mogą być cienkie, niskotarciowe powłoki nakładane technikami PVD. NaleŜy podkreślić, Ŝe dobrze opanowane technologicznie powłoki PVD/CVD na

Transkrypt

1 Prof. dr hab. inŝ. Józef Gawlik, prof. zw. PK Politechnika Krakowska Katedra InŜynierii Procesów Produkcyjnych Al. Jana Pawła II 37; Kraków R E C E N Z J A pracy habilitacyjnej nt. Właściwości tribologiczne smarowanych, wysokoobciąŝonych elementów maszyn pokrytych cienkimi powłokami niskotarciowymi oraz opinia o dorobku naukowo-badawczym i dydaktycznym dra inŝ. Remigiusza Michalczewskiego. Podstawa opracowania: zlecenie Rektora Uniwersytetu Technologiczno-Humanistycznego im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu,Nr PK-042/106/1/12 z dnia r. 1. Charakterystyka i ocena pracy habilitacyjnej Rozprawa habilitacyjna, opublikowana przez Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji-Państwowy Instytut Badawczy (ITE-PIB) w Radomiu zawiera 168 stron, a w tym: 2 stronicowy spis treści, 2 strony streszczenia w j. polskim i2 strony w j. angielskim, 2 strony waŝniejszych skrótów i oznaczeń, 4 strony wprowadzenia, 12 stron wykazu literatury (204 pozycje) oraz 2 strony charakterystyki zawodowej Autora rozprawy. Praca składa się z czterech głównych rozdziałów oraz podsumowania i wniosków. Problemy ograniczenia zuŝycia współpracujących par kinematycznych maszyn, urządzeń technologicznych, pojazdów itd. stanowią przedmiot badań i poszukiwań nowych rozwiązań technicznych i technologicznych. Te zagadnienia nabierają szczególnego znaczenia w wysokoobciąŝonych mechanizmach przekładniowych, w których głównymi przyczynami utraty przez nie zdolności eksploatacyjnej są zjawiska zacierania, pittingu, czy teŝ innych postaci zuŝycia. Wprowadzanie do współpracy środków smarowych z aktywnymi dodatkami przeciwzuŝyciowymi i przeciwzatarciowymi nie rozwiązuje skutecznie tego problemu. Habilitant załoŝył, Ŝe jest moŝliwa znacząca poprawa trwałości tych węzłów poprzez wytworzenie cienkich powłok technikami PVD, co pozwoli ograniczyć stosowane dotychczas dodatki smarowe. NaleŜy podkreślić, Ŝe dodatki te oddziałują niekorzystnie na środowisko, co przy preferowaniu ekologicznych technologii nabiera tym większego znaczenia. Autor rozprawy podjął temat badawczy w pełni aktualny i waŝny dla poszerzenia oraz usystematyzowania wiedzy związanej z jednym z fundamentalnych problemów eksploatacji maszyn i urządzeń technologicznych, temat o istotnym wymiarze technicznym, ekonomicznym i społecznym. We wprowadzeniu Habilitant podkreśla, Ŝe wysokoobciąŝone węzły tarcia, takie jak: koła zębate, łoŝyska toczne, mechanizmy krzywka popychacz są newralgicznymi zespołami w silnikach i przekładniach produkowanych w milionach sztuk rocznie. Opracowanie nowych, czy teŝ ulepszenie istniejących rozwiązań technicznych i technologicznych, sprzyjających ograniczeniu zastosowania produktów ropopochodnych jest działaniem na rzecz ochrony środowiska naturalnego. WysokoobciąŜone pary kinematyczne wykonane w większości ze stali, w procesie eksploatacji podlegają zuŝyciu ściernemu, zacieraniu oraz powierzchniowemu zuŝyciu zmęczeniowemu (pittingowi). Aby ograniczyć wpływ tych niekorzystnych, ale teŝ i nieuniknionych zjawisk w procesie eksploatacji, Habilitant proponuje własną, oryginalną koncepcję rozwiązania problemu, a mianowicie wprowadzenie do strefy styku cienkiej powłoki zabezpieczającej przed powstawaniem sczepień adhezyjnych współpracujących elementów w węźle tarcia (moŝna ją porównać do głównego postulatu ochrony zdrowia, a mianowicie lepiej przeciwdziałać poprzez profilaktykę, aniŝeli leczyć juŝ istniejącą chorobę). Tym rozwiązaniem

2 mogą być cienkie, niskotarciowe powłoki nakładane technikami PVD. NaleŜy podkreślić, Ŝe dobrze opanowane technologicznie powłoki PVD/CVD na narzędziach skrawających charakteryzują się innymi właściwościami i odmienne są warunki ich pracy, aniŝeli cienkich warstw w węzłach tarcia. W rozdziale 1 Autor rozprawy analizuje warunki pracy i mechanizmy zuŝywania wysokoobciąŝonych, smarowanych części maszyn. DuŜa koncentracja napręŝeń stykowych i odkształcenia materiału w otoczeniu strefy styku prowadzą do uszkodzeń i niszczenia warstwy wierzchniej współpracujących elementów. Podstawą do analizy są wykresy przejściowe IRG (International Research Group). Habilitant analizuje prace róŝnych ośrodków i autorów publikacji z tego zakresu, w szczególności dotyczące warstwy granicznej i tarcia granicznego, wpływu dodatków smarowych. Dochodzi do waŝnej, moim zdaniem, konkluzji (s.17), Ŝe prace nad tworzeniem warstw granicznych w warunkach tarcia w swej istocie skupiają się przede wszystkim nad aspektem mechanizmów wiązania komponentów środków smarowych z podłoŝem ). Współpracujące elementy, głównie ze stali, posiadają róŝnorodną strukturę o zmiennych lokalnie właściwościach i oddziaływaniem ze środkiem smarowym. Wykorzystanie potencjalnych, korzystnych właściwości przeciwzuŝyciowych powłok PVD w węzłach tarcia wymaga poznania mechanizmów oddziaływania środka smarowego z materiałem powłoki oraz zrozumienia przyczyn i warunków zaistnienia patologicznych form zuŝycia: zacierania i pittingu. Jest to myśl przewodnia opiniowanej rozprawy. Kontynuując tę myśl Habilitant