2. Przegl d pi miennictwa w zakresie technicznego zastosowania stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej

Transkrypt

1 Open Access Library Volume 2 (8) Przegl d pi miennictwa w zakresie technicznego zastosowania stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 2.1. Techniczne zastosowania stopów magnezu i ich obróbka cieplna Stopy magnezu, które z powodzeniem od dawna stosowane s w ró nych ga ziach przemys u cechuj si po czeniem niskiej g sto ci i du ej wytrzyma o ci co powoduje, e s coraz ch tniej stosowane, je eli obni enie masy elementów i podzespo ów (przy jednoczesnym zachowaniu wymaganych w asno ci mechanicznych), jest istotne, po dane i op acalne. Nie nale y jednak zapomina, e projektowanie elementów ze stopów magnezu narzuca ograniczenia zwi zane z ich niewielk odporno ci korozyjn i trybologiczn oraz konieczno ci stosowania w czasie wytwarzania (topienia, odlewania lub te skrawania), inhibitorów pozwalaj cych na obni enie ich wzmo onej aktywno ci z tlenem. Technologie topienia i odlewania stopów magnezu, w porównaniu do technologii topienia i odlewania równie popularnych stopów aluminium lub cynku, mo na uzna za bardziej skomplikowane, przede wszystkim poniewa temperatura odlewania stopów magnezu jest zacznie wy sza od temperatury, w której nast puje ich samozap on, a powstaj ca warstwa tlenu tworz ca si na powierzchni stopionej cieczy metalicznej nie tworzy szczelnej bariery zabezpieczaj cej metal przed dalszym utlenianiem [55-62]. Wynika to z mniejszej obj to ci molowej tlenku magnezu powstaj cego na powierzchni utleniaj cego si materia u od równowa nej obj to ci molowej stopu magnezowego (wspó czynnik Pilling-Bedworth wynosi 0,81) [62]. Stopy magnezu w zdecydowanej wi kszo ci s materia ami odlewniczymi, w ród których najstarsze i najbardziej rozpowszechnione s stopy Mg-Al, zawieraj ce ponadto takie pierwiastki, jak cynk, mangan i krzem, charakteryzuj ce si szerokim zakresem roztworu sta ego, co korzystnie wp ywa na ich w asno ci (rys. 1). Magnez tworzy z aluminium uk ad fazowy z eutektyk o st eniu 32,3% Al w temperaturze 437ºC (rys. 1). Eutektyka sk ada si z roztworu sta ego i fazy mi dzymetalicznej g l o st eniu 40,2% Al. Graniczna rozpuszczalno aluminium w magnezie wynosi 12,7% w temperaturze eutektycznej, malej c znacznie wraz z obni aniem temperatury do 1,5% w temperaturze pokojowej [56, 58, 60, 61]. Aluminium wp ywa na zwi kszenie twardo ci, wytrzyma o ci na rozci ganie i wyd u enie stopów magnezu. Wraz ze zwi kszaniem si st enia Al wzrasta tak e granica plastyczno ci oraz lejno (przy st eniu ok. 10% Al stopy magnezu charakteryzuj si bardzo dobr lejno ci ). 12 T. Ta ski

2 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn Rysunek 1. Wykres równowagi fazowej Mg-Al [60] Aluminium ponadto zmniejsza skurcz odlewniczy, ale powoduje krucho na gor co. Cynk jest drugim po aluminium sk adnikiem, maj cym najwi kszy wp yw na w asno ci stopów magnezu. Podobnie jak Al, powoduje zwi kszenie wytrzyma o ci i granicy plastyczno ci stopów magnezu, lecz tylko w obecno ci Al i Mn [55-62]. Stopy o st eniu ok. 3% cynku charakteryzuj si bardzo dobr lejno ci, natomiast wi ksze st enie Zn powoduje krucho na gor co, obni enie wyd u enia oraz wyst powanie mikroporowato ci. Cynk rozpuszcza si w magnezie oraz wchodzi tak e w sk ad fazy Mg 17 Al 12 umacniaj cej stopy Mg-Al-Zn. Pozycje w z owe Al w tej fazie mog by cz ciowo zast powane przez Zn i st d w niektórych publikacjach podawane jest oznaczenie fazy jako Mg 17 (Al,Zn) 12 [63-65]. Wraz z cynkiem mo e by tak e dodawany cyrkon, metale ziem rzadkich lub tor do wytwarzania umacnianych wydzieleniowo stopów, wykazuj cych wysok wytrzyma o. Ponadto dodatek cynku poprawia równie odporno korozyjn stopów Mg w s onej wodzie. Mangan, który jako podstawowy sk adnik wyst puje prawie we wszystkich stopach magnezu, dodawany jest w st eniu do oko o 2,5%, chocia stopy zawieraj ce Mn rzadko 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 13

