Kształtowanie struktury i własno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn 9. Podsumowanie i wnioski W odpowiedzi na nowe wymagania stawiane przez dzisiejszego u ytkownika i zgodnie z obecnymi tendencjami do eliminowania technologii zanieczyszczaj cych rodowisko naturalne poszukuje si rozwi za uniwersalnych, ł cz cych tani, lekki materiał podło a o mo liwie najlepszych własno ciach z odpowiednio dobran technologi obróbki jego powierzchni. Poniewa koszty regeneracji liczone jako suma kosztów materiałów, robocizny, energii i kosztów ogólnych, stanowi kilka do kilkudziesi ciu procent warto ci elementu nowego mo na wnioskować, e osi gni te efekty ekonomiczne po uwzgl dnieniu zysku z zastosowania warstwy lub powłoki o lepszych własno ciach u ytkowych w porównaniu do własno ci materiału niepokrytego mog być bardziej opłacalne. Wła ciwa interpretacja wzajemnych zale no ci pomi dzy własno ciami i struktur warstwy wierzchniej i podło a oraz otaczaj cym rodowiskiem pozwala w szerszej perspektywie dokonać analizy i precyzyjnej identyfikacji mechanizmów niszczenia, jakie wyst puj zarówno na powierzchni jak i w rdzeniu materiału. Kluczowym zagadnieniem wydaje si być równie zapewnienie jednoczesnego rozwoju zarówno technologii wytwarzania i obróbki konstrukcyjnych materiałów lekkich, w tym w szczególno ci stopów magnezu oraz technologii kształtowania i zabezpieczania ich powierzchni, co w konsekwencji pozwoli na zachowanie równowagi pomi dzy nowoczesnym materiałem podło a i powłok nowej generacji. Ogólnie dost pne obszerne studia literaturowe dotycz ce magnezu i jego stopów, cytowane w niniejszej rozprawie [1-74, 78, 83, 91, 92, 96-100, 136, 179-190, 193-196], jak równie organizowane corocznie konferencje i sympozja po wi cone tematyce wytwarzania i obróbki materiałów lekkich, wskazuj e stopy magnezu znajduj coraz wi ksz rzesz zwolenników zarówno w ród producentów jak i u ytkowników. Taki trend potwierdzaj równie dane United States Geological Survey (USGS) Minerals Resources, według której wiatowa roczna produkcja pierwotnego magnezu, którego podstawowym ródłem s rudy dolomitowe, według stanu na 31 grudnia 2010 roku, wyniosła 757 tys. ton (metric tons), wzrastaj c w ciagu 5 lat o ponad 12%, gdy natomiast jeszcze w roku 2002 wynosiła tylko 448 tys. ton (metric tons). Podobnie, jak w przypadku stali, wiatowym liderem s Chiny z roczn produkcj magnezu pierwotnego 654 tys. ton (metric tons) na koniec roku 2010 i z blisko 85% udziałem w wiatowej produkcji. Jak podaje w połowie listopada 2011 roku China Non-Ferrous Metals Industry Association, w pierwszych 3 kwartałach 2011 roku nast pił dalszy 3% wzrost produkcji 9. Podsumowanie i wnioski 139
Open Access Library Volume 2 (8) 2012 magnezu pierwotnego do ponad 503,7 tys. ton (metric tons) w okresie od 1 stycznia do 30 wrze nia 2011 roku. Stopy magnezu, które z powodzeniem od dawna stosowane s w ró nych gał ziach przemysłu cechuj ce si poł czeniem niskiej g sto ci i du ej wytrzymało ci. Powy sze cechy w du ej mierze przyczyniły si do zastosowania stopów magnezu na szybko poruszaj ce si cz ci, w miejscach gdzie pojawiaj si gwałtowne zmiany pr dko ci i w produktach gdzie wymagane jest obni enie masy finalnej produktu. Najwi ksze zapotrzebowanie na stopy magnezu wykazywał i wykazuje równie obecnie przemysł samochodowy. W seryjnie produkowanych samochodach masa elementów ze stopów magnezu mie ci si w zakresie od 7 do 21 kg. D enie