości krystalitów) warstw tlenkowych na stali 13CrMo4-5 długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze (T = 525°C, t = 73 000 h). Badania rentgenograficzne przeprowadzono na powierzchni zewnętrznej rury, następnie powierzchnię warstwy polerowano i ponownie wykonywano pomiary dyfrakcyjne w celu określenia poszczególnych warstw tlenkowych. Próbki poddano pomiarom rentgenowskim z użyciem dyfraktometru rentgenowskiego Seifert 3003T/T i promieniowania pochodzącego z lampy o anodzie kobaltowej (λCo = 0,17902 nm). Wykonano badania rentgenowskie obejmujące pomiary w symetrycznej geometrii Bragga-Brentano (XRD). Pomiary XRD wykonano w zakresie kątów 30÷120°, z krokiem kątowym 0,1° i czasem ekspozycji 4 s. W celu interpretacji wyników (wyznaczenia położenia 2θ) dyfraktogramy opisano krzywą Pseudo Voighta z użyciem programu Analyze. W identyfikacji faz wykorzystano program komputerowy i bazę danych krystalograficznych DHN PDS oraz PDF4+2009. Na podstawie szerokości i położenia refleksów głównych warstwy tlenkowej wyznaczono wielkość krystalitów ze wzoru Scherrera.

EN

The paper contains results of the studies on X-ray diffraction analysis XRD (studying the phase composition, crystallite sizes) of oxide layers on 13CrMo4-5 steel, operated for a long time at elevated temperature (T = 525°C, t = 73,000 h). X-ray studies were carried out on the outer surface of a tube, and then the layer surface was polished down and the diffraction measurements were performed again to determine individual oxide layers. X-ray (XRD) measurements were performed on a Seiffert 3003T/T X-ray spectrometer with a cobalt target tube (λCo = 0.17902 nm). X-ray studies were performed, comprising measurements in a symmetric Bragg- Brentano geometry. XRD measurements were performed in the 30÷120° range of angles with an angular step of 0.1° and the exposure time of 4 s. To interpret the results (to determine the 2θ position and the total intensity INet) the diffraction paterns were described by a Pseudo Voight curve using the Analyze software. A computer software and the PDF4+2009 crystallographic database were used for the phase identification. Based on the width and location of the main oxide layer reflections, the crystallite size has been determined from the Scherrer formula.

15

Changes of crystallite sizes in the oxides layer determined on the basis of X-ray diffraction lines broadening

Gwoździk M., Nitkiewicz Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

136--138

EN

The paper contains results of the studies on X-ray diffraction analysis XRD (studying the phase composition, crystallite sizes and lattice deformations) of oxide layers on 10CrMo9-10 steel, operated for a long time at an elevated temperature (T = 575°C, t = 100 000 h). X-ray studies were carried out on the inner surface of a tube, and then the layer surface was polished down and the diffraction measurements were performed again to determine crystallite size in oxide layers. The broadening of a diffraction line caused by a small size of crystallites is expressed by the Scherrer relationship. It has been found that a layer of magnetite Fe3O4 is formed as a result of longterm operation of the studied steel at the temperature of 575°C. The created layer featured a diversified morphology of magnetite, which is related inter alia to the crystallites size, which then can affect the cleavage.

PL

Praca zawiera wyniki badań dotyczących rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej XRD (badanie składu fazowego, wielkości krystalitów i odkształceń sieciowych) warstw tlenkowych powstałych na stali 10CrMo9-10 długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze (T = 575°C, t = 100 000 h). Badania rentgenograficzne przeprowadzono na powierzchni wewnętrznej rury, następnie powierzchnię warstwy spolerowywano i ponownie wykonywano pomiary dyfrakcyjne w celu określenia wielkości krystalitów w warstwie tlenkowej. Poszerzenie linii dyfrakcyjnej spowodowane małą wielkością krystalitów zostało wyrażone zależnością Scherrera. Stwierdzono, że w wyniku długotrwałej eksploatacji badanej stali w temperaturze 575°C powstaje warstwa magnetytu Fe3O4. Powstała warstwa charakteryzowała się zróżnicowaną morfologią magnetytu, co jest związane m.in. z wielkością krystalitów, które z kolei mogą wpływać na łupliwość.