3 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 zawieraj ponad 1,5% tego pierwiastka. Mangan nie ma wielkiego wp ywu na wytrzyma o na rozci ganie (wzrost nast puje przy st eniu ponad 1,5%), ale poprawia nieznacznie granic plastyczno ci [55-62]. Jego najwa niejsz funkcj jest zwi kszenie odporno ci na korozj stopów Mg-Al-Zn w s onej wodzie, poniewa ogranicza niekorzystny wp yw elaza, które jest przyczyn korozji. W stopach Mg-Al mangan wchodzi w sk ad ró nych faz mi dzymetalicznych, tj.: MnAl 4, Al 8 Mn 5, Al 11 Mn 4, Al 5 Mg 11 Zn 4, których twardo wzrasta wraz z udzia em Al. Umo liwia tak e spawanie stopów Mg. Kolejnym pierwiastkiem stopowym wchodz cym w sk ad stopów Mg-Al jest krzem dodawany w celu poprawy lejno ci materia u w stanie roztopionym. Jednak zmniejsza odporno na korozj, je eli w stopie wyst puje dodatek elaza. Wzrost st enia krzemu powoduje znaczne obni enie wyd u enia wzgl dnego, dlatego te ogranicza si je do 0,3% [55-62]. W stopach Mg-Al-Zn krzem wchodzi w sk ad fazy Laves a Mg 2 Si [12, 14]. Podatne na starzenie stopy Mg-Al-Zn charakteryzuj si struktur roztworu sta ego -Mg, mieszaniny eutektycznej + oraz wydzieleniami mi dzymetalicznej fazy Mg 17 Al 12. Faza tworzy si na granicach ziarn roztworu sta ego, najcz ciej podczas odlewania do formy piaskowej lub kokilowej, przy ma ej szybko ci ch odzenia. Wy arzanie lub przesycanie w temperaturze ok. 430ºC powoduje ca kowite lub cz ciowe rozpuszczenie fazy, która po kolejnym przesycaniu i starzeniu mo e spowodowa znaczne umocnienie wydzieleniowe stopu bez pojawienia si stref GP lub faz po rednich [12, 29, 56, 61]. Grupa stopów Mg, w których g ównym dodatkiem jest Al, charakteryzuje si nisk cen, dobr wytrzyma o ci i plastyczno ci oraz zadawalaj c odporno ci korozyjn w wybranych rodowiskach korozyjnych takich, jak aceton, benzol, eter, benzyna, myd a, wodorotlenek sodu lub potasu. Powszechnie stosowane stopy w tej grupie to EN-MCMgAl6Zn1, EN-MCMgAl8Zn1, EN-MCMgAl9Zn1 i EN-MCMgAl10Mn. Najwi ksze znaczenie, przek adaj ce si bezpo rednio na najcz stsze aplikacyjne zastosowania (motoryzacja, sport, sprz t elektroniczny, obudowy, os ony, elementy pi a cuchowych, narz dzia r czne, wyposa enie domowe) przypisuje si stopowi EN-MCMgAl9Zn1 odlewanemu ci nieniowo. Wersja tego stopu o wysokiej czysto ci z indeksem-(hp) charakteryzuje si wysok odporno ci korozyjn, dobr lejno ci i wysok wytrzyma o ci [14, 56, 60, 62, 66]. Oprócz wy ej wymienionych stopów popularno zyska y równie stopy EN-MCMgAl5Mn(HP) i EN-MCMgAl6Mn(HP) charakteryzuj ce si wysok odporno ci korozyjn, znacznym wyd u eniem przy wysokiej wytrzyma o ci oraz dobr lejno ci. 14 T. Ta ski

4 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn S cz sto stosowane w przemy le motoryzacyjnym m.in. na siedzenia, kierownice, tablice rozdzielcze, wentylatory [56, 59, 67-69]. Powa nym ograniczeniem mo liwo ci technologicznych stopów z grupy Mg-Al-Zn i Mg-Al-Mn jest obni enie w asno ci mechanicznych tych stopów w zakresie temperatury od 120 do 130ºC. Przyczyna takiego stanu upatrywana jest w pe zaniu zwi zanym z odkszta ceniem plastycznym spowodowanym g ównie przez po lizg po granicach ziarn [59, 70, 71]. W celu poprawy w asno ci mechanicznych i u ytkowych stopów Mg-Al-Zn oraz zmiany ich struktury w wyniku obróbki cieplnej wykorzystuje si zmian rozpuszczalno ci sk adników w stanie sta ym i wydzielanie si faz o du ej twardo ci. Dodawanie pierwiastków stopowych do magnezu powoduje tworzenie si roztworów granicznych o malej cej rozpuszczalno ci wraz z obni eniem temperatury. Obróbka cieplna odlewniczych stopów magnezu g ównie polega na [56, 61, 72-74]: wy arzaniu ujednorodniaj cym, wy arzaniu odpr aj cym, wy arzaniu rekrystalizuj cym, utwardzaniu wydzieleniowym. Zasadniczo utwardzanie wydzieleniowe polega na wygrzewaniu stopu w temperaturze ok C w ci gu h i nast pnym ch odzeniu w powietrzu lub w wodzie, podczas którego nast puje przesycanie roztworu sta ego sk adnikami stopowymi. W wyniku przesycania stop uzyskuje struktur jednofazow. Nast pnie wykonuje si starzenie w temperaturze C, ni szej od linii solvus granicznej rozpuszczalno ci, w ci gu h, co ma na celu wydzielenie z roztworu fazy umacniaj cej (rys. 2) [56, 61]. Podwy szanie temperatury starzenia nie jest zalecane ze wzgl du na mo liwo nadmiernej koagulacji wydzielonych cz stek. Przesycanie i starzenie odlewniczych stopów przyczyniaj si do zwi kszenia ich w asno ci wytrzyma o ciowych, granicy plastyczno ci i twardo ci przy nieznacznym spadku wyd u enia [72, 73]. Stopy Mg-Al-Zn stanowi tylko jedn z pi ciu podstawowych grup stopów magnezu, które s aktualnie produkowane w celach komercyjnych. Zainteresowanie tymi materia ami w obszarze poznawczym jak i aplikacyjnym wynika g ównie z ich niewielkiej masy, stanowi cej podstaw doboru odpowiedniego sk adu chemicznego i technologii ich obróbki. Obecnie produkcja stopów magnezu skupia si na wytwarzaniu nowoczesnych wysokowytrzyma ych stopów mi dzy innymi z dodatkiem Zr, Ce i Cd, RE stopów bardzo lekkich z Li (stosowanych 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 15

5 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 Rysunek 2. Schemat zmian struktury stopu podczas utwardzania wydzieleniowego [75] w konstrukcjach lotniczych i pojazdach kosmicznych) oraz stopów z odpowiednio ukszta towan warstw powierzchniow wyznaczaj c nowe dotychczas nie osi galne zastosowania [60, 61, 76] In ynieria powierzchni stopów magnezu Rosn ce tendencje do coraz szerszego wykorzystania stopów magnezu motywuj rodowiska naukowe i badawcze do wzmo onej pracy w poszukiwaniu nowych rozwi za w zakresie nie tylko in ynierii wytwarzania, ale równie, a mo e szczególnie w obszarze in ynierii powierzchni umo liwiaj cej uzyskanie na powierzchni obrabianych materia ów nowej generacji warstw zdolnych sprosta zwi kszonym wymaganiom stawianym przez producentów, a finalnie równie odbiorców. W ostatnich latach w szczególno ci wzros o zapotrzebowanie na nowoczesne metody obróbki powierzchniowej umo liwiaj ce popraw w asno ci mechanicznych i u ytkowych warstwy wierzchniej stopów magnezu. Tak du e zainteresowanie in ynieri powierzchni stopów magnezu przyczyni o si z kolei do opracowania 16 T. Ta ski