współczesnych projektantów do tworzenia konstrukcji pojazdów jak najl ejszych, a co za tym idzie o mo liwie małym zu yciu paliwa, przyczyniło si do wykorzystania stopów magnezu, jako tworzywa konstrukcyjnego na koła samochodowe, tłoki silników, obudowy skrzyni biegów i sprz gła, szkielety okien dachowych, ramy i konstrukcje drzwi, pedały, kanały ss ce, kolektory, obudowy wału nap dowego, mechanizmy ró nicowe, wsporniki, radiatory i inne. Odlewane elementy wytwarzane ze stopów magnezu znajduj powszechne zastosowanie równie w elektronice (m.in. obudowy laptopów, PDA, telefonów komórkowych, GPS, kamer termowizyjnych, modemów przemysłowych pokrywy ekranów LCD, obramowania cyfrowych ramek foto), w przemy le lotniczym, elektrotechnice oraz na elementy budowlane, a tak e w przemy le zbrojeniowym, optycznym, sportowym i innych. Pomimo licznych niezaprzeczalnych zalet, jakimi charakteryzuj si stopy magnezu posiadaj one równie słabe strony, tj.: nisk twardo ć i odporno ć na cieranie i korozj w odniesieniu do alternatywnych materiałów in ynierskich, co w efekcie ko cowym znacznie zaw a zakres ich zastosowa [55-62]. W ostatnich latach post p jaki si dokonał w zakresie wytwarzania i in ynierii powierzchni materiałów lekkich pozwala skutecznie polepszyć własno ci zarówno rdzenia jak i warstwy wierzchniej stopów magnezu [3-54, 57, 61-67, 92, 96-98, 191, 197-205]. Obecnie wiatowe tendencje rozwoju technologii kształtowania warstw wierzchnich materiałów lekkich koncentruj si w głównej mierze na poznawaniu i pogł bieniu wiedzy zakresu otrzymywania i nakładania powłok z wykorzystaniem wi zki laserowej oraz technik fizycznego i chemicznego osadzania z fazy gazowej [4]. Zauwa alne s równie trendy wykorzystuj ce techniki multipleksowe ł cz ce charakterystyczne cechy kilku metod. Cechy obróbki laserowej takie jak bezkontaktowo ć, selektywno ć oraz mo liwo ć pełnej automatyzacji, pozwalaj na precyzyjn obróbk wybranych fragmentów podło a, przy dokładnie regulowanej 140 T. Ta ski
Kształtowanie struktury i własno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn gł boko ci i szeroko ci oddziaływania wi zki laserowej. Podobnie nanoszenie powłok w procesach PVD i CVD jest jednym z bardziej efektywnych sposobów nanoszenia powłok zapewniaj cych oprócz wymaganych własno ci u ytkowych, mo liwo ć kształtowania walorów estetycznych przy niezaprzeczalnym aspekcie ekologicznym technologii bezodpadowej, spełniaj cej wymagania czystej produkcji. Niemniej jednak pomimo faktu, i oddziaływanie promieniowania laserowego z materi oraz znajomo ć zjawisk zachodz cych w trakcie nanoszenia powłok metodami PVD i CVD s od wielu lat intensywnie badanymi i rozwijanymi zagadnieniami to opracowywanie nowoczesnych, specjalistycznych technologii z tego zakresu umo liwiaj cych wprowadzenie na rynek nowej generacji materiałów wymaga wci wiele wysiłku i obszernych bada laboratoryjnych. Taki stan rzeczy zwi zany jest głównie z bogactwem zjawisk fizycznych i chemicznych towarzysz cych wspomnianej obróbce powierzchniowej. Podj cie tego problemu w Polsce zwi zane jest z nieustannym d eniem do rozwijania i aplikacji nowoczesnych metod wytwarzania materiałów konstrukcyjnych, w szczególno ci kształtowania warstw powierzchniowych w wielu przypadkach odpowiedzialnych za własno ci ko cowe rozpatrywanego elementu. Wyniki bada własnych oraz studiów literaturowych potwierdzaj, e struktura badanych stopów, a tak e uzyskane własno ci