Kształtowanie struktury i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych

(1)

Foresight wiodących technologii kształtowania własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych

Gliwice, 2009

Prof. Leszek A. Dobrzański

Kształtowanie struktury i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych Kształtowanie struktury

i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych

1.

ISBN 83-89728-52-4 EAN 9788389728524

(2)

Gliwice, 2009

Prof. Leszek A. Dobrzański

Kształtowanie struktury i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych Kształtowanie struktury

i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych

1.

(3)

1.

(4)

Gliwice, 2009

Prof. Leszek A. Dobrzański

Kształtowanie struktury i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych Kształtowanie struktury

i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych

1.

(5)

FORSURF – POIG.01.01.01-00-023/08 5 IINNSSTTYYTTUUTT MMATATEERRIIAAààÓÓWW IINĩNĩYYNNIIEERRSSKKIICCHH II BBIOIOMMEEDDYYCCZZNNYYCCHH

PPOOLLIITTEECCHHNNIIKKAA ĝĝLĄLĄSSKKAA

ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice tel. +48 32 237 16 53, fax. +48 32 237 22 81 e-mail: rmt1@polsl.pl, http://www.imiib.polsl.pl

Wydano za zgodą Dyrektora Instytutu Materiaáów InĪynierskich i Biomedycznych Politechniki ĝląskiej w Gliwicach

FFOORRSSUURRFF

FFININAANNSSOOWWAANNIEIE BBAADDAAēē: : Projekt POIG.01.01.01-00-023/08

„Foresight wiodących technologii ksztaátowania wáasnoĞci powierzchni materiaáów inĪynierskich i biomedycznych”

AAUTUTOORR: :

Prof. zw. dr hab. inĪ. Leszek A. DobrzaĔski M.Dr h.c.

WWSPSPÓÓààPPRRAACCAA MMEERRYYTTOORRYYCCZZNNAA II TTEECCHHNNIICCZZNNAA: : Dr inĪ. Anna DobrzaĔska-Danikiewicz

Dr inĪ. Eugeniusz Hajduczek OOPIPINNIIOODDAAWWCCYY: :

Prof. Pol. ĝl. dr hab. inĪ. Ryszard Nowosielski Prof. Pol. ĝl. dr hab. inĪ. Zbigniew Rdzawski OOPRPRAACCOOWWAANNIIEE GGRRAAFFIICCZZNNEE OOKKààAADDKKII:: PERFECT Gliwice

W

WYDYDAAWWCCAA::

Gliwice, 44-100, Poland ul. Konarskiego 18a/366

© Copyright by L.A. DobrzaĔski Gliwice 2009

Utwór w caáoĞci ani we fragmentach nie moĪe byü powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeĔ elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym równieĪ nie moĪe byü umieszczany ani rozpowszechniany w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich.

SSERERIIAA WWYYDDAAWWNNIICCZZAA::

Prace Instytutu Materiaáów InĪynierskich i Biomedycznych Politechniki ĝląskiej w Gliwicach

ISBN 83-89728-52-4 EAN 9788389728524

(6)