6 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn szerokiego wachlarza dost pnych obecnie rodzajów pow ok oraz technologii ich nanoszenia. W asno ci u ytkowe wielu produktów i ich elementów zale nie tylko od mo liwo ci przeniesienia obci e mechanicznych przez ca y czynny przekrój elementu, najcz ciej obrabianego cieplnie, lub od jego w asno ci fizykochemicznych, lecz bardzo cz sto tak e lub g ównie od struktury i w asno ci warstw powierzchniowych. Stosowane techniki in ynierii powierzchni pozwalaj w precyzyjny i kompleksowy sposób zaprojektowa najkorzystniej zestawione w asno ci rdzenia i warstwy wierzchniej wytworzonego elementu. Nale y spodziewa si, e nowoczesne technologie in ynierii powierzchniowej, w tym w szczególno ci techniki laserowe oraz metody nanoszenia cienkich pow ok z twardych, odpornych na zu ycie cierne i korozyjne materia ów powinny jednocze nie zapewnia oprócz wymaganych w asno ci u ytkowych (warstwa powierzchniowa nie mo e ulega rozszczepieniu, p kaniu ani rozwarstwieniu, powinna by mo liwie homogeniczna i szczelnie pokrywa powierzchni, by trwa a i funkcjonalna), mo liwo kszta towania walorów estetycznych, przy niezaprzeczalnie wa nym aspekcie ekologicznym. Spo ród wielu technik zwi kszaj cych trwa o stopów magnezu, istotn rol w praktyce przemys owej i laboratoryjnej odgrywaj technologie laserowe z wykorzystaniem laserów du ej mocy, metody fizycznego i chemicznego osadzania z fazy gazowej PVD (ang. Physical Vapour Deposition) i CVD (ang. Chemical Vapour Deposition) oraz metody hybrydowe, nazywane równie multipleksowymi, umo liwiaj ce pe n kontrol nad sk adem, struktur i w asno ciami, wykorzystuj ce charakterystyczne cechy poszczególnych metod, m.in. CVD i PVD oraz konwencjonalnej obróbki cieplno-chemicznej. Obróbka powierzchniowa wytwarzanych elementów przy u yciu ród a jakim jest laser jest w dzisiejszych czasach technologi aktualn i bardzo powszechn ze wzgl du na swoje wydawa oby si nieograniczone mo liwo ci, jak np. du a oszcz dno materia ów, dok adno obróbki, znacz ca poprawa w asno ci obrabianych materia ów, mo liwo zastosowania pe nej automatyzacji, itp. Obecnie wiele dziedzin nauki i techniki korzysta z mo liwo ci jakie niesie ze sob u ycie lasera, jak na przyk ad: technologie materia owe (obróbka powierzchniowa), precyzyjne pomiary i pozycjonowanie, sterowanie prac maszyn, medycyna (chirurgia i biostymulacja), techniki wojskowe, holografia, telekomunikacja optyczna i wiele innych. Na szczególn uwag w ród wy ej wymienionych zas uguje powierzchniowa obróbka laserowa ró norodnych materia ów, w tym równie stopów metali lekkich magnezu i aluminium, która umo liwia mi dzy innymi wytworzenie warstwy wierzchniej o grubo ci od dziesi tnych 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 17

7 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 cz ci milimetra do kilku milimetrów i o specjalnych w asno ciach u ytkowych, o du ej twardo ci oraz odporno ci na cieranie, jednocze nie przy zachowaniu niezmiennych w asno ci materia u pod o a. Przy w a ciwym doborze warunków obróbki elementy mog by wykonane na gotowo, bez konieczno ci dalszej obróbki wyko czaj cej. Dzi ki bardzo precyzyjnemu dostarczaniu energii (promieniowanie wi zki laserowej jest absorbowane wewn trz kilku pierwszych warstw atomowych), bezkontaktowo ci oraz pe nej automatyzacji, technologie laserowe zyskuj coraz wi ksze znaczenie aplikacyjne. wiatowy przemys ju obecnie w szerokim zakresie wykorzystuje techniki laserowe, a najszersze zastosowanie przemys owe w laserowej obróbce materia ów maj lasery sta e z elementem czynnym krystalicznym mi dzy innymi najcz ciej wykorzystywane Nd:YAG z kryszta em granatu aluminiowo-itrowego domieszkowane neodymem, Yb:YAG lasery z kryszta em granatu aluminiowo-itrowego domieszkowane iterbem, w ród których z uwagi na geometri zastosowanego o rodka czynnego mo na wyró ni lasery pr towe i dyskowe. Ponadto nale y wymieni równie cz sto stosowane lasery gazowe np. CO 2, lasery diodowe, wiat owodowe, czyli w óknowe o charakterze pracy wi zki impulsowej lub ci g ej [20-25, 77-83]. W ród najcz ciej stosowanych laserów w in ynierii powierzchni wymienia si lasery diodowe du ej mocy HPDL (ang. High Power Diode Laser). Materia po obróbce laserowej wykonanej przy u yciu lasera HPDL wykazuje w asno ci ró ni ce si od tych wykonanych z u yciem innych laserów du ej mocy, a w szczególno ci charakteryzuje si bardziej jednorodnym obszarem przetopienia oraz mniejsz chropowato ci powierzchni. Zalety te wynikaj z unikatowych cech lasera HPDL, tj. du ej sprawno ci, ok % (laser o mocy 2,0 kw zu ywa cznie z uk adem ch odzenia lasera 7,5 kw), bardzo wysokiego wspó czynnika absorpcji promieniowania, a tak e liniowego kszta tu wi zki promieniowania laserowego. Ponadto lasery HPDL odznaczaj si stosunkowo nisk cen, du trwa o ci (powy ej h), nie wymagaj dodatkowej obs ugi poza czyszczeniem uk adu optycznego, s atwe w obs udze i mobilne [77-83]. Obecnie lasery diodowe du ej mocy stosuje si m.in. do lutowania, hartowania, spawania, przetapiania, stopowania, wtapiania oraz ró nych zastosowa obróbki powierzchniowej stopów metali, w tym równie stopów magnezu. Cieplna obróbka laserowa obejmuje operacje, które prowadzi si wykorzystuj c wi zk laserow jako ród o energii potrzebnej do nagrzania warstwy wierzchniej obrabianego materia u, w celu zmiany jej struktury dla uzyskania odpowiednich w asno ci mechanicznych, fizycznych lub chemicznych polepszaj cych trwa o eksploatacyjn obrabianego przedmiotu. 18 T. Ta ski