16

Ocena wysokotemperaturowej korozji stali 16Mo3 stosowanej w energetyce

Gwoździk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 12

821--824

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań warstw tlenkowych powstałych podczas długotrwałej eksploatacji stali 16Mo3 (T = 410oC, t=216 000 h). Badania warstw tlenkowych przeprowadzono na powierzchni i przekroju poprzecznym rury po stronie spalin. Przeprowadzone badania warstw tlenkowych od strony zewnętrznej ścianki rury obejmowały: • badania makro i mikroskopowe warstw tlenkowych, • pomiar grubości warstw tlenkowych, • badania składu chemicznego warstw tlenkowych/osadów, • pomiary rentgenograficzne.

EN

The paper contains results of studies on the formation of oxide layers on 16Mo3 steel long-term operated at an elevated temperature (T=410oC, t=216 000 h). The oxide layer was studied on a surface and a cross-section at the outside (side exhaust) surface of the tube wall. Thorough examinations of the oxide layer carried out on the outside surface of tube wall comprised: • macro and microscopic examinations of the oxide layer, • thickness measurements of formed oxide layers, • chemical composition analysis of oxides/deposits, • X-ray (XRD) measurements.

17

Modyfikacja powierzchni tytanu w procesie utleniania izotermicznego

Aniołek K., Kupka M., Dercz G.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 8

509--512

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące modyfikacji powierzchni tytanu Grade 2 w procesie utleniania izotermicznego. W badaniach eksperymentalnych opisano kinetykę utleniania badanego materiału w zakresie temperatury 500÷800°C. Wykazano, że im wyższa temperatura, tym intensywniej zachodzą procesy tworzenia się zgorzeliny tlenkowej. Największy przyrost masy stwierdzono w przypadku próbek utlenianych w temperaturze 800°C. Na skaningowym mikroskopie elektronowym określono morfologię otrzymanych warstw tlenkowych. Po utlenianiu w temperaturze 600°C cząstki wytworzonych tlenków były wyraźnie większe. Podwyższenie temperatury prowadziło do powstawania drobnych, zwartych cząstek w warstwie tlenkowej. W celu identyfikacji faz otrzymanych warstw tlenkowych wykonano badania składu fazowego z wykorzystaniem dyfraktometru rentgenowskiego. Stwierdzono, że w temperaturze 600 i 700°C dominującą fazą jest TiO2 w odmianie krystalograficznej rutylu oraz Ti3O. W temperaturze 800°C obserwowano tworzenie się samego rutylu.

EN

The paper presents results of research on surface modification of titanium Grade 2 by isothermal oxidation. Experimental studies described the oxidation kinetics of the test material in the temperature range 500÷800°C. It was shown that the higher the temperature, the more intensive processes occur in the oxide scale formation. The largest weight gain was observed for the samples oxidized at 800°C. The morphology of the layers of oxide was determined by scanning electron microscope. Oxidation at 600°C produced clearly larger oxide particles, while increasing the temperature leads to the formation of small, dense particles in the oxide layer. In order to identify the ingredients of the oxide layers the phase composition was performed using X-ray diffractometer. It was found that at 600 and 700°C the dominant phase is a rutile as variety of crystallographic of the TiO2 and Ti3O. At a temperature of 800°C solely the rutile formation was observed.

18

Adhezja warstw tlenkowych powstałych na stali 13CrMo4-5 stosowanej w energetyce

Gwoździk M., Nitkiewicz Z.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2014

|

Vol. 81, nr 11

769--772

PL

Materiał do badań stanowiła stal 13CrMo4-5 eksploatowana w temperaturze 525oC w czasie 73 000 godzin. Przeprowadzono charakterystykę mechanicznych właściwości warstwy tlenków (wewnętrzna strona ścianki rury od strony pary) – stal (podłoże) na podstawie badań za pomocą scratch testu. Określono przyczepność warstw tlenkowych, siłę tarcia, współczynnik tarcia, głębokość zarysowania.

EN

13CrMo4-5 steel operated at the temperature of 525°C during 73000 hours was the studied material. Mechanical properties of the oxides layer on the inside surface of tube wall (on the flue steam side) – steel (substrate) were characterised on the basis of scratch tests. The adhesion of oxide layers, friction force, friction coefficient, penetration depth were determined.