FORSURF – POIG.01.01.01-00-023/08 5

1. Wprowadzenie . . . 7

2. Ogólna klasyfikacja warstw powierzchniowych i procesów ich wytwarzania . . . 22

3. Obróbka cieplno-chemiczna stali . . . 28

4. Nawęglanie . . . 38

5. Azotowanie . . . 41

6. Kompleksowe nasycanie azotem i innymi pierwiastkami . . . 46

7. Borowanie . . . 49

8. Dyfuzyjne nasycanie stali pierwiastkami metalicznymi . . . 51

9. Atmosfery ochronne i obróbka cieplna w próżni . . . 52

10. Procesy nanoszenia powłok z fazy gazowej . . . 55

11. Warstwy powierzchniowe kształtowane z wykorzystaniem technologii laserowych . . . 80

12. Warstwy powierzchniowe nanoszone metodami spawalniczymi . . . 96

13. Warstwy powierzchniowe gradientowych materiałów narzędziowych . . . 102

14. Powierzchniowe warstwy stopowe odlewnicze i infiltracyjne . . . 109

15. Powierzchniowe warstwy ceramiczne . . . 112

16. Pokrycia polimerowe i obróbka powierzchniowa polimerów . . . 114

17. Zmiany struktury i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych w wyniku eksploatacji . . . 120

18. Korozja metali i stopów . . . 123

19. Korozja elektrochemiczna . . . 127

20. Korozja gazowa . . . 135

21. Zużycie trybologiczne . . . 145

22. Zużycie i niszczenie narzędzi skrawających . . . 150

23. Zużycie narzędzi do pracy na gorąco . . . 156

24. Podsumowanie i uwagi końcowe . . . 162

Literatura . . . 166

Spis treści

IINSNSTTYYTTUUTT MMATATEERRIIAAààÓÓWW IINĩNĩYYNNIIEERRSSKKIICCHH II BBIOIOMMEEDDYYCCZZNNYYCCHH PPOLOLIITTEECCHHNNIIKKAA ĝĝLLĄĄSSKKAA ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice tel. +48 32 237 16 53, fax. +48 32 237 22 81 e-mail: rmt1@polsl.pl, http://www.imiib.polsl.pl Wydano za zgodą Dyrektora Instytutu Materiaáów InĪynierskich i Biomedycznych Politechniki ĝląskiej w Gliwicach FFOORRSSUURRFF FFIINNAANNSSOOWWAANNIIEE BBAADDAAēē: : Projekt POIG.01.01.01-00-023/08 „Foresight wiodących technologii ksztaátowania wáasnoĞci powierzchni materiaáów inĪynierskich i biomedycznych” AAUUTTOORR: : Prof. zw. dr hab. inĪ. Leszek A. DobrzaĔski M.Dr h.c. WWSSPPÓÓààPPRRAACCAA MMEERRYYTTOORRYYCCZZNNAA II TTEECCHHNNIICCZZNNAA: : Dr inĪ. Anna DobrzaĔska-Danikiewicz Dr inĪ. Eugeniusz Hajduczek OOPIPINNIIOODDAAWWCCYY:: Prof. Pol. ĝl. dr hab. inĪ. Ryszard Nowosielski Prof. Pol. ĝl. dr hab. inĪ. Zbigniew Rdzawski OOPRPRAACCOOWWAANNIIEE GGRRAAFFIICCZZNNEE OOKKààAADDKKII: : PERFECT Gliwice W WYYDDAAWWCCAA: : Gliwice, 44-100, Poland ul. Konarskiego 18a/366 © Copyright by L.A. DobrzaĔski Gliwice 2009 Utwór w caáoĞci ani we fragmentach nie moĪe byü powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeĔ elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym równieĪ nie moĪe byü umieszczany ani rozpowszechniany w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. SSEERRIIAA WWYYDDAAWWNNIICCZZAA: : Prace Instytutu Materiaáów InĪynierskich i Biomedycznych Politechniki ĝląskiej w Gliwicach ISBN 83-89728-52-4 EAN 9788389728524 1. Wprowadzenie . . . 7

2. Ogólna klasyfikacja warstw powierzchniowych i procesów ich wytwarzania . . . 22

3. Obróbka cieplno-chemiczna stali . . . 28

4. Nawęglanie . . . 38

5. Azotowanie . . . 41

6. Kompleksowe nasycanie azotem i innymi pierwiastkami . . . 46

7. Borowanie . . . 49

8. Dyfuzyjne nasycanie stali pierwiastkami metalicznymi . . . 51

9. Atmosfery ochronne i obróbka cieplna w próżni . . . 52

10. Procesy nanoszenia powłok z fazy gazowej . . . 55

11. Warstwy powierzchniowe kształtowane z wykorzystaniem technologii laserowych . . . 80

12. Warstwy powierzchniowe nanoszone metodami spawalniczymi . . . 96

13. Warstwy powierzchniowe gradientowych materiałów narzędziowych . . . 102

14. Powierzchniowe warstwy stopowe odlewnicze i infiltracyjne . . . 109

15. Powierzchniowe warstwy ceramiczne . . . 112

16. Pokrycia polimerowe i obróbka powierzchniowa polimerów . . . 114

17. Zmiany struktury i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych w wyniku eksploatacji . . . 120

18. Korozja metali i stopów . . . 123

19. Korozja elektrochemiczna . . . 127

20. Korozja gazowa . . . 135

21. Zużycie trybologiczne . . . 145

22. Zużycie i niszczenie narzędzi skrawających . . . 150

23. Zużycie narzędzi do pracy na gorąco . . . 156

24. Podsumowanie i uwagi końcowe . . . 162

Literatura . . . 166

Spis treści

(7)

