Rozwój wielu dziedzin techniki wywołuje wzrastające zainteresowanie lekkimi tworzywami metalowymi oraz metodami poprawy ich właściwości użytkowych. Do grupy materiałów metalowych spełniających kryterium zmniejszenia masy konstrukcji należą przede wszystkim aluminium i jego stopy. W przypadku elementów konstrukcyjnych pracujących w warunkach dużych obciążeń statycznych i dynamicznych, środowiska korozyjnego, wysokich temperatur oraz tarcia (np. cylindry i tłoki silników spalinowych) istnieją ograniczone możliwości bezpośredniego wykorzystania stopów aluminium. Dlatego też doskonali się znane oraz proponuje nowe metody objętościowego oraz powierzchniowego umacniania aluminium i jego stopów. Topografia powierzchni, morfologia mikrostruktury i właściwości tribologiczne warstwy wierzchniej są istotnym i częstym kryterium oceny utylitarnego wykorzystania elementów wykonywanych ze stopów aluminium.
Inżynieria powierzchni oferuje wiele metod umacniania powierzchniowego aluminium i jego stopów. Najczęściej stosuje się metody mechaniczne, cieplno-mechaniczne, cieplne, cieplno-chemiczne, elektrochemiczne, chemiczne i fizyczne [12]. Przeprowadzona analiza użyteczności przedstawionych metod powierzchniowego umacniania wyrobów ze stopów aluminium wykazała, iż tylko nieliczne znalazły zastosowanie w praktyce przemysłowej. Większość z nich znajduje się w fazie laboratoryjnych eksperymentów i badań, jest ciągle doskonalona oraz wzbogacana w nowe rozwiązania technologiczne. Stąd badania własne nad nowymi metodami [108], a także opracowanie koncepcji z zastosowaniem fizycznych i matematycznych modeli w procesie projektowania i tworzenia nowych wieloskładnikowych warstw powierzchniowych zawierających mangan, azot i siarkę (Mn-N-S) oraz mangan, azot i tlen (Mn-N-0) na elementach maszyn wykonywanych ze stopów aluminium. W tworzeniu tych warstw metodą hybrydową wykorzystano możliwości elektrolitycznego osadzenia na aluminiowym podłożu powłoki manganowej i jej późniejszego, dyfuzyjnego nasycenia azotem i siarką lub tlenem i azotem w procesach azotonasiarczania i tlenoazotowania. Opracowano także algorytm projektowania warstw powierzchniowych przyjmując odpowiednie modele fizyczne i matematyczne po ich weryfikacji na podstawie wyników prowadzonych eksperymentów oraz wcześniejszych badań własnych.
Trafność przyjętych modeli fizycznych i matematycznych oraz opracowanych algorytmów oceniano przede wszystkim na podstawie analizy wyników badań morfologii mikrostruktury i właściwości użytkowych wytworzonych warstw powierzchniowych (Mn-NS) oraz (Mn-N-0) na aluminiowym podłożu.
Przeprowadzone rozważania teoretyczne oraz otrzymane wyniki badań eksperymentalnych pozwoliły opracować wnioski poznawcze i wskazać potencjalne możliwości utylitarnego wykorzystania właściwości tribologicznych warstw powierzchniowych (Mn-N-S) i (Mn-N-O) w skojarzeniach ciernych elementów maszyn wykonywanych ze stopów aluminium.
Spis treści:
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ
WSTĘP
1. METODY WYTWARZANIA I KLASYFIKACJA TECHNOLOGICZNYCH WARSTW POWIERZCHNIOWYCH NA ALUMINIUM I JEGO STOPACH
1.1. Metody wytwarzania technologicznych warstw powierzchniowych na aluminium i jego stopach
1.2. Klasyfikacja warstw powierzchniowych wytwarzanych na stopach aluminium
2. ZASTOSOWANIE WARSTW POWIERZCHNIOWYCH W MODYFIKACJI WŁAŚCIWOŚCI UŻYTKOWYCH WYBRANYCH ELEMENTÓW ZE STOPÓW ALUMINIUM
2.1. Warstwy powierzchniowe modyfikujące właściwości tribologiczne oraz stabilność cieplną i korozyjną
2.2. Warstwy powierzchniowe zwiększające cechy estetyczne
2.3. Warstwy wierzchnie i powłoki zwiększające wytrzymałość zmęczeniową
2.4. Powłoki zwiększające przewodność elektryczną
2.5. Warstwy powierzchniowe wytwarzane w procesie regeneracji
3. TENDENCJE ROZWOJU INŻYNIERII POWIERZCHNI STOPÓW ALUMINIUM
4. NOWA KONCEPCJA TWORZENIA WARSTW POWIERZCHNIOWYCH (Mn-N-S) I (Mn-N-O) NA ALUMINIUM I JEGO STOPACH
4.1. Charakterystyka i analiza fizycznych modeli tworzenia warstw powierzchniowych (Mn-N-S) i (Mn-N-O)
4.2. Modele matematyczne kinetyki tworzenia warstw (Mn-N-S) i (Mn-N-O)
4.3. Weryfikacja i ocena możliwości opisu matematycznego kinetyki procesów dyfuzyjnych tworzenia warstw powierzchniowych (Mn-N-S) i (Mn-N-O)
4.3.1. Warstwy powierzchniowe (Mn-N-S)
4.3.2. Warstwy powierzchniowe (Mn-N-O)
4.3.3. Ocena możliwości opisu kinetyki procesów dyfuzyjnych
4.4. Algorytm projektowania i tworzenia warstw powierzchniowych (Mn-N-S) i (Mn-N-O)
5. WYTWARZANIE WARSTW POWIERZCHNIOWYCH (Mn-N-S) I (Mn-N-O) NA ALUMINIOWYM PODŁOŻU Z WYKORZYSTANIEM OPRACOWANEGO ALGORYTMU
5.1. Charakterystyka podłoża warstw
5.2. Wytwarzanie warstw (Mn-N-S) i (Mn-N-O)
6. MORFOLOGIA WYTWORZONYCH WARSTW POWIERZCHNIOWYCH (Mn-N-S) I (Mn-N-O)
6.1. Mikrostruktura warstw (Mn-N-S) i (Mn-N-O)
6.2. Rozkład stężenia pierwiastków w warstwach (Mn-N-S) i (Mn-N-O)
6.3. Skład fazowy i morfologia mikrostruktury wytworzonych warstw
7. WŁAŚCIWOŚCI UŻYTKOWE WYTWORZONYCH WARSTW POWIERZCHNIOWYCH (Mn-N-S) I (Mn-N-O)
7.1. Przyczepność warstw
7.2. Mikrotwardość
7.3. Właściwości tribologiczne
7.4. Właściwości korozyjne
7.5. Stabilność cieplna warstw
7.6. Charakterystyka właściwości użytkowych wytworzonych warstw
8. PODSUMOWANIE, WNIOSKI ORAZ PROPONOWANE KIERUNKI PRZYSZŁYCH PRAC
8.1. Wnioski poznawcze
8.2. Wnioski utylitarne
8.3. Proponowane kierunki przyszłych prac
PODZIĘKOWANIE
BIBLIOGRAFIA
Streszczenie wjęzyku polskim
Streszczenie wjęzyku angielskim