mechaniczne, odporno ć na cieranie i odporno ć na działanie czynnika korozyjnego s zró nicowane w zale no ci od st enia składników stopowych, a w szczególno ci aluminium zmieniaj cego si w zakresie od 3 do 12%, a tak e od zastosowanej obróbki cieplnej i powierzchniowej materiału (rys. 25-130 i tabl. 12-13). Wykonana obróbka cieplna, zło ona z przesycania z chłodzeniem w wodzie, a tak e ze starzenia z chłodzeniem w powietrzu, powoduje umocnienie stopów MCMgAl12Zn1, MCMgAl9Zn1, MCMgAl6Zn1 magnezu zgodnie z mechanizmem umocnienia wydzieleniowego wywołanym poprzez hamowanie po lizgów dyslokacji wskutek oddziaływania pól napr e równomiernie zlokalizowanych wydziele fazy γ- Mg 17 Al 12, co zgodnie z oczekiwaniami [9-16, 56, 58-62] powoduje dodatkowy wzrost własno ci wytrzymało ciowych, odporno ci na zu ycie cierne, a tak e odporno ci na działania czynnika korozyjnego. Dyspersyjne wydzielenia znajduj ce si w roztworze stałym w starzonych stopach magnezu maj w wi kszo ci badanych przypadków uprzywilejowan orientacj krystalograficzn z osnow. Cz ć z nich (rys. 33, 34) wykazuje relacje: ( 1 1 01) Mg ( 10 1) Mg 17 Al12 [ 1120 ] Mg [ 111 ] Mg Al 17 12 9. Podsumowanie i wnioski 141
Open Access Library Volume 2 (8) 2012 zgodne z podanymi przez S. Guldberga i N. Ryuma [179] dla wyst puj cych mi dzy innymi w strukturze eutektycznej stopów Mg zawieraj cych 33% Al. Wydzielenia fazy γ Mg 17 Al 12 maj najcz ciej kształt pr cików oraz płytek, a dominuj cym kierunkiem ich wzrostu s kierunki z rodziny 110 α Mg (rys. 33, 34). Dodatkow popraw własno ci mechanicznych i u ytkowych mo na tak e uzyskać w wyniku umocnienia roztworu stałego cz stkami faz dyspersyjnych o kontrolowanej wielko ci wprowadzonych w warstw wierzchni analizowanych stopów w procesie wtapiania laserowego oraz poprzez rozdrobnienie ziarna obszaru przypowierzchniowego obrabianego materiału [3, 4, 20-25, 30, 32, 33, 61, 65, 78, 200-202]. Uzyskanie efektu znacznego rozdrobnienia ziarna, w wyniku mikrokrystalizacji mo liwe jest dzi ki szybkiemu odprowadzaniu ciepła z jeziorka przetopienia przez podło e magnezowe o du ej pojemno ci cieplnej i bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym, co z kolei skutkuje wzrostem powierzchni granic ziarn stanowi cych trwał przeszkod dla spi trzaj cych si na nich dyslokacji i umocnieniem materiału. Struktura materiału krzepn cego po wtapianiu laserowym charakteryzuje si budow strefow o zró nicowanej morfologii zwi zanej z krystalizacj stopów magnezu (rys. 39-61). Obserwuje si charakterystyczn dla tych obszarów wielokrotn zmian kierunku wzrostu kryształów. W obszarze znajduj cym si na granicy mi dzy fazami stał i ciekł, wyst puj niewielkie dendryty, których główne osie zorientowane s zgodnie z kierunkami odprowadzania ciepła (rys. 53, 57, 58). Wyniku obserwacji metalograficznych potwierdzono, e struktura wytworzonych warstw kompozytowych jest wolna od wad z wyra nym rozdrobnieniem ziarn materiału rodzimego zawieraj ca głównie równomiernie rozmieszczone dyspersyjne cz stki zastosowanego w glika TiC, WC, SiC lub tlenku Al 2 O 3, co równie potwierdzono badaniami rentgenograficznymi i elektronograficznymi. Wyj tek od reguły stanowi stopy z laserowo wtopionymi cz stkami w glika wanadu, których udział w strefie przetopienia jest nieznaczny (rys. 43-48, 50-61). Podczas wtapiania laserowego nast puje silna cyrkulacja ciekłego metalu, a po przej ciu wi zki laserowej gwałtowne krzepni cie. Grubo ć warstwy wierzchniej kształtowanej laserowo odgrywa wa n rol w okre laniu własno ci, okresu u ytkowania i ko cowego zastosowania otrzymanego materiału [206]. W warstwie wierzchniej badanych odlewniczych stopów magnezu wyst puj trzy strefy: strefa bogata w nierozpuszczone cz stki wtopione w warstw wierzchni na powierzchni stopów magnezu, strefa przetopienia (SP) i strefa wpływu ciepła (SWC). Zarówno strefa SP jak i SWC 142 T. Ta ski
