1862543680

dr inż. Agnieszka Twardowska - Autoreferat

zaproponowaną przez Żabińskiego. Pomysł powłoki nanostrukturalnej o cechach samoadaptujących się do warunków pracy zakłada wielofazową jej budowę, przy czym w amorficznej osnowie oprócz twardej fazy nanokrystalicznej występuje faza (lub fazy) o właściwościach samosmarnych (w postaci nanokrystalicznej lub amorficznej). Podobnie jak w przypadku supertwardych materiałów nanokompozytowych nc-TiN/a-Si3N₄, stabilność cieplna składu fazowego powłoki jest wymagana. Wzrost temperatury nie powinien powodować przemian fazowych w powłoce, a fazy składowe nie powinny tworzyć między sobą ciągłych roztworów stałych, ani nie wchodzić ze sobą w reakcje chemiczne. W przedstawionym do oceny osiągnięciu opracowałam powłoki odporne na zużycie ścierne wykazujące cechy samoadaptacyjne do warunków pracy, przyjmując ww. koncepcję ich budowy nanostrukturalnej z tą różnicą, że faza o cechach samosmarnych nie jest rozproszona w objętości powłoki, ale powstaje na jej powierzchni, jako produkt reakcji tribochemicznych (boru z powietrzem atmosferycznym), aktywowanych cieplnie na skutek tarcia. Takie rozwiązanie pozwala na efektywne obniżenie współczynnika tarcia w obszarze kontaktu, przy zachowaniu wysokich właściwości mechanicznych materiału powłoki. Jest to korzystniejsze rozwiązanie, ponieważ powstające produkty utleniania powłoki o cechach smaru stałego (lub ciekłego) powstają w miarę zużywania się powłoki, dokładnie tam, gdzie są potrzebne do zmniejszenia tarcia (i odprowadzenia ciepła). Ponieważ warstwa smarująca powstaje w bardzo ograniczonym obszarze powierzchni, zasadniczo nie wpływa na właściwości mechaniczne głębszych warstw powłoki. W przypadku wprowadzenia smaru stałego do objętości materiału powłoki, tak jak jest to założone przez Żabińskiego, udział smaru jako składnika strukturalnego o zazwyczaj niskiej twardości musi być precyzyjnie dobrany. Udział fazy smarującej jest ustalona na drodze kompromisu pomiędzy współczynnikiem tarcia w analizowanym skojarzeniu ciernym, a właściwościami mechanicznymi powłoki. Wykorzystanie produktów reakcji tribochemicznych w projektowniu powłok z udziałem TiB2 jest moim własnym oryginalnym pomysłem opartym na wynikach wstępnie przeprowadzonych testów zużyciowych powłok Ti-B oraz analizy składu chemicznego na ich powierzchni metodą XPS. Prace wykorzystujące podobne rozwiązanie dla układów zawierających bor (np. cBN), pojawiające się w literaturze jako stosunkowo nowy kierunek badań prowadzonych w obszarze nowoczesnych powłok przeciwzużyciowych. W przedstawionych do oceny badaniach wykazałam, że zastosowanie powłok amorficzno-krystalicznych z układu Ti-B zapewnia zwiększenie odporności na zużycie ścierne pokrywanych podłoży przy wykorzystaniu efektu podwyższenie twardości powierzchni wynikającej z obecności cząstek twardej fazy TiB₂ oraz efektywne obniżenie współczynnika tarcia. Dla uzyskania pożądanego składu chemicznego, fazowego oraz mikrostruktury powłok oraz związanych z nimi właściwościami systemu powłoka - podłoże, (ze szczególnym uwzględnieniem adhezji powłoki do podłoży), przyjęto kluczową rolę metody wykorzystanej do nakładania powłok oraz jej parametrów. Osiągnięcie wyznaczonych celów poznawczych i aplikacyjnych było uzależnione od pomyślnego określenia rodzaju procesu fizycznego wykorzystywanego do nakładania powłok i jego parametrów na pierwszym etapie zaplanowanego eksperymentu. W przypadku metody PLD dobór parametrów mógł być dokonany jedynie na drodze eksperymentalnej - metodą kolejnych przybliżeń popartą analizą literatury oraz własnym doświadczeniem. W przypadku metody dwuwiązkowej IBAD, zakres parametrów osadzania określono wstępnie na drodze symulacji komputerowej procesu rozpylania jonowego i ostatecznie zweryfikowano na drodze eksperymentalnej, czemu posłużyła szczegółowa charakterystyka powłok typu Ti-Si-C, Ti-B/Ti-Si-C nałożonych na podłoża stalowe (AISI 316L), obejmująca badania wiązań chemicznych przeprowadzone metodą spektroskopii XPS oraz Ramana oraz kompleksowe badania mikrostrukturalne. Wysoką jakość otrzymanych powłok i ich przydatność na pokrycia zwiększające odporność na zużycie ścierne stali, potwierdziły badania właściwości mechanicznych oraz tribologiczno-zużyciowych (w skojarzeniu ze stalą, korundem i diamentem). W oparciu o dokonaną analizę, określono najkorzystniejsze parametry procesów DB IBAD oraz PLD zapewniających wysokie właściwości użytkowe badanego systemu powłoka -podłoże. Za szczególnie cenne ze względów poznawczych, uważam badania wiązań chemicznych metodą spektoskopii Ramana oraz badania mikrostrukturalne przeprowadzone metodami transmisyjnej mikroskopii elektronowej, w tym obserwacje wysokorozdzielcze