8 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn Do tej pory w ramach laserowej obróbki cieplnej powierzchniowej ró nych materia ów in ynierskich, w tym w szczególno ci stopów lekkich i stali narz dziowych, szerokie zastosowanie znalaz a metoda przetopieniowa LSM (ang. Laser Surface Melting). Podczas przetopienia cz zaabsorbowanej energii cieplnej przenika w g b materia u, co skutkuje powstaniem du ego gradientu temperatury pomi dzy ciek warstw materia u na powierzchni a rdzeniem. W czasie obróbki laserowej z przetopieniem nast puje mieszanie si ciek ego metalu na skutek ruchów konwekcyjnych (rys. 3). Ruchy te powstaj w wyniku ró nicy temperatury wyst puj cej mi dzy przetopion powierzchni i dnem obszaru przetopionego oraz wskutek nadmuchu gazu os onowego i oddzia ywania wi zki laserowej. Po przetopieniu i wymieszaniu ciek ego metalu nast puje szybkie krzepni cie, dzi ki istnieniu du ego gradientu temperatury [84, 85]. Hartowanie przetopieniowe laserowe powoduje polepszenie w asno ci eksploatacyjnych: trybologicznych, zm czeniowych i antykorozyjnych przy jednoczesnym cz stym pogorszeniu chropowato ci powierzchni. Podczas przetopienia warstwy wierzchniej materia u mo na uzyska struktur drobnoziarnist oraz cz ciowe lub ca kowite rozpuszczenie wyst puj cych w niej wydziele lub zanieczyszcze. Szybka krystalizacja sprawia, e po rozpuszczeniu nie wydzielaj si one powtórnie lub te wydzielaj si w drobniejszej postaci. W wyniku tego otrzymuje si roztwory silnie przesycone. Rysunek 3. Schemat ruchów konwekcyjnych podczas laserowego przetapiania w p aszczy nie równoleg ej do kierunku przemieszczania si materia u; Vsk szybko przetapiania, Vn szybko odprowadzania ciep a [84, 85] 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 19

9 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 Kolejnym aspektem zastosowania laserowej obróbki cieplnej, znajduj cym wiele mo liwo ci aplikacyjnych w zwi kszaniu w asno ci u ytkowych materia ów in ynierskich, w szczególno ci stali jest stopowanie LSA (ang. Laser Surface Alloying). Stopowanie cia a w stanie sta ym zale y g ównie od gradientu temperatury, gradientu st enia pierwiastków dyfunduj cych i od czasu dyfuzji. Dyfuzja jest procesem powolnym i przy milisekundowych czasach oddzia ywania wi zki laserowej (4 ms) na materia praktycznie niezauwa alnym, co daje w efekcie bardzo ma g boko nasycenia dyfuzyjnego w granicach 1 m. Z tego te powodu przy obróbce laserowej jedynym sposobem wprowadzania i równomiernego rozmieszczenia dodatku stopuj cego w warstwie wierzchniej materia u obrabianego, np. w postaci: folii, ta my, p atków, pow oki galwanicznej lub pasty proszkowej jest jego przetopienie z równoczesnym hydrodynamicznym wymieszaniem (rys. 4) [86, 87]. Przy oddzia ywaniu wi zki laserowej (ci nienie wi zki laserowej), ruchów konwekcyjnych i grawitacyjnych materia y obrabiane topi si powoduj c powstanie ciek ego jeziorka, w którym nast puje intensywne wymieszanie materia ów i powstanie charakterystycznej wyp ywki na obrze u przetopienia (rys. 5). Rysunek 4. Schemat laserowego przetapiania; 1 g owica lasera; 2 wi zka laserowa; 3 próbka; 4 przetapiany materia stopuj cy; 5 dysza z gazem; 6 warstwa stopowana [85] 20 T. Ta ski

10 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn Cienka warstwa materia u w stanie sta ym stykaj c si z roztopionym materia em w jeziorku topi si w wyniku przewodzenia ciep a z k pieli do cia a sta ego. Na granicy fazy sta ej i ciek ej pojawia si bardzo cienka strefa dyfuzyjna, której grubo zwykle nie przekracza 10 m, W niektórych przypadkach sk adniki stopuj ce dyfunduj na g boko m, szczególnie ma to miejsce przy dyfuzji w kapilarach fazy ciek ej po granicach ziarn i bloków w ciele sta ym lub w przypadku dyslokacyjnego przemieszczania si atomów w wyniku miejscowych odkszta ce [81-83]. Morfologia uzyskanej quasi-kompozytowej warstwy odznacza si du jednorodno ci oraz prawid ow dyspersj wprowadzonych cz stek na ca ej g boko ci przetopienia z wyj tkiem bardzo cienkiej warstwy nasycenia dyfuzyjnego. W asno ci stopowanej warstwy wierzchniej, zale ne s od pod o a, materia u stopuj cego oraz od warunków stopowania, jednak niemal zawsze, bogata w sk adniki stopowe otrzymana warstwa wierzchnia odznacza si wi ksz ni pod o e twardo ci, wytrzyma o ci zm czeniow, lepszymi w asno ciami trybologicznymi i antykorozyjnymi, przy jednoczesnym wzro cie chropowato ci, skutkiem czego na elementach po stopowaniu, cz sto wykowywana jest obróbka, maj ca na celu wyg adzenie powierzchni. Stopowanie wykonuje si przy wi kszych ni hartowanie g sto ciach mocy (5x W/cm 2 ), przy czasach ekspozycji od dziesi tnych do tysi cznych cz ci sekundy [81-83]. Istnieje równie zale no, i wraz ze wzrostem g sto ci mocy lub zmniejszaniem si Rysunek 5. Schemat ruchów konwekcyjnych w jeziorku laserowym: a) w przekroju prostopad ym do kierunku ruchu próbki (lub wi zki); b) w przekroju równoleg ym do kierunku ruchu próbki (lub wi zki) [80, 85] 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 21