L.A. DobrzaĔski

6 FORSURF – POIG.01.01.01-00-023/08 7

1. Wprowadzenie

Jednym z zadaĔ wynikających z wytycznych polityki naukowej, naukowo-technicznej i innowacyjnej paĔstwa do 2020 roku jest gospodarka oparta na wiedzy (GOW), która zasa- dza siĊ na tworzeniu traktowanym jako produkcja oraz na dystrybucji i praktycznym wykorzy- staniu wiedzy i informacji. Podstawą rozwoju gospodarczego są zatem produkcja, dystrybucja i wdroĪenie, a wiedza bĊdąca produktem stanowi gáówny przyczynek do zrównowaĪonego rozwoju. WĞród podstawowych programów i inicjatyw Unii Europejskiej realizowanych w ramach wspóápracy miĊdzynarodowej dla osiągniĊcia wymienionego stanu jest 7. Program Ramowy Wspólnoty Europejskiej na lata 2007-2013 (7. PR) w zakresie badaĔ, rozwoju technologicznego i wdroĪeĔ. Wzmacnianie potencjaáu badawczego Europy, tworzenie regio- nów wiedzy, budowanie infrastruktury badawczej, a takĪe spójny rozwój polityk badawczych oraz dziaáania w zakresie wspóápracy miĊdzynarodowej wyznaczają zakres programu szcze- góáowego CAPACITIES (MoĪliwoĞci) 7. PR o zasadniczym znaczeniu dla konkurencyjnoĞci i utrzymania potencjaáu wytwórczego Unii Europejskiej, niezbĊdnego wzmocnienia badaĔ przemysáowych, oraz wprowadzania nowych rozwiązaĔ dla doskonaleniu istniejącego potencjaáu wytwórczego. Program szczegóáowy IDEAS (Pomysáy) 7. PR zakáada wspieranie najbardziej twórczych, interdyscyplinarnych badaĔ naukowych na granicy wiedzy (ang.:

frontier research). Do siá napĊdowych (ang.: drivers) rozwoju nowych technologii, okreĞlo- nych przez KomisjĊ Europejską naleĪy presja na rozwój nowych technologii, intensyfikacja popytu na nowe materiaáy i procesy produkcyjne oraz speánianie zasad zrównowaĪonego rozwoju. Szanse sukcesu mają gáównie zespoáy i laboratoria interdyscyplinarne, w skáad których wchodzą specjaliĞci wielu dziedzin. Efekty innowacyjne i związana z tym konkuren- cyjnoĞü wytwórców produktów na rynkach miĊdzynarodowych zaleĪne są oczywiĞcie od przy- jĊtej strategii rozwojowej technologii. Brak moĪliwoĞci konkurowania przez UniĊ Europejską z krajami rozwijającymi siĊ o relatywnie taniej sile roboczej, wymusza wybór strategii integracji róĪnych zaawansowanych dziedzin nauki i technologii oraz osiągania efektów synergicznych w opracowywaniu nowych technologii, w tym materiaáowych i dotyczących ksztaátowania struktury i wáasnoĞci powierzchni materiaáów inĪynierskich, czego skutkiem

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

(58)

(59)

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

(83)

(84)

(85)

(86)

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

(105)

(106)

(107)

(108)

(109)

(110)

(111)

(112)

(113)

(114)

(115)

(116)

(117)

(118)

(119)

(120)

(121)

(122)

(123)

(124)

(125)

(126)

(127)

(128)

(129)

(130)

(131)

(132)

(133)

(134)

(135)

(136)

(137)

(138)

(139)

(140)

(141)

(142)

(143)

(144)

(145)

(146)

(147)

(148)

(149)

(150)

(151)

(152)

(153)

(154)

(155)

(156)

(157)

(158)

(159)

(160)

(161)

(162)

(163)

(164)

(165)

(166)

(167)

(168)

(169)

(170)

(171)

(172)

(173)

(174)

(175)

(176)

Gliwice, 2009

Prof. Leszek A. Dobrzański

Kształtowanie struktury i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych Kształtowanie struktury

i własności powierzchni materiałów inżynierskich i biomedycznych

ISBN 83-89728-52-4 EAN 9788389728524