19

The influence of radiation modification on tribological properties of T5W, T7W plastics used in kinematics systems

Bara M.

Tribologia

|

2013

|

nr 4

9--15

EN

T5W and T7W plastics are a composite with a PTFE matrix and a prepared carbon powder as a dispersive phase. Due to the low friction coefficient value, these plastics are often used as a guide ring in the pneumatic and hydraulic piston–cylinder systems and the shock absorbers. This work attempts to increase wear resistant of plastics through the application of radiation modification. The plastics were associated with oxide layers obtained on the EN AW-5251 aluminium alloy via an electrochemical method route. Tribological tests were conducted on the T-17 tester in technically dry conditions.

PL

Tworzywa T5W i T7W to kompozyty wytworzone na osnowie PTFE z fazą dyspersyjną w postaci proszku węgla preparowanego, używane do produkcji pierścieni prowadzących stosowanych w siłownikach pneumatycznych. Autor pracy podjął próbę zwiększenia odporności na zużycie tworzyw T5W, T7W stosowanych w układach tłok–cylinder, poprzez zastosowanie modyfikacji radiacyjnej. W pracy próbki z tworzywa zostały poddane kilkukrotnemu napromieniowaniu strumieniem elektronów, w dawce po 26 kGy. Tworzywa skojarzono z warstwami tlenkowymi stosowanymi na pokrycia wewnętrznych gładzi cylindrów niesmarowanych siłowników pneumatycznych. Warstwy tlenkowe wytworzono na podłożu stopu aluminium EN AW-5251 w procesie elektrochemicznego utleniania metodą stałoprądową. Badania tribologiczne przeprowadzono na testerze T-17. Tester przeznaczony jest do badań materiałów współpracujących ślizgowo w ruchu posuwisto-zwrotnym. Testy tribologiczne przeprowadzono w warunkach tarcia technicznie suchego, na drodze tarcia 50 km, ze wstępnym etapem 15 km docierania, stosując obciążenie 1 MPa oraz średnią prędkość ślizgania 0,2 m/s. Na podstawie danych otrzymanych w wyniku przeprowadzonego testu tribologicznego określono wpływ zastosowanej modyfikacji na intensywność zużywania badanych tworzyw oraz wartość współczynnika tarcia pary ślizgowej. Z analizy badań wynika, że przeprowadzenie modyfikacji radiacyjnej w dawce do 52 kGy dla tworzywa T5W oraz do 78 kGy dla tworzywa T7W wywołuje korzystne dla zastosowań tribologicznych zmiany w strukturze tych tworzyw. Nagłe obniżenie odporności zużyciowej tworzyw w wyniku zastosowania większych dawek promieniowania może być efektem degradacji struktury tworzywa.

20

Utlenianie stali 10CrMo9-10 podczas eksploatacji w wysokiej temperaturze

Gwoździk M.

Inżynieria Powierzchni

|

2013

|

nr 1

36--39

PL

Praca zawiera wyniki badań dotyczących utleniania stali 10CrMo9-10 od strony spalin, długotrwale eksploatowanej w podwyższonej temperaturze. Stwierdzono, że w wyniku długotrwałej eksploatacji (t =100000 h) stali 10CrMo9-10 w temperaturze 575oC bezpośrednio od strony spalin występują tlenki zbudowane z NaFePO4 , Zn2P2O7 , Na2SO4 , Fe3(PO4)2 , Al2SiO5 i ZnSO4. Na powierzchni zewnętrznej rury występuje też hematyt (Fe2O3). Następnie poniżej hematytu pojawia się magnetyt (Fe3O4).

EN

The paper contains results on studies on formation of oxide layers on 10CrMo9-10 steel (the side exposed on the exhaust gas) long-term operated at elevated temperature. It has been found that NaFePO4, Zn2P2O7, Na2SO4, Fe3(PO4)2, Al2SiO5, ZnSO4 are formed as a result of long-term operation (t = 100000 h) of 10CrMo9-10 steel at the temperature of 575oC (the side exposed directly on the exhaust gas). Hematite (Fe2O3) occurs on the outer surface of the tube. Then magnetite (Fe3O4) appears below hematite.