Kształtowanie struktury i własno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn w zale no ci od st enia aluminium w osnowie magnezowej, u ytej mocy lasera oraz proszku ceramicznego maj ró n grubo ć, a tak e kształt (rys. 49). Udowodniono, e wraz ze wzrostem u ytej mocy lasera zwi ksza si obszar wyst powania zarówno strefy przetopienia, jak i strefy wpływu ciepła, (rys. 43-61), a tak e zmienia si kształt lica ciegu co potwierdzaj tak e studia literaturowe [206-208]. Najwi ksz grubo ci warstwy wierzchniej 3,59 mm charakteryzuj si stopy MCMgA112Znl obrabiane z moc lasera 2,0 kw, w powierzchni których wtopiono w glik krzemu. Moc lasera w zakresie 1,2-2,0 kw zapewnia mo liwo ć uzyskania płaskich, regularnych ciegów przetopienia, o du ej gładko ci powierzchni (rys. 39-48). Nieliczne nierówno ci i wgł bienia warstwy wierzchniej stopów Mg-Al-Zn z laserowo wtopionymi cz stkami w glików powstaj w nast pstwie intensywnego nagrzewania powierzchni. W zale no ci od rodzaju podło a, mocy lasera, szybko ci wtapiania, a tak e zastosowanego proszku, powierzchnia, na której powstaje du y gradient napi cia powierzchniowego, jest nierównomiernie nagrzana, co ma bezpo redni wpływ na ukształtowanie si roztopionego materiału w jeziorku przetopienia. Cz ć stopu oraz podawanych w obszar przetopienia cz stek ceramicznych odparowuje pod wpływem wysokiej temperatury panuj cej podczas obróbki laserowej, st d charakterystyczne wgł bienia na powierzchni lica przetopienia. Stwierdzono równie, e niezale nie od zastosowanego proszku ceramicznego, w zakresie mocy wi zki lasera od 1,2 do 2,0 kw chropowato ć uzyskanych kompozytowych warstw wierzchnich zwi ksza si w porównaniu do chropowato ci nieobrobionej powierzchni odlewniczych stopów magnezu. Zwi kszenie trwało ci eksploatacyjnej i u ytkowej wykonanych elementów ze stopów Mg-Al-Zn mo liwe jest równie przy wykorzystaniu technik uszlachetniania ich warstwy wierzchniej w procesie osadzania z fazy gazowej, co równie udowodniono w ramach obszernych bada własnych, wbrew panuj cej opinii, e pokrywanie stopów magnezu powłokami PVD i CVD jest niecelowe, z uwagi na ich relatywnie niewielk twardo ć [46-54]. Uzyskane powłoki w wybranych wariantach umocnione roztworowo, wytworzone w wyniku syntezy faz nierównowagowych (metastabilnych) o nast puj cej konfiguracji Ti/Ti(C,N)- gradient/crn; Ti/Ti(C,N)-gradient/(Ti,Al)N; Ti/(Ti,Si)N-gradient/(Ti,Si)N oraz powłoki Cr/CrNgradient/CrN; Cr/CrN-gradient/TiN i Ti/DLC-gradient/DLC charakteryzuj si wyra n niejednorodno ci powierzchni zwi zan z wyst powaniem w strukturze licznych mikrocz stek w kształcie kropel wybitych z tarczy w trakcie procesu osadzania powłok, a tak e zagł bieniami powstałymi na skutek wypadania niektórych kropel w trakcie krzepni cia. Powy szy efekt 9. Podsumowanie i wnioski 143