dokonał analizy stanu badań nt. zacierania węzłów tarcia w wyniku wzrostu obciąŝenia. Brak jest jednolitej teorii odnośnie do procesów inicjujących zacieranie. Wg niektórych autorów zacieranie jest wynikiem zuŝywania się współpracujących elementów, a znaczny wzrost oporów jest efektem niszczenia powierzchni trących. Inni autorzy przyjmują, Ŝe to właśnie wzrost oporów ruchu powoduje zapoczątkowanie procesu zacierania. Oryginalna, własna metoda badania procesu zacierania z zastosowaniem aparatu czterokulowego została opracowana w ITE-PIB w Radomiu pod kierunkiem M. Szczerka. UmoŜliwia ona identyfikację pojawienia się procesu zacierania, a takŝe podstawę do wyjaśnienia mechanizmu tego procesu. Bazując na doświadczeniach ze zuŝyciem narzędzi skrawających, w pełni zgadzam się z twierdzeniem M. Szczerka, Ŝe zacieranie jest zuŝyciem katastroficznym. Zwiększanie trwałości i niezawodności wysokoobciąŝonych elementów maszyn poprzez zastosowanie technologii konwencjonalnych (np. wprowadzanie zmian materiałowych), czy teŝ modyfikacji właściwości olejów smarowych z dodatkami przeciwzatarciowymi prowadzi na ogół do zintensyfikowania zuŝycia przez pitting. Badania Habilitanta nad zastosowaniem cienkich powłok przeciwzuŝyciowych, nakładanych techniką PVD, otwierają nowe, realne moŝliwości poprawy jakości technologicznej i eksploatacyjnej kinematycznych węzłów tarcia. Kolejnym zagadnieniem, które było przedmiotem analizy jest powierzchniowe zuŝycie zmęczeniowe pitting, występujące w ruchu tocznym lub toczno-ślizgowym w warunkach smarowania elastohydrodynamicznego (EHD). Pitting jest wynikiem akumulacji energii w warstwie wierzchniej współpracującej pary. Proces postępuje w sposób ciągły (utajony) do pojawienia się zuŝycia wytrzymałościowego w postaci pęknięć, wgłębień, wykruszeń. Badania mechanizmów i wyjaśnienia tej formy zuŝycia podjęli m. in. M. Szczerek, W. Tuszyńki i W. Piekoszewski. Badania Habilitanta są kontynuacją i rozwinięciem tej problematyki, bowiem uwzględnia On łącznie zacieranie i pitting, jako główne formy zuŝycia wysokoobciąŝonych węzłów tarcia. JuŜ we wprowadzeniu zostały zasygnalizowane istotne ograniczenia, głównie ekologiczne, stosowania środków smarowych. Podjęte zostały przez ośrodki naukowe, w tym takŝe w ITE 2

3 PIB w Radomiu, badania nad zastosowaniem ekologicznych olejów smarowych o właściwościach biodegradowalności i nietoksyczności. Badania te, oprócz tych poŝądanych cech, wskazują takŝe na niekorzystne zmiany właściwości fizykochemicznych w czasie eksploatacji, a w tym obniŝenie odporności na zacieranie w testach przekładniowych. Zdaniem Habilitanta, istnieją moŝliwości poprawy tego stanu, jeśli cienka warstwa niskotarciowa przejmie przeciwzuŝyciowe i przeciwzatarciowe funkcje niepoŝądanych dodatków smarowych. Rozwój technologii PVD/CVD wytwarzania powłok przeciwzuŝyciowych otwiera nowe moŝliwości ich zastosowania w ruchowych połączeniach tribologicznych (podrozdział 1.3). NaleŜą do nich powłoki: kompozytowe, gradientowe, wielowarstwowe, o strukturze sieci i hybrydowe (rys.1.8). Dane literaturowe, dotyczące właściwości tych powłok oraz wyniki testów tribologicznych, wykonanych przy współudziale Autora rozprawy na testerze w ITE-PIB, dla skojarzenia stalowej pary: kula tarcza zostały przedstawione na rys.1.9 rys Potwierdzają one, Ŝe zarówno współczynnik tarcia, jak i intensywność zuŝywania się przy zastosowaniu pokryć niskotarciowych są wyraźnie niŝsze. W przypadku wysokoobciąŝonych elementów maszyn niski współczynnik tarcia i mniejsza intensywność zuŝywania się współpracujących elementów nie zapewniają zwiększenia ich trwałości. Wymagane funkcje i właściwości stref w powłoce dla zastosowań tribologicznych zostały zaprezentowane na rys.1.11, a idea budowy takich warstw do zastosowań na elementy maszyn na rys Habilitant komentując te dane literaturowe podsumowuje, iŝ powłoka powinna się składać przynajmniej z trzech warstw. Pierwsza warstwa (bezpośrednio na podłoŝu) odpowiada za adhezję i przeniesienie statycznych oraz dynamicznych obciąŝeń zewnętrznych węzła tarcia, druga zapewnia wysoką odporność na zuŝycie, zaś trzecia warstwa zewnętrzna,, pełni funkcję warstwy niskotarciowej. RozwaŜanymi materiałami są diamentopochodne modyfikacje węgla i dwusiarczek molibdenu. Problem: w przypadku warstw stosowanych na narzędzia skrawające ze stali szybkotnących waŝną rolę odgrywa strefa przejściowa, która tworzy się pomiędzy warstwą pokrycia a materiałem podłoŝa (materiałem rodzimym), przy odpowiednich warunkach prowadzenia procesu PVD. Pytanie: Czy taka strefa występuje równieŝ przy tworzeniu powłok do zastosowań na wysokoobciąŝone węzły tarcia? Przypuszczam, Ŝe odgrywałaby ona pozytywna rolę w ograniczaniu zmęczeniowego zuŝycia węzła tarcia, np. przy zmiennych, dynamicznych obciąŝeniach. Analizując charakterystyki tribologiczne wysokoobciąŝonych smarowanych węzłów tarcia z elementami pokrytymi powłokami dochodzi Habilitant do konkluzji, iŝ rozwój zastosowań takich powłok jest uwarunkowany (s.37): pokonaniem bariery niskiej odporności na pitting przy zachowaniu wysokiej odporności na zacieranie; opracowaniem odpowiednich środków smarowych i dodatków przeciwzuŝyciowych; opracowaniem systemowego podejścia do doboru materiału i technologii wytwarzania powłok na elementy maszyn. Zwracam uwagę na waŝny aspekt systemowego podejścia do rozwiązania postawionego zadania. W badaniach odporności na zacieranie cienkich powłok osadzanych metodami PVD/CVD został zastosowany aparat czterokulowy oraz stanowisko do badań przekładni, opracowane w ITE PIB w Radomiu w zespole W. Piekoszewskiego, w którym równieŝ pracuje Autor rozprawy. Potwierdziły one, Ŝe zastosowanie odpowiednich powłok daje korzystne wyniki. WaŜne jest wszakŝe, iŝ dalsze prace z tego zakresu koncentrowały się nie tylko na materiałowym zapobieganiu zacieraniu, ale na efekcie synergii mechanochemicznej zmodyfikowanej warstwy wierzchniej i zastosowanego środka smarowego. Prace zespołu W. Piekoszewskiego oraz ośrodków zagranicznych doprowadziły do pozytywnego rozwiązania problemu zwiększenia odporności na zacieranie w warunkach ruchu ślizgowego 3

4 wysokoobciąŝonych węzłów tarcia z pokryciami. JednakŜe z uwagi na zjawisko powierzchniowego zuŝycia zmęczeniowego pittingu współpracujących elementów, obydwa mechanizmy zuŝywania (tj. zacieranie i pitting) węzłów tarcia z pokryciami naleŝy rozpatrywać łącznie. To nowe zadanie badawcze podjął Habilitant. W rozprawie przedstawione zostały wyniki badań zespołu ITE-PIB w Radomiu oraz ośrodków zagranicznych. Wyniki te wskazują na interakcję materiałów elementów węzłów tarcia z ośrodkami smarowymi, ale w świetle tych badań efekty tego współdziałania są niejednoznaczne (niepełność i sprzeczność ocen). Potwierdza się natomiast, Ŝe korzystne oddziaływanie dodatków smarowych w przypadku stali konstrukcyjnej nie znajduje potwierdzenia w odniesieniu do systemów z powłokami. RównieŜ wiedza nt. moŝliwości wykorzystania olejów ekologicznych w wysokoobciąŝonych węzłach tarcia z elementami pokrytymi powłokami przeciwzuŝyciowymi jest równieŝ fragmentaryczna i wymagająca dalszych badań. Oddzielnym i równie istotnym zagadnieniem jest wybór elementu do badań współpracującej pary (bez pokrycia lub z pokryciem), bowiem w zaleŝności od tego uzyskuje się róŝny efekt. Stąd teŝ informacje pochodzące od róŝnych autorów są często sprzeczne. W przypadku badania przekładni zębatych ocena nastręcza jeszcze więcej trudności, bowiem wpływ mają czynniki technologiczne i konstrukcyjne przekładni. Brak jest teoretycznych podstaw doboru materiałów powłok do określonych zastosowań technicznych. Zwięzłą, kompleksową analizę zastosowań powłok na elementy maszyn przedstawił Habilitant w rozprawie (s.53 s.57). Przeprowadzona analiza z zakresu tematu rozprawy publikacji i prac własnych Habilitanta upowaŝnia do stwierdzenia, Ŝe postawiony problem badawczy nie został dotychczas zadowalająco rozwiązany, bowiem wyniki badań są fragmentaryczne, niepełne, często sprzeczne. Tylko kompleksowe systemowe podejście z uwzględnieniem skali procesów tribologicznych (makro-, mikro-, nano-) oraz badania eksperymentalne procesów zacierania i pittingu prowadzone na obiektach w warunkach zbliŝonych do rzeczywistych pozwolą na głębsze poznanie zjawisk i procesów zachodzących w strefie kontaktu tribologicznego współpracującej pary. Pragnę podkreślić, Ŝe analiza literatury, przedstawiona w tej części rozprawy jest zwięzła, wyczerpująca i krytyczna. Jej bardzo dobry poziom merytoryczny świadczy o szerokiej i uporządkowanej wiedzy dra inŝ. R. Michalczewskiego. Potwierdza Jego przygotowanie do analizy złoŝonych problemów technologicznych i technicznych w obszarze budowy i eksploatacji maszyn. W rozdziale 2 Habilitant przedstawił cel, tezę i zakres pracy. Zarówno cel, jaki teza (ja proponuję sformułowanie hipoteza) oddają istotę planowanych badań. Habilitant jednoznacznie sprecyzował, co zamierza osiągnąć (wynik badań) oraz jakie eksperymenty naleŝy wykonać dla potwierdzenia (lub zanegowania) postawionej tezy. Pozytywna weryfikacja badań na przykładzie przekładni zębatej otwiera drogę do zastosowań przemysłowych uzyskanych wyników, a takŝe poprawy ekologicznych wskaźników eksploatacji wysokoobciąŝonych, smarowanych, tarciowych par kinematycznych. Metody i obiekty badań zostały omówione w rozdziale 3. W pierwszym zadaniu Autor rozprawy stwierdza, Ŝe osiągnięcie przedstawionego celu i wykazanie słuszności tezy wymagało metodologii procesu badawczego uwzględniającego skalę procesów tribologicznych. Sformułowanie metodologii procesu budzi wątpliwości odnośnie do poprawności jego uŝycia w tym przypadku. Sądzę, Ŝe powinno się mówić o metodyce i programie badań (sugeruje to równieŝ rys.3.1), bowiem metodologia jest nauką o metodach badań naukowych, o skutecznych sposobach dociekania ich 4

5 wartości naukowej, a metodyka to zbiór zasad określających sposób zbadania, wykonania, osiągnięcia czegoś 1 (w tym załoŝonego przez Habilitanta celu pracy). NaleŜy z uznaniem podkreślić, Ŝe do zrealizowania przedstawionych zadań badawczych dr inŝ. R. Michalczewski dobrał oryginalne metody i sposoby badań tribologicznych (rys.3.2), z których pomocą mógł zidentyfikować zjawiska tarcia i procesy zuŝywania występujące w wysokoobciąŝonych elementach maszyn. Uwaga (dyskusyjna): uŝywając sformułowania metody i sposoby badań tribologicznych pragnę zwrócić uwagę, Ŝe pod pojęciem metoda kryje się zasada (fizyczna podstawa) realizacji określonego procesu; w tym przypadku są to np. badania przekładniowe procesu zacierania. Natomiast sposób określa techniczną realizację procesu zacierania; w tym przypadku są to badania z zastosowaniem przekładni standardowych, zaostrzonych, czy szokowych. W pełni się zgadzam ze stwierdzeniem Autora rozprawy (s.65), Ŝe w badaniach zastosowano dwie metody, pozwalające na wyizolowanie dwóch, głównych procesów zuŝywania, a mianowicie w ruchu ślizgowym zacierania, a w ruchu tocznym pittingu. Do analizy struktury geometrycznej powierzchni oraz składu chemicznego warstwy wierzchniej w skali od nano- do mikro- Habilitant zastosował najnowsze metody badawcze, zestawione na rys.3.3. Charakterystyki zastosowanych materiałów powłokowych PVD (TiN, CrN), wielowarstwowych powłok MoS 2 /Ti, WC/C oraz środków smarowych zostały zwięźle i precyzyjne przedstawione w pracy (s.67 s.71). Podobnie metody i stanowiska do badań modelowych zostały scharakteryzowane w monografii: aparat czterokulowy T-02 do badań zacierania; zmodernizowany aparat czterokulowy T-03 do badania powierzchniowej trwałości zmęczeniowej; stanowisko T-12U do badań przekładniowych; metoda badania zacierania A/8,3/90; metoda do badania zacierania w zaostrzonych warunkach A10/16,6R/120; metoda do badania zacierania szokowego S-A10/16,6/120; metoda do badania powierzchniowej trwałości zmęczeniowej PT C/10/90, aparatura analityczna do analizy struktury geometrycznej powierzchni i topografii śladów zuŝycia oraz aparatura do analizy składu chemicznego równieŝ zostały scharakteryzowane w sposób nie budzący wątpliwości wraz z warunkami przeprowadzania określonych testów i pomiarów. Kompleksowość i zakres zaproponowanych badań do wyjaśnienia zjawisk i procesów zachodzących w strefie tarcia współpracujących elementów dowodzą głębokiej, gruntownej znajomości podjętej problematyki badawczej oraz zasad prowadzenia prac eksperymentalnych przez Autora rozprawy. Unikatowy zestaw wykorzystanej aparatury i metod badawczych umoŝliwił Habilitantowi uzyskanie oryginalnych wyników badań (rozdział 4). Pierwszą grupę stanowią wyniki modelowych badań wpływu materiału powłoki na odporność na zacieranie i powierzchniową trwałość zmęczeniową. Ich efektem są waŝne stwierdzenia, Ŝe: w warunkach ekstremalnych nacisków poprzez pokrycie powłoką elementów pary trącej uzyskuje się bardzo duŝy wzrost odporności na zacieranie w stosunku do skojarzenia stal/stal oraz, Ŝe powłoki standardowe TiN, CrN są nieprzydatne do zwiększenia trwałości wysokoobciąŝonych elementów maszyn. Kolejne badania dotyczyły wpływu dodatku przeciwzatarciowego EP (Extreme Pressure) do oleju na odporność na zacieranie skojarzeń z elementami pokrytymi powłokami. Wyniki potwierdziły, Ŝe trwałość zmęczeniowa skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką a-c:h:w i MoS 2 /Ti moŝe być wyŝsza niŝ skojarzenia elementów stalowych bez powłoki. 1 Wielki słownik poprawnej polszczyzny, wyd. PWN, Warszawa,

6 Badania wpływu baz olejowych na odporność na zacieranie skojarzeń z elementami pokrytymi powłokami wykazały, Ŝe: rodzaj bazy olejowej ma wpływ na odporność na zacieranie skojarzeń z elementami pokrytymi cienkimi powłokami PVD. W warunkach ekstremalnych nacisków dla tych skojarzeń smarowanych ekologicznym olejem bazowym uzyskano wyŝszą odporność na zacieranie niŝ dla węglowodorowych olejów syntetycznych i mineralnych. Ten wynik ma równieŝ istotne znaczenie ekologiczne. Badania wpływu kombinacji materiałowej i stopnia przekrycia na zacieranie skojarzeń z powłoką a-c:h:w były przeprowadzone dla róŝnych kombinacji materiałowych (rys.4. oraz tab.4.1). Wyniki badań zostały ujęte na rys.4.5 i rys.4.6. Habilitant stwierdził, Ŝe dla wszystkich badanych skojarzeń, w których zastosowano niskotarciową powłokę a-c:h:w, uzyskano wzrost odporności na zacieranie, przy czym skuteczność przeciwdziałania zacieraniu zaleŝała od kombinacji materiałowej, a dla skojarzenia mieszanego od stopnia przekrycia. Analiza stanu warstwy wierzchniej śladów skojarzeń z powłokami niskotarciowymi w róŝnych kombinacjach materiałowych ujawniła m. in., Ŝe: w skojarzeniu elementów stalowych zacieranie jest związane z powstawaniem sczepień adhezyjnych jednakowych materiałów (rys.4.7 rys.4.8). Jedną z metod przeciwdziałania zacieraniu jest eliminacja powinowactwa materiałowego poprzez zastosowanie cienkich, twardych powłok przeciwzuŝyciowych; w skojarzeniu mieszanym (kulka górna stalowa / kulki dolne stalowe pokryte powłoką, stopień przekrycia wynosi 1), w początkowym okresie panują korzystne warunki smarowania, dochodzi jedynie do nielicznych kontaktów nierówności powierzchni. Ze wzrostem obciąŝenia, po przerwaniu warstwy smarowej nisktarciowa powłoka pełni rolę smaru stałego. Dalszy wzrost obciąŝenia i usunięcie powłoki prowadzi do zatarcia (rys.4.9 rys.4.11); pokrycie wszystkich elementów węzła tarcia powłoką niskotarciową jest skutecznym sposobem przeciwdziałania zacieraniu (rys.4.12 rys.4.16) Dla skojarzenia elementów pokrytych powłoką uzyskano znacznie wyŝszą odporność na zacieranie, niŝ dla poprzednio wymienionych, badanych skojarzeń; najkorzystniejszym skojarzeniem jest pod względem odporności na zacieranie jest skojarzenie mieszane (rys.4.17 rys.4.18), w którym nisktarciowa powłoka przeciwzuŝyciowa jest naniesiona na element o większej powierzchni tarcia. Analiza struktury geometyrycznej i składu powierzchni śladów tarcia (rys.4.19 rys.4.24) wskazuje, Ŝe najkorzystniejszym jest skojarzenie, w którym kulka górna pokryta powłoką współpracuje z kulkami dolnymi stalowymi bez powłoki (dot. badania na aparacie czterokulowym). Pytanie: czy wyniki uzyskane na tym etapie badań mogą być uogólnione i zastosowane na łoŝyska ślizgowe, w których w dotychczas stosowanych rozwiązaniach trzpień jest z materiału o wyŝszej twardości w porównaniu do twardości tulei? Badania wpływu redukcji stęŝenia dodatku przeciwzatarciowego (typu EP) w olejach smarowych na zmianę odporności na zacieranie skojarzenia mieszanego (rys.25 rys.4.26) potwierdziły, Ŝe jest moŝliwe ograniczenie zawartości dodatków smarnościowych bez utraty zdolności na zacieranie, gdyŝ to powłoka przejmuje przeciwzatarciowe funkcje tych dodatków. Analiza zmian warstwy wierzchniej śladów tarcia skojarzenia mieszanego dla róŝnych stęŝeń dodatków EP dotyczyła wpływu dwóch głównych pierwiastków, zawartych w tych dodatkach, tj. siarki i fosforu (rys.4.27 rys.4.29). Habilitant wykazał, Ŝe: zawartość siarki i fosforu w warstwie wierzchniej zaleŝy od stęŝenia dodatku EP. Zmniejszenie zawartości dodatku EP do oleju jest korzystne ze względów ekologicznych, ale wówczas nie uzyskuje się wymaganej odporności na zacieranie; 6

7 zmniejszenie zawartości dodatków ogranicza moŝliwości modyfikacji warstwy wierzchniej pierwiastkami pochodzącymi z oleju, a tym samym czyni olej nieprzydatnym do smarowania wysokoobciąŝonych węzłów tarcia ; w skojarzeniu mieszanym z elementem pokrytym powłoką a-c-h-w istnieje synergiczne oddziaływanie powłoki i dodatków przeciwzatarciowych, głównie siarki, wolframu i węgla (rys.4.30 rys.4.34); W wysokoobciązonych węzłach tarcia korzystne jest wprowadzenie w strefę tarcia smaru stałego, będącego komponentem powłoki, zawierającego przede wszystkim węgiel w postaci grafitu lub MoS 2. Ostateczną weryfikacją badań modelowych były badania przekładniowe. Schematy czterech skojarzeń kół zębatych są zamieszczone w tab.2. W tych badaniach, będących egzemplifikacją rzeczywistych warunków współpracy pary kinematycznej Habilitant zastosował wyselekcjonowaną we wcześniejszych próbach modelowych grupę cienkich powłok przeciwzuŝyciowych, otrzymanych metodą PVD. Badania były prowadzone na stanowisku T-12U z zastosowaniem trzech metod: A/8,3/90; A10/16,6R/120 oraz S-A10/16,6R/120. Badanie wpływu materiału powłoki na odporność na zacieranie kół roboczych w zaostrzonych warunkach współpracy (rys.4.35) potwierdziło dobre właściwości przeciwzatarciowe skojarzeń z powłokami, smarowanych olejem wysokiej klasy jakościowej. Pytanie: jak interpretować sprzeczne stwierdzenia (s.115) Nawet skojarzenie kół bez powłoki nie uległo zatarciu. Wyniki te zaprezentowano, by ujawnić inne korzyści wynikające z zastosowania powłok niskotarciowych na powierzchniach robocze kół zębatych: obniŝenie temperatury przekładni i obciąŝenia silnika napędowego (rys.4.36). Analiza mechanizmów zuŝywania powierzchni kół roboczych w zaostrzonych warunkach zacierania pozwoliła na identyfikację i ocenę uszkodzeń czynnej powierzchni małego koła przy rosnącym stopniowo obciąŝeniu (tab.4.3 tab.4.4 oraz rys.4.37 rys.4.39). W zaleŝności od zastosowanej powłoki i skojarzenia współpracującej pary na powierzchniach roboczych małego koła pojawiają się wybłyszczenia lub rysy (rzadziej bruzdy). Badania wpływu powłok na odporność na zacieranie kół zębatych w warunkach szokowych były przeprowadzone dla dwóch rodzajów powłok niskotarciowych: a-c:h:w oraz MoS 2 /Ti i trzech rodzajów kombinacji materiałowych. Spośród trzech kombinacji najlepsze wyniki uzyskano dla pary, w której oba koła były pokryte powłoką a-c:h:w (rys.4.40 rys.4.41). Badanie wpływu powłok na powierzchniowe zuŝycie zmęczeniowe (pitting) zostało przeprowadzone dla tych samych skojarzeń materiałowych, co w przypadku przekładniowych badań zacierania. Wyniki zostały ujęte na rys.4.42 rys Równocześnie dokonywany był pomiar drgań, których wartości skuteczne zostały przedstawione na rys.4.46 rys W celu wyjaśnienia przyczyny obniŝenia lub wzrostu powierzchniowej trwałości zmęczeniowej w skojarzeniu z powłoką a-c:h:w, Habilitant wykonał kompleksowe badania warstwy wierzchniej powierzchni roboczej kół zębatych. Wyniki zostały ujęte na rys.4.48 rys Potwierdzona została moŝliwość zwiększenia odporności na zacieranie i pitting poprzez nałoŝenie na elementy trące cienkiej powłoki niskotarciowej o grubości mieszczącej się zakresie tolerancji wymiarowej tych elementów. Wyniki badań odporności na zacieranie, temperatury oleju i oporów ruchu przekładni zębatej z kołami pokrytymi cienką powłoką przeciwzuŝyciową smarowanej olejem ekologicznym zostały przedstawione na rys.4.61 rys Autor rozprawy wykazał, Ŝe powłoki niskotarciowe na powierzchniach roboczych kół zębatych smarowanych olejem ekologicznym, w stosunku do klasycznego rozwiązania przekładni pozwalają na: zmniejszenie zuŝycia powierzchni roboczej kół zębatych; 7

8 wzrost odporności na zacieranie; obniŝenie oporów ruchu przekładni, a tym samym zmniejszenie strat energetycznych i obniŝenie temperatury pracy węzła. W dyskusji wyników badań przedstawił Habilitant interesującą koncepcję przebiegu tworzenia się sczepienia adhezyjnego przy tarciu mieszanym dla róŝnych skojarzeń trących par i ośrodków olejowych (rys.4.65), a takŝe przebiegu zuŝywania wysokobciąŝonego skojarzenia smarowanego olejem bez dodatków smarnościowych ze wszystkimi elementami pokrytymi powłoką niskotarciową oraz dla skojarzeń mieszanych o róŝnych stopniach przekrycia (rys.4.66). Habilitant wykazał poprzez badania z zastosowaniem przekładni, Ŝe stosując technologie powłokowe na koła zębate naleŝy łącznie rozpatrywać odporność na zacieranie i pitting (rys.4.67). Rozpatrując trwałość zmęczeniową przekładni (rys.4.68) opracował trzy moŝliwe schematy zaleŝności trwałości LC 50 od stosunku liczby zębów koła pokrytego powłoką (Z s+p ) do koła zębatego bez powłoki (Z s ) - rys Ujawnienie przez Habilitanta silnych zaleŝności trwałości od prawidłowego wyboru elementu, na który jest nanoszona powłoka (na przykładzie przekładni zębatych) wyjaśnia sprzeczne doniesienia literaturowe odnośnie do moŝliwości uzyskania korzystnych właściwości tribologicznych wysokoobciąŝonych elementów z powłokami PVD. Uzyskane przez Autora rozprawy oryginalne wyniki znacząco uzupełniają i wzbogacają wiedzę nt. kinetyki zuŝycia smarowanych, wysokoobciąŝonych elementów maszyn pokrytych cienkimi powłokami niskotarciowymi. Wyniki te mają waŝne znaczenie dla zaprojektowania prawidłowej pary tribologicznej oraz dla eksploatatorów urządzeń technicznych. Habilitant wykazał między innymi, Ŝe: wykorzystując radykalną zmianę właściwości warstwy wierzchniej elementów pary trącej poprzez nałoŝenie odpowiedniej powłoki moŝliwe jest kilkakrotne zwiększenie odporności na zacieranie; zmiana powinowactwa materiałów stalowych elementów trących, gdy w skojarzeniu jeden z elementów pokryty jest powłoką niskotarciową pozwala uzyskać wyŝszą odporność na tribologiczną destrukcję niŝ dla skojarzenia z elementami bez powłoki, lub ze wszystkimi elementami pokrytymi powłoką; w wyniku zastosowania powłoki a-c:c:w na jeden z elementów trących moŝliwe jest radykalne ograniczenie zawartości dodatków smarnościowych w olejach z 5% do 0,5%, bez utraty odporności na zacieranie; moŝliwe jest zwiększenie odporności wysokoobciąŝonych węzłów tarcia bez ograniczenia odporności na powierzchniową trwałość zmęczeniową poprzez nałoŝenie, metodami PVD, na elementy trące cienkiej powłoki niskotarciowej o grubości mieszczącej się w zakresie tolerancji wymiarowej tych elementów; w skojarzeniach kół zębatych, w których występują realne warunki poślizgu i toczenia, najkorzystniejsze jest uzyskanie łącznego wzrostu odporności na zacieranie i pitting przy skojarzeniu elementu stalowego pokrytego powłoką z elementem stalowym bez powłoki. Powłokę naleŝy nanieść na koło o większej liczbie zębów; odpowiednia cienka, twarda powłoka osadzona na elementach wysokoobciąŝonych, smarowanych węzłów tarcia maszyn moŝe przejąć przeciwzatarciowe funkcje dodatków smarnościowych, a tym samym umoŝliwić stosowanie ekologicznych środków smarowych. Wyniki badań dra inŝ. R. Michalczewskiego otwierają nowe moŝliwości rozwoju technologii i eksploatacji wysokoobciąŝonych przekładni zębatych. 8

9 Rozprawę kończą: podsumowanie i wnioski z przeprowadzonych badań, w których zawarł Habilitant osiągnięte aspekty poznawcze i utylitarne. Potwierdził, Ŝe główna hipoteza badawcza została pozytywnie zweryfikowana, a załoŝone cele szczegółowe osiągnięte.. Podsumowując tę część rozprawy habilitacyjnej stwierdzam, Ŝe dr inŝ. Remigiusz Michalczewski jest pracownikiem naukowo-badawczym o duŝym zasobie wiedzy i wysokich kwalifikacjach naukowych do prowadzenia rozwojowych prac badawczych, a takŝe badań na potrzeby zastosowań przemysłowych. Oryginalnym wkładem dra inŝ. R. Michalczewskiego do rozwoju dyscypliny naukowej Budowa i eksploatacja maszyn jest wg mnie: identyfikacja i wyjaśnienie mechanizmów zuŝywania się w wyniku zacierania i pittingu wysokobciąŝonych elementów pary trącej; wyjaśnienie przyczyn rozbieŝności w wynikach badań trwałościowych przekładni zębatych, podawanych przez innych autorów, a odnoszących się do roli i wpływu cienkich powłok na Ŝycie par trących; opracowanie i zweryfikowanie oryginalnej metody badań na zacieranie i pitting przekładni zębatych; stworzenie naukowych podstaw do rozwoju i zastosowań powłok PVD na wysokobciąŝone, smarowane węzły tarcia (koła zębate, łoŝyska toczne, mechanizmy krzywkowe, i inne); badania mechanochemicznych oddziaływań pomiędzy powłokami PVD/CVD, przyjaznymi dla środowiska środkami smarowymi, których efektem jest ograniczenie stosowania nieekologicznych środków smarowych w wyniku zastosowania odpowiednio dobranych powłok PVD na wysokoobciąŝone węzły tarcia; moŝliwość rozwoju komputerowych baz danych, dostępnych dla konstruktorów i technologów przekładni zębatych, opracowanych z zastosowaniem metody i stanowiska do badań na zacieranie i pitting kół zębatych. 2. Ocena dorobku naukowo-badawczego Habilitanta Łączny dorobek publikacyjny Habilitanta po uzyskaniu stopnia doktora nauk technicznych jest bardzo obszerny. Jest On autorem i lub współautorem 88 publikacji naukowych, w tym 26 zagranicznych. Obejmuje to 1 rozprawę habilitacyjną i 7 rozdziałów w ksiąŝkach, z czego 4 zagranicznych, 49 publikacji w czasopismach, w tym 13 zagranicznych, oraz 31 publikacji w materiałach konferencji naukowych w Polsce i za granicą. Wygłosił 32 referaty, z czego 21 na konferencjach zagranicznych, w tym 7 referatów plenarnych. Impact Factor publikacji umieszczonych na Liście Filadelfijskiej wynosi 6,197. Publikacje z udziałem autora cytowane były 28 razy (baza Google Scholar ), indeks H = 3. W latach Autor rozprawy wykonał ponad 30 recenzji oryginalnych prac, przedkładanych redakcjom periodyków naukowych, a w tym do 10 międzynarodowych czasopism indeksowanych przez filadelfijski Instytut Informacji Naukowej (czasopisma: Surface and Coatings Technology,Tribology International i Intermetallics - wyd. ELSEVIER; Journal of Tribology i Transactions of the ASME - wyd. American Society of Mechanical Engineers; Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J, Journal of Engineering Tribology - wyd. SAGE, Wielka Brytania), publikujących prace z zakresu budowy i eksploatacji maszyn, tribologii i inŝynierii materiałowej. Wykonał takŝe wiele recenzji dla krajowych czasopism (głównie Tribologia, Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, Problemy Eksploatacji). W dorobku ma takŝe ponad 20 recenzji wniosków projektów naukowych. 9

10 Ten obszerny dorobek publikacyjny, opiniowanie licznych prac są dowodem uznania wysokiej pozycji naukowej Habilitanta w środowisku krajowym i międzynarodowym. Dorobek inŝynierski ma równieŝ wymiar nie tylko krajowy, ale i międzynarodowy. Składa się na niego łącznie 90 wdroŝeń, z których 12 to wdroŝenia zagraniczne. Na dorobek Habilitanta składa się 5 raportów z międzynarodowych projektów badawczo-rozwojowych oraz 47 raportów z projektów krajowych. NaleŜy podkreślić, Ŝe we współautorskich opracowaniach publikacyjnych jest oszacowany udział procentowy Habilitanta, a wszyscy współautorzy potwierdzili pisemnie zgodność zamieszczonych danych. Z pośród licznych publikacji Habilitanta moŝna wymienić szereg mających, wg mnie, istotny wpływ na rozwój wiedzy w dyscyplinie Budowa i eksploatacja maszyn. Zaliczam do nich między innymi.: The lubricant - coating interaction in rolling and sliding contacts. Tribology International. Wyd. Elsevier. 2009, t. 42, s (współautorzy: Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W). (Impact Factor 1,560). The influence of antiwear additive concentration on the tribological behaviour of a-c:h:w/steel tribosystem. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. Wyd. SAGE (Wielka Brytania). 2010, t. 224, nr 10, s (współautorzy: Vlad M., Szczerek M., Kajdas C., Tomastik C., Osuch-Słomka E.). (Impact Factor 0,721). Tribological and corrosion testing of surface engineered surgical grade CoCrMo alloy. Wear. Wyd. Elsevier. 2011, nr 9-10, t. 271, s (współautorzy: Ortega-Saenz J.A., Hernandez- Rodriguez M.A.L., Ventura-Sobrevillaa V., Smolik J., Szczerek M.:). (Impact Factor 1,635). Characterisation and properties of low-friction, multilayered Cr-doped diamond-like-carbon (DLC) coatings prepared by pulse biased filtered cathodic arc deposition. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. Wyd. SAGE (Wielka Brytania). 2011, t. 225, nr 8, s (współautor: Bujak J (Impact Factor 0,721). Effect of ageing automotive gear oils on scuffing and pitting. Tribology International. Wyd. Elsevier. 2008, t. 41, s (współautorzy: Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.). (Impact Factor 1,560). PVD coatings and environmentally friendly lubricants in highly-loaded contacts. Tribologia (Finnish Journal of Tribology). 2004, t. 23, nr 1-2, s (współautorzy: Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.). Scuffing resistance of DLC coated gears lubricated with ecological oils. Estonian Journal of Engineering. 2009, t. 15, nr 4, s (współautorzy: Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.). The method for assessment of rolling contact fatigue of PVD/CVD coated elements in lubricated contacts. Tribologia (Finnish Journal of Tribology). 2006, t. 25, nr 4, s (współautor: Piekoszewski W.). Investigation of antiwear coatings deposited by the PVD process. Tribotest journal. Wyd. Wiley. 2003, t. 10, nr 1, s (współautorzy: Szczerek M., Tuszyński W.). Odporność na powierzchniowe zuŝycie zmęczeniowe kół zębatych pokrytych powłoką WC/C. Tribologia. nr 4, 2011, s (współautorzy: Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.). Wpływ stęŝenia dodatku przeciwzatarciowego do oleju na tribologiczną destrukcję skojarzeń z powłoką WC/C. InŜynieria Materiałowa. 2011, nr 4, s (współautorzy: Michalak M., Piekoszewski W., Szczerek M.). Zakres i poziom naukowy osiągnięć dowodzi, Ŝe dr inŝ. Remigiusz Michalczewski jest bardzo aktywnym i cenionym pracownikiem naukowo badawczym, umiejącym skutecznie współpracować z krajowymi oraz międzynarodowymi zespołami badawczymi. Za aktywną, innowacyjną działalność naukowo-badawczą, udział w projektach, opracowania stanowisk badawczych Habilitant był wielokrotnie wyróŝniany medalami na wystawach i targach międzynarodowych (np. Złoty Medal i Grand Prix Amerykańskiej Wystawy Wynalazków INPEX XIII za zestaw T-11 do badań tribologicznych w podwyŝszonej temperaturze, 10

11 Pittsburgh (USA), 1997; Złoty Medal na 53 Światowej Wystawie Innowacji, Badań i Nowych Technologii Brussels Eureka 04, Bruksela (Belgia), 2004.; Nagroda Złotego Klucza na Targach Wynalazków From Science to Industry za zestaw T-11 do badań tribologicznych w podwyŝszonej temperaturze (współtwórca), Londyn (Wielka Brytania), 1997; łącznie 9 wyróŝnień); dyplomami, Ministra Nauki i Informatyzacji, nagrodami Dyrektora ITE-PIB i innymi. Podsumowując dotychczasową działalność naukowo-badawczą, publikacyjną oraz wdroŝeniową Habilitanta stwierdzam, Ŝe są one na niekwestionowanym, wyróŝniającym się poziomie, w pełni upowaŝniającym do ubiegania się o stopień naukowy doktora habilitowanego. 3. Ocena dorobku dydaktycznego Do najwaŝniejszych obszarów działalności dydaktycznej naleŝą: organizacja i prowadzenie międzynarodowej sieci badawczo-naukowej dla doktorantów i młodych pracowników nauki ze stopniem doktora w ramach 6. Programu Ramowego Unii Europejskiej o akronimie WEMESURF; organizacja i prowadzenie warsztatów, szkoleń i wykładów z zakresu tribologii w kraju i zagranicą oraz opracowanie pomocy dydaktycznych, opieka naukowa nad młodymi pracownikami nauki, doktorantami z Chin, Malty, Meksyku i Rumunii, szkolenia doświadczonych pracowników nauki (ze stopniem doktora), m. in. z Estonii, Chorwacji, Meksyku; organizacja międzynarodowych warsztatów i konferencji naukowych, m. in. Polsko- Meksykańskich Letnich Warsztatów Tribologicznych, odbywających się corocznie od 2005 r., Międzynarodowej Konferencji Krajów Bałtyckich BALTMATTRIB,; prowadzenie cyklu szkoleń w ramach międzynarodowego programu naukowego COST 532 w zakresie badań tribologicznych oraz badań towarzyszących (techniki SEM, EDS, AFM, GDOES), 2005, recenzowanie artykułów zgłaszanych do międzynarodowych czasopism indeksowanych przez filadelfijski Instytut Informacji Naukowej, m. in.: Intermetallics, Surface and Coatings Technology, Transactions of the ASME oraz Tribology International i na konferencje międzynarodowe (m.in. INSYKONT, BALTMATTRIB), recenzowanie artykułów zgłaszanych do polskich czasopism naukowych (Tribologia, Zagadnienia Eksploatacji Maszyn) i na konferencje krajowe (Jesienne Szkoły Tribologiczne), udział w zespołach eksperckich i konkursowych (m. in. recenzja projektów badawczych i rozwojowych zgłaszanych do Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego, Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, a takŝe Narodowego Centrum Badań i Rozwoju). Tę działalność Habilitanta równieŝ oceniam w pełni pozytywnie. 4. Dorobek organizacyjny Działalność organizacyjna Habilitanta skupiała się na kierowaniu projektami badawczymi, organizacją spotkań, sympozjów i warsztatów naukowych, udziale w pracach eksperckich. W toku pracy naukowej w ITE PIB Habilitant pięciokrotnie kierował zespołami badawczymi, powołanymi do realizacji zadań badawczo-rozwojowych - w tym międzynarodowych. Był współinicjatorem prowadzonych corocznie od 2005 roku Polsko-Meksykańskich Letnich Warsztatów Tribologicznych. Od 2012 roku jest redaktorem działu Problemy Materiałowe ogólnopolskiego periodyku naukowo-technicznego TRIBOLOGIA - Teoria i Praktyka. W trakcie realizacji prac badawczych, we współpracy z ośrodkami zagranicznymi, Autor rozprawy odbył 11

12 ponad 30 wizyt w ośrodkach zagranicznych, zdobywając liczne doświadczenia i umiejętności z obszaru budowy i eksploatacji maszyn. W latach 1997 do 2012 uczestniczył we wdroŝeniu 82 urządzeń do badań tribologicznych w krajowym sektorze nauki (uczelnie wyŝsze, jednostki badawczo-rozwojowe). ZaangaŜowanie w pracach organizacyjnych takŝe oceniam pozytywnie. Dowodem uznania osiągnięć w pracy naukowej i badawczej Habilitanta jest 11 dyplomów i nagród, w tym nagrody (indywidualna i zespołowa) przyznane przez Dyrektora ITE PIB w Radomiu. Urządzenia, których był współtwórcą, zostały wyróŝnione 6 złotymi i srebrnymi medalami na Światowych Wystawach Wynalazków i Innowacji. Biorąc pod uwagę przedstawioną rozprawę habilitacyjna, ocenę całokształtu dorobku naukowego, dydaktycznego i organizacyjnego z pełnym przekonaniem wyraŝam opinię, Ŝe dr inŝ. Remigiusz Michalczewski jest bardzo dobrym kandydatem na samodzielnego pracownika nauki. Problemy, którymi zajmuje się w działalności naukowo-badawczej są nowatorskie i waŝne dla rozwoju badań, technologii oraz eksploatacji maszyn i urządzeń przemysłowych, w szczególności poddanych duŝym obciąŝeniom. Znaczący jest wkład Habilitanta w rozwój dyscypliny Budowa i eksploatacja maszyn. Dorobek naukowy i publikacyjny wskazują, Ŝe zdobył On uznanie środowiska naukowego w kraju i w liczących się ośrodkach zagranicznych. Dorobek wdroŝeniowy potwierdza Jego wysokie kwalifikacje inŝynierskie. PowyŜsze stwierdzenia upowaŝniają mnie do wyraŝenia opinii, Ŝe dr inŝ. Remigiusz Michalczewski spełnia wymogi zawarte w ustawie o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz.U. nr 65, Poz. 595, z dnia r.). Wnoszę zatem o dopuszczenie Go do kolokwium habilitacyjnego. Kraków, dnia 24 listopada 2012 r. 12