11 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 szybko ci skanowania wrasta g boko przetopienia. Przy bardzo du ych g sto ciach mocy dochodzi do niekontrolowanego odparowania materia u (rys. 6). Zarówno g sto jak i szybko skanowania powinny zawiera si w odpowiednim przedziale, albowiem dla za wysokiej g sto ci mocy wi zki laserowej lub za niskiej pr dko ci skanowania, materia stopowany zaczyna sublimowa, pozostawiaj c niewielkie w ery na powierzchni. Je eli g sto mocy wi zki laserowej jest zbyt niska lub szybko skanowania za wysoka, struktura stopowanej warstwy mo e okaza si niejednorodna. Znaczenie ma tak e odpowiedni dobór materia u stopuj cego do pod o a, ze wzgl du na temperatur topnienia i sublimacji, która w celu jednorodnego wymieszania powinna by zawarta w w skim przedziale. Proces stopowania charakteryzuje si równie wyst powaniem plazmy w trakcie przetopienia [80-83, 88-90]. Plazma dwojako wp ywa na przetapianie, z jednej strony ekranuje ona jeziorko przed dalszym poch anianiem energii z wi zki laserowej, przez co hamuje sublimacj, z drugiej za strony poprzez ci nienie w asne doprowadza do wymieszania stopionych sk adników. Wi zka laserowa powoduje ponadto powstanie lejkowatego zag bienia w jeziorku ciek ego metalu. Rysunek 6. Schemat przebiegu stopowania laserowego a) bez powstawania plazmy b) z powstawaniem plazmy c) kszta towanie cie ki laserowej w postaci wa u [80, 85] 22 T. Ta ski

12 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn Na granicy ciek y metal plazma utrzymywana jest nieustannie zaburzana, chwiejna równowaga [80]. W celu uregulowania wp ywu plazmy na jeziorko ciek ego metalu, stosuje si ró ne technologiczne metody jej aktywacji lub niwelacji. Jedn z metod ograniczania wp ywu plazmy na jeziorko ciek ego metalu jest zdmuchiwanie ob oku plazmy przez strug gazu oboj tnego. Wprowadzany gaz (np. argon) cz sto jest dodatkowo podgrzewany, co zapobiega pogarszaniu efektu energetycznego. Natomiast intensyfikowanie wp ywu plazmy wykonywane jest przy u yciu zdmuchiwania ob oku plazmy, ale przy jednoczesnym kierowaniu powtórnym do strefy obróbki odbitego pierwotnie promieniowania laserowego przez uk ad zwierciade p askich lub zwierciadlan czasz [80-83, 88-90]. Rozwini ciem technologii laserowego stopowania zastosowanej do obróbki powierzchniowej laserem du ej mocy stali niskow glowych, stali nisko- i redniostopowych, narz dziowych, eliw, stopów metali lekkich jest technika laserowego wtapiania, predysponowana przede wszystkim do obróbki powierzchniowej materia ów niskotopliwych, doskonale nadaj ca si do zastosowania w przypadku stopów magnezu, polegaj ca na dostarczaniu cz stek wzmocnienia w obszar ciek ego materia u osnowy, topionego wskutek dzia ania wi zki laserowej. Materia wtapiany mo e by doprowadzany do ciek ego jeziorka warstwy przetopionej w postaci proszków lub drutu (rys. 7). W celu zapobiegania utleniania si materia u podczas wtapiania, stosowane s ochronne strumienie gazów oboj tnych, np. argonu lub helu. Rysunek 7. Schemat laserowego wtapiania [83] 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 23

13 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 Proces wtapiania realizowany jest przy u yciu laserów o pracy ci g ej, poniewa materia wzmacniaj cy mo e by podawany do strefy przetopieniowej tylko w momencie nagrzewania laserowego, nie wykonuje si wtapiania w trakcie przerw mi dzy impulsami grzejnymi. Laserowe wtapianie jest technologi bardzo zbli on do technologii laserowego stopowania, z t ró nic e w przypadku wtapiania wyst puje niewielkie wzbogacenie wytworzonej warstwy wierzchniej pierwiastkami zastosowanego wzmocnienia, poniewa materia wzmacniaj cy ulega jedynie nieznacznemu rozpuszczeniu w osnowie warstwy quasi-kompozytowej lub zupe nie si nie rozpuszcza [80-83, 88-90]. Powierzchnia uzyskana przez wtapianie jest stosunkowo g adka, a przez uzyskanie wymiarów podobnych do wymiarów ko cowych, obróbka wyko czaj ca ograniczona jest zwykle do minimum. Metod wtapiania laserowego, zale nie od sk adu chemicznego materia u stopuj cego, mo na uzyskiwa warstwy gradientowe, kompozytowe, metaliczne lub ceramiczne, które to wykazuj lepsze w asno ci od materia u pod o a. Post p jaki si dokonuje w zakresie wytwarzania i zwi kszania trwa o ci eksploatacyjnej elementów konstrukcyjnych i narz dzi, znajduj cych zastosowanie w ró nych dziedzinach ycia dokonuje si w g ównej mierze dzi ki coraz powszechniejszemu wykorzystaniu technik in ynierii powierzchni. Koncepcja wytworzenia produktów o optymalnych w asno ciach zarówno w strefie rdzenia jak i warstwy wierzchniej jest mo liwa dzi ki wykorzystaniu potencja u, jaki daj nowoczesne metody nanoszenia pow ok, w tym w szczególno ci metody fizycznego (PVD) i chemicznego (CVD) osadzania z fazy gazowej. W tym celu konieczne jest opracowanie technologii pozwalaj cej na otrzymanie pow ok o wysokich w asno ciach mechanicznych i u ytkowych przy jednoczesnej minimalizacji kosztów i uci liwo ci dla rodowiska. Jest to nowoczesny kierunek poszukiwa technologicznych, atrakcyjny badawczo i o mi dzynarodowym zasi gu. Technologia PVD lub CVD uszlachetniania powierzchni materia ów in ynierskich, w tym równie metali lekkich wydaje si by odpowiedni alternatyw dla technologii laserowego przetapiania, wtapiania i/lub stopowania powierzchni stopów magnezu, ze wzgl du na liczne zalety, jakimi si charakteryzuj. W ród najwa niejszych silnych stron, jakimi charakteryzuj si techniki fizycznego i chemicznego osadzania z fazy gazowej nale y wymieni mi dzy innymi mo liwo uzyskania ca ej gamy nowej generacji materia ów wysokiej jako ci o unikatowych w asno ciach dla ci le okre lonych zastosowa, mo liwo otrzymania pow ok z o onych (wielosk adnikowe, wielowarstwowe, wielofazowe, gradientowe, kompozytowe, metastabilne), 24 T. Ta ski

14 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn du a wydajno procesu przy zachowaniu wysokiego poziomu ekologicznej czysto ci, ewentualno stosowania jako materia u wyj ciowego czystych metali, gazów i ich mieszanin, wyj tkowe w asno ci dekoracyjne, atwo automatyzacji dostosowanej do produkcji seryjnej [46-54, ]. Metodami CVD wytwarza si na powierzchni obrabianego przedmiotu najcz ciej twarde i odporne na cieranie, a tak e na korozj, pow oki w glików, azotków, w glikoazotków oraz tlenków ze sk adników atmosfery gazowej. Wytwarzanie warstw klasyczn metod CVD nast puje w szczelnym reaktorze w wyniku niejednorodnych katalizowanych chemicznie i fizycznie reakcji na powierzchni materia ów pokrywanych, w temperaturze C i przy ci nieniu , Pa [85, 105, 107, ]. Proces jest wykonywany w aktywnych atmosferach gazowych, zawieraj cych zwykle lotne halogenki pierwiastka dyfunduj cego oraz w glowodoru, azotu, wodoru lub gazu oboj tnego, np. argonu. W wyniku reakcji chemicznej zachodz cej na powierzchni metalu wydzielaj si atomy ze zwi zku. Drugi sk adnik warstwy pochodzi z pod o a lub z atmosfery. Zarówno obecny jak i przysz y rozwój metod chemicznego osadzania z fazy gazowej polega na modyfikacjach rozwi za tradycyjnych w kierunku obni enia temperatury procesu nawet poni ej 200 C. Najcz stszymi sposobami s obni enie ci nienia, zastosowanie wy adowania jarzeniowego lub pr dów wysokiej cz stotliwo ci, aktywacja elektryczna rodowiska gazowego w metodach wspomaganych lub aktywowanych plazm niskotemperaturow, jak równie dobór odpowiednich atmosfer gazowych i stosowanie zwi zków o ni szej temperaturze reakcji chemicznych [85, 105, 107, ]. Najbardziej atrakcyjne i perspektywiczne wydaj si by metody nanoszenia cienkich warstw z wykorzystaniem plazmy niskotemperaturowej PACVD (ang. Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) i PECVD (ang. Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) umo liwiaj ce osadzanie nierównowagowych faz oraz lepsz kontrol nad sk adem chemicznym i czysto ci pokry w porównaniu do klasycznych technik CVD, wytwarzanie twardych warstw powierzchniowych lub warstw wykazuj cych specjalne w asno ci: powierzchniowe i obj to ciowe (np. ochronne, antykorozyjne, trybologiczne) [105, 107, ] (rys. 8). Nisk temperatur osadzania warstw w metodzie PACVD uzyskuje si dzi ki wzbudzeniu przy pomocy plazmy cz stek mieszaniny gazowej do energii zgodnej z termicznym wzbudzeniem [105, 107, ]. Obni enie ci nienia zwi ksza dyfuzyjno gazów, co powoduje szybsze powstawanie warstwy dyfuzyjnej przy mniejszych ci nieniach cz stkowych substratów i w ni szej temperaturze. Ponadto znaczne obni enie temperatury 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 25

15 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 nak adania cienkich warstw metod PACVD umo liwia zastosowanie, dotychczas niemo liwych do wykorzystania w technice CVD materia ów pod o a, w tym równie odlewniczych stopów magnezu Mg-Al-Zn, dla których temperatura chemicznego osadzania z fazy gazowej nie powinna przekracza 180 C. Metoda PACVD wykorzystywana jest cz sto do nak adania pow ok na bazie w gla, a w szczególno ci diamentopodobnych pow ok w glowych DLC (ang. Diamond Like Carbon). Pow oki w glowe DLC charakteryzuj si struktur najcz ciej amorficzn, lecz wykazuj równie liczne cechy naturalnego diamentu. Diamentopodobne pow oki w glowe DLC stanowi mieszanin amorficznego lub drobnokrystalicznego w gla o hybrydyzacji elektronów sp 3, sp 2 sp 1. O udziale fazy krystalicznej w pow oce DLC decyduje dobór metody i warunków jej nanoszenia [85]. Faza sp 2 zapewnia pow okom niski wspó czynnik tarcia i dobre przewodnictwo elektryczne, natomiast o oboj tno ci chemicznej, wysokiej twardo ci i odporno ci na zu ycie trybologiczne decyduje udzia fazy sp 3. Dlatego te cienkie diamentopodobne pow oki w glowe DLC wykazuj wysok twardo, du odporno korozyjn i trybologiczn, a tak e cechuj si du rezystywno ci. Z trybologicznego punktu widzenia interesuj ca jest przydatno pow ok DLC na skojarzenia lizgowe pracuj ce w warunkach ograniczonego smarowania oraz tarcia technicznie suchego [ ]. W zale no ci od warunków osadzania warstw DLC Rysunek 8. Procesy zachodz ce w technologiach z wykorzystaniem plazmy niskotemperaturowej PACVD [85] 26 T. Ta ski

16 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn mo na wytworzy pow oki o ró nych w asno ciach elektrycznych, pocz wszy od przezroczystych izolatorów, a sko czywszy na czarnych przewodnikach. Wymienione powy ej w asno ci diamentopodobnych pow ok w glowych DLC decyduj o ich szerokich mo liwo ciach aplikacyjnych, tj.: do pokrywania kraw dzi tn cych narz dzi do szybkiego kszta towania na sucho drewna oraz aluminium, w silnikach samochodów wy cigowych oraz w silnikach nowoczesnych motocykli sportowych, w medycynie, zarówno w implantach medycznych, jak i do produkcji instrumentarium medycznego, w sprz cie komputerowym, przy wytwarzaniu mikrolamp rentgenowskich [85]. Metody fizycznego osadzania pow ok z fazy gazowej PVD (ang. Physical Vapour Deposition) bazuj ce na zjawiskach fizycznych (kondensacja sk adników plazmy, odparowanie, rozpylanie katodowe w pró ni, jonizacja gazów i par metali) pod obni onym ci nieniem Pa, stanowi obecnie jedne z najcz ciej stosowanych technik in ynierii powierzchni wytwarzania twardych pow ok odpornych na zu ycie trybologiczne i korozyjne [85]. Nanoszenie pow ok metod PVD mo e by wykonywane na pod o u zimnym lub podgrzanym, co jednocze nie umo liwia pokrywanie elementów, np. ze stopów magnezu bez obawy o spadek ich w asno ci. Po czenie pow oka-pod o e ma charakter dyfuzyjno-adhezyjny, o czym wiadczy st enie pierwiastków w osnowie i w pow oce, zmieniaj ce si w strefie przej ciowej o grubo ci 1-2 m i jest tym silniejsze, im bardziej czysta jest powierzchnia pokrywana [121]. Czysto powierzchni pod o a przed osadzaniem pow oki zapewnia chemiczne przygotowanie powierzchni (oczyszczenie zgrubne) oraz etap czyszczenia zjonizowanymi cz steczkami gazu oboj tnego padaj cymi na pod o e z du energi kinetyczn i wybijaj cymi atomy zanieczyszcze, tzw. trawienie jonowe. Dzia anie takie wp ywa równie na zwi kszenie temperatury i aktywacj pod o a bezpo rednio przed osadzaniem pow oki [ ]. Pow oka w metodach PVD powstaje ze strumienia zjonizowanej plazmy na niezbyt gor cym pod o u. Energia jonów bombarduj cych pod o e, powinna wynosi od kilku do kilkudziesi ciu elektronowoltów. Jest to uwarunkowane zakresem energii wi zania atomów na powierzchni. Du a ró norodno metod PVD stosowanych obecnie uzale niona jest od wielu czynników, tj. rozwi za konstrukcyjnych stosowanych urz dze jak i zachodz cych w nich, w trakcie procesu zjawisk fizykochemicznych. W ród wielu uwarunkowa, które wp ywaj na charakterystyk poszczególnych metod PVD nale y wymieni : umiejscowienie strefy otrzymywania i jonizowania par osadzonego materia u; sposoby otrzymywania par osadzanych metali lub zwi zków (odparowanie, sublimacj, rozpylanie), nanoszenie par materia u 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 27

17 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 (rozpylanie (ang. sputtering S)), naparowanie (ang. evaporation E), napylanie (ang. ion plating IP); sposoby intensyfikacji osadzania warstw (metody reaktywne, zwi zane ze stosowaniem gazów reaktywnych, metody aktywowane, z aktywowaniem jonizacji gazów i par metali przez dodatkowe zjawiska, metody mieszane reaktywno-aktywowane, w których mo liwe s ró ne kombinacje podanych zjawisk fizycznych) [85, 107, 124]. Dodatkowo w zaawansowanych metodach PVD stosowane jest chemiczne wspomaganie kondensacji par metali poprzez wprowadzenie do komory roboczej gazów reaktywnych, które stanowi gazowe substraty dla wytwarzanych pow ok [125]. W ród wielu obecnie stosowanych technik fizycznego osadzania z fazy gazowej na szczególn uwag zas uguje metoda katodowego odparowania ukowego CAD (ang. Cathodic Arc Deposition), zwana równie CAE (ang. Cathodic Arc Evaporation). Metoda CAE jest obecnie jedn z najcz ciej wykorzystywanych technik PVD do osadzania cienkich pow ok w praktyce przemys owej [ ]. W metodzie tej pary sk adnika metalicznego uzyskuje si poprzez lokalne odparowanie niewielkich obszarów od kilku do kilkunastu mm 2, podgrzanych do temperatury kilku tysi cy stopni Celsjusza. ród em zjonizowanych par metali jest ch odzona wod katoda wykonana z metalicznego sk adnika materia u pow oki, poddawanego intensywnej ablacji poprzez silnopr dowe, niskoci nieniowe wy adowanie ukowe, które zachodzi pomi dzy p ask lub przestrzenn katod, a pier cieniow anod (rys. 9). Rysunek 9. Przyk adowy schemat ród a par wykorzystywany w metodzie ukowej [105, 128] 28 T. Ta ski

18 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn W niektórych rozwi zaniach konstrukcyjnych anod mo e stanowi równie ca a komora pró niowa. Plazma otrzymana w wy adowaniu ukowym jest silnie zjonizowana, a stopie jonizacji zale y od rodzaju odparowanego materia u i mie ci si w granicach %. Pokrywane pod o e jest spolaryzowane ujemnie napi ciem oko o V co wp ywa na ukierunkowanie i zwi kszenie energii kinetycznej jonów [121, 123, 127, 129, 130]. Charakterystyczn cech tej metody jest wysoka energia jonów i atomów do 150 ev oraz bardzo du y stopie jonizacji plazmy [85]. W celu osadzenia pow oki na trójwymiarowym substracie konieczne jest zastosowanie uchwytu obrotowego oraz kilku róde ukowych pozwalaj cych na zminimalizowanie tak zwanego efektu cienia (nierównomierne pokrywanie wszystkich powierzchni materia u pod o a przez warstw osadzan ). Metod katodowego odparowania ukiem elektrycznym mo na stosowa do szerokiego spektrum materia ów pod o a, tj.: ró nych gatunków stali, materia ów kompozytowych na osnowie metalowej, ceramiki in ynierskiej, metali nie elaznych, stopów lekkich, w tym równie omawianych w tej publikacji odlewniczych stopów Mg-Al-Zn. Pow oki otrzymywane w procesie PVD mo na podzieli na dwie podstawowe grupy [85, 121]: proste, zwane pow okami jednowarstwowymi lub monowarstwowymi, sk adaj ce si z jednego materia u (metalu, np. Al, Cr, Cu, lub fazy, np. TiN, TiC), z o one, sk adaj ce si z wi cej ni jednego materia u, przy czym materia y te zajmuj ró ne pozycje w tworzonej pow oce. O ile w przypadku pow ok jednowarstwowych trudno mówi o skomplikowanym schemacie konfiguracji pod wzgl dem sk adu chemicznego i ilo ciowego, o tyle w przypadku pow ok z o onych mo liwo ci jest wiele. W szczególno ci do pow ok z o onych nale y zaliczy pow oki wielosk adnikowe, wielowarstwowe, wielofazowe, gradientowe, kompozytowe i metastabilne. Na w asno ci mechaniczne oraz eksploatacyjne pow ok mo na wp ywa przez odpowiedni dobór sk adu chemicznego warstwy wierzchniej oraz przez optymalizacj warunków jej nanoszenia. Problematyka badawcza dotycz ca wytwarzania pow ok stanowi jeden z wa niejszych kierunków rozwoju in ynierii powierzchni, gwarantuj cych otrzymanie pow oki o wysokich w asno ciach mechanicznych i u ytkowych. Nadanie nowych cech eksploatacyjnych powszechnie stosowanym materia om bardzo cz sto uzyskuje si poprzez nanoszenie pow ok prostych jednowarstwowych, jednosk adnikowych metodami PVD. Dokonuj c wyboru materia u na pow oki napotyka si na barier wynikaj c z faktu, e wielu w asno ci oczekiwanych od idealnej pow oki nie mo na jednocze nie uzyska. Przyk adowo, wzrost twardo ci 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 29

19 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 i wytrzyma o ci powoduje spadek ci gliwo ci i przyczepno ci pow oki do pod o a. Jednocze nie dochodz jeszcze zró nicowane wymagania dotycz ce wybranych obszarów pow oki, cz sto koliduj cych ze sob w zale no ci od zastosowania. W celu uzyskania pow oki o optymalnych w asno ciach nale y odpowiednio kszta towa w asno ci pow ok w jej trzech strefach: powierzchni, warstwie rodkowej i warstwie przej ciowej pomi dzy pod o em a pow ok (rys. 10). Dlatego te dobór materia u pow oki odpowiednio skorelowanej z pod o em cz sto nastr cza wielu problemów wdro eniowych. Ponadto wzrastaj ce oczekiwania rynkowe dotycz ce podwy szenia trwa o ci trybologicznej elementów pokrytych pow okami PVD generuj dodatkowe wymagania dotycz ce odporno ci na cieranie nanoszonych pow ok i ich kontaktu z twardymi materia ami (rys. 11). Bezpo rednio nara ona na kontakt z innymi materia ami zewn trzna powierzchnia styku pow oki powinna charakteryzowa si ma reaktywno ci. Od rodkowej cz ci pow oki wymagana jest zarówno du a twardo jak i dobra ci gliwo umo liwiaj ca redukcj napr e w asnych. Ostatni obszar, tzn. strefa kontaktu pow oki z materia em pod o a powinna zapewnia przede wszystkim dobr przyczepno, któr mo na uzyska np. przez minimalizacj napr e oraz identyczny charakter wi za pow oki i pod o a. Rysunek 10. Wymagania dotycz ce w asno ci pow ok na ich przekroju [131] 30 T. Ta ski

20 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn Rysunek 11. Wymagania oraz mechanizmy zu ycia pow ok w zastosowaniach trybologicznych [121, 131] Rysunek 12. Metody badawcze cienkich pow ok PVD i CVD 4. Materia i metodyka bada 31

21 Open Access Library Volume 2 (8) 2012 Nale y jednak pami ta, e najlepszym sposobem na pokonanie wyst puj cych trudno ci technologicznych i aplikacyjnych jest ci g y rozwój w zakresie bada i wdro e. Na wiod cych corocznych wiatowych kongresach po wi conych tematyce pow ok PVD i CVD mo na zauwa y rosn cy trend badawczy dotycz cy warstw powierzchniowych o strukturze gradientowej zast puj cych pow oki starszej generacji, np. proste monowarstwowe oraz wielowarstwowe. Wielosk adnikowe i hybrydowe-gradientowe pow oki nanoszone metod fizycznego i chemicznego osadzania z fazy gazowej stanowi obecnie jedn z bardziej interesuj cych oraz intensywnie poszukiwanych technologii ochrony i modyfikacji powierzchni produktów. Wynika to g ównie z faktu, e posiadaj one lepsze w asno ci w porównaniu do wi kszo ci pow ok konwencjonalnych oraz pow ok starszej generacji. Pow oki o strukturze gradientowej s zdolne do zachowania niskiego wspó czynnika tarcia (pow oki samosmaruj ce) w wielu rodowiskach pracy, przy zachowaniu du ej twardo ci i zwi kszonej odporno ci korozyjnej oraz trybologicznej. Wytworzenie na stopach metali lekkich pow oki multifunkcjonalnej o dobrej przyczepno ci do pod o a poprzez zastosowanie gradientowej warstwy przej ciowej pomi dzy materia em pod o a a warstw w a ciw zwi kszaj c przyczepno i ograniczaj c napr enia zak ada wykorzystanie synergizmu w asno ci materia owych poszczególnych stref, dlatego istotne jest okre lenie krytycznych warto ci w asno ci eksploatacyjnych pow ok w zale no ci od rodowiska i warunków pracy uk adu aerologicznego. W celu poznania struktury i w asno ci pow ok nanoszonych w procesie fizycznego i chemicznego osadzania z fazy gazowej stosowane s szczególnie wysublimowane metody badawcze, które oprócz tego e zapewniaj precyzyjne okre lenie i scharakteryzowanie interesuj cych szczegó ów budowy krystalicznej pow ok, to dodatkowo umo liwiaj dalsz popraw procesu nak adania warstw oraz poznania przyczyn ich niszczenia lub uszkodze, ze wzgl du na siln korelacj zachodz c pomi dzy struktur pow oki a jej w asno ciami. Szczególnie wa nym wydaje si by poznanie topografii powierzchni pow ok, ich morfologii, okre lenie wielko ci i kszta tu ziarna, defektów struktury, tekstury, orientacji krystalograficznej oraz analiza jako ciowa i ilo ciowa faz wykonane przy u yciu metod badawczych, w ród których najwa niejsze s badania metodami rentgenografii dyfrakcyjnej (XRD), badania w transmisyjnym (TEM) oraz skaningowym (SEM) mikroskopie elektronowym, analiza powierzchni wykonana przy u yciu mikroskopu si atomowych (AFM) i skaningowego mikroskopu tunelowego (STM). Nierozerwalnie wi e si z powy szym analiza sk adu 32 T. Ta ski

22 Kszta towanie struktury i w asno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn chemicznego pozwalaj ca na identyfikacj pierwiastków oraz okre lenie ich st enia zarówno na powierzchni jak i w g b materia u, wykorzystuj c np. metod spektrometrii elektronów Auger`a, badania rentgenowskim spektroskopem fotoelektronowym (XPS) lub spektroskopem optycznym wy adowania jarzeniowego (GDOS) (rys. 12). 2. Przegl d pi miennictwa w zakresie ( ) stopów magnezu i ich obróbki powierzchniowej 33