Open Access Library Volume 2 (8) 2012 zwi zany jest niew tpliwie z ró nicami we współczynnikach przewodnictwa ciepła oraz ró nic napr e mi dzy utworzon powłok, a zastygni tymi kroplami metalu powstaj cymi w trakcie chłodzenia powierzchni podło a, po zako czeniu procesu nanoszenia powłoki [105-107]. W wyniku bada fraktograficznych wykonanych w elektronowym mikroskopie skaningowym, analizowanych pokryć PVD i CVD stwierdzono, e naniesione powłoki charakteryzuj si jedno-, dwu-, lub wielowarstwow struktur w zale no ci od zastosowanego systemu warstw, a poszczególne warstwy s równomiernie nało one i szczelnie przylegaj do podło a i o siebie (rys. 75-80). Struktura naniesionych warstw uzale niona jest w szczególno ci od rodzaju i warunków procesu, a tak e od typu konstytuowanej powłoki. W oparciu o struktur otrzyman przy wykorzystaniu mikroskopu transmisyjnego prze wietleniowego i techniki pola ciemnego ustalono, e powłoki charakteryzuj si zwart budow o du ej jednorodno ci ziarn, a tak e małym rozrzucie pod wzgl dem ich wielko ci mieszcz cym si w przedziale od 10 do 20 nm (rys. 81-87). Jedyne odst pstwo stanowi faza TiN w powłoce Cr/CrN/TiN, której wielko ć ziarn zmierzono na poziomie 200 nm. W przypadku pokryć DLC potwierdzono, e badana powłoka w glowa zawiera niewielkie domeny grafitowe i mo e być sklasyfikowana, jako cz ciowo zgrafityzowany materiał w glowy. Niewielkie dyfuzyjne przemieszczanie si pierwiastków w strefie poł czenia b d ce wynikiem implantacji jonów o du ej energii padaj cych na spolaryzowane ujemnie podło e oraz profilowa zmiana st enia pierwiastków chemicznych tworz cych powłoki wskazuj, i uzyskane powłoki charakteryzuj si struktur gradientow, co w przypadku powłok PVD spowodowane jest zmiennym przepływem gazów reaktywnych oraz zmian nat enia pr du na łukowym ródle par metali w procesie katodowego odparowania łukiem elektrycznym (rys. 92, 93), co równie potwierdzono w pracach [209, 210]. Projektowanie systemu podło e-powłoka opiera si na takim doborze materiału powłokowego, aby ograniczać lub całkowicie eliminować dominuj ce mechanizmy zu ycia, które w przypadku stopów magnezu szczególnie widoczne s w zakresie słabej odporno ci korozyjnej i trybologicznej. Dlatego tak wa ne jest przemy lane i celowe u ycie odpowiedniej technologii kształtowania warstwy wierzchniej stopów Mg-Al-Zn, predysponowanej dla danego typu zastosowania, która w efektywny sposób zwi kszy trwało ć elementów. Kluczowym zagadnieniem wydaje si być równie korelacja pomi dzy zapotrzebowaniem, czyli precyzyjnie okre lon praktyczn potrzeb, materiałem podło a i jego własno ciami, a zastosowan technik nakładania warstw. 144 T. Ta ski
Kształtowanie struktury i własno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn Wyniki pomiarów własno ci mechanicznych i u ytkowych próbek poddanych obróbce cieplnej i powierzchniowej potwierdzaj, e zarówno zró nicowane st enie aluminium w osnowie stopów jak i zastosowana obróbka, wpływaj na zmian twardo ci, odporno ci na cieranie i odporno ci korozyjnej badanych odlewniczych stopów magnezu. Przyczyna takiego stanu upatrywana jest w mechanizmach umocnienia badanych materiałów, umo liwiaj cych generowanie w materiałach krystalicznych przeszkód dla swobodnie przemieszczaj cych si w ich strukturze dyslokacji. Poszczególne rodzaje umocnienia identyfikowane s w zakresie odpowiedniej obróbki cieplnej lub powierzchniowej analizowanych stopów, w ród których wyró nia si umocnienie: roztworowe przez atomy aluminium, pierwiastka przesycaj cego oraz wydzieleniowe zachodz ce w stopach po obróbce cieplnej charakteryzuj ce si wydzielaniem w osnowie stopów twardych faz o du ej dyspersji (γ-mg 17 Al 12 ), umocnienie przez rozdrobnienie ziarna i cz stkami faz dyspersyjnych, wyst puj ce w zakresie technologii laserowego wtapiania oraz w przypadku stopów pokrywanych powłokami PVD i CVD, umocnienie roztworowe nanoszonych warstw. Wszystkie zmiany własno ci obrabianych powierzchniowo stopów magnezu s ci le zwi zane ze zmianami ich struktury, składu chemicznego i fazowego w obszarach przypowierzchniowych [3-54, 57, 61-67, 92, 96-98, 191, 197-208]. Uzyskane wyniki bada mechanicznych i u ytkowych po obróbce laserowej wykazały istotne ró nice w zale no ci od u ytego, szerokiego zakresu jej warunków, zastosowanych proszków i podło y potwierdzaj c, e najwi kszy przyrost twardo ci, mikrotwardo ci i odporno ci na cieranie nast pił w przypadku stopów MCMgAl3Znl i MCMgAl6Znl wzbogaconych laserowo cz stkami ceramicznymi. Ponadto wykonane analizy i przedstawione w rozprawie wyniki bada powłok wytworzonych w procesie PVD i CVD na powierzchni odlewniczych stopów magnezu, wykazuj wyra ny, przekraczaj cy 100% przyrost mikrotwardo ci w porównaniu do mikrotwardo ci materiału podło a. Wzrost mikrotwardo ci powierzchni stopów magnezu w wyniku osadzania powłoki z fazy gazowej cz sto koreluje ze wzrostem odporno ci na cieranie badanych podło y, w szczególno ci powłok Ti/Ti(C,N)/CrN i Ti/Ti(C,N)/(Ti,Al)N. Niemniej jednak d enie do podwy szenia twardo ci powierzchni w celu zwi kszenia odporno ci na cieranie badanych elementów nie zawsze jest uzasadnione, czego dobrym przykładem s równie badane w pracy powłoki diamentopodobne typu DLC, nazywane cz sto powłokami samosmaruj cymi. Dobre własno ci trybologiczne powłok DLC zwi zane s głównie z po lizgiem, zachodz cym w warstwie przej ciowej, powstaj cej w strefie kontaktu tarciowego, jako 9. Podsumowanie i wnioski 145
Open Access Library Volume 2 (8) 2012 konsekwencja procesów grafityzacji i utleniania, co równie potwierdzaj ródła literaturowe [118-120, 191, 192]. Zgodnie z zastosowanym obci eniem 5 N, wyniki drogi tarcia dla powłok DLC kształtowały si na poziomie przewy szaj cym nawet 70-krotnie wyniki drogi tarcia np. dla powłoki Cr/CrN/CrN, których twardo ć była porównywalna z twardo ci powłok diamentopodobnych. Wszystkie przedstawione zale no ci wskazuj, e odporno ć korozyjna stopów magnezu zarówno po obróbce cieplnej jak i powierzchniowej jest tym wi ksza, im ni sze s warto ci g sto ci pr du korozji. Wynika to ze wzrostu warto ci oporu polaryzacji badanego materiału, a wi c z mniejszego roztwarzania anodowego powierzchni. Poniewa badania korozyjne okre laj ce odporno ć stopów Mg-Al-Zn na korozj w erow dla poszczególnych wariantów obróbki cieplnej i powierzchniowej wykonywano w ró nych warunkach wyniki nale y rozpatrywać osobno dla ka dego rodzaju powierzchni. Jednak e ogólny zauwa alny trend wynikaj cy z wykonanych bada potwierdza, e odlewnicze stopy magnezu, w powierzchni których wtopiono twarde cz stki drobnoziarnistych proszków charakteryzuj si mniejsz odporno ci na korozj w erow w odniesieniu do stopów po zwykłej obróbce cieplnej. Zastosowanie pokryć PVD i CVD na powierzchni odlewniczych stopów magnezu mo e zapewnić wy sz odporno ć korozyjn elementów w odniesieniu do odporno ci korozyjnej elementów po zwykłej obróbce cieplnej, w wybranych wariantach obróbki, tj.: po naniesieniu powłoki Ti/DLC/DLC i Cr/CrN/CrN, dla wszystkich badanych podło y oraz powłoki typu Cr/CrN/TiN na podło u MCMgAl12Zn1 i MCMgA19Znl. W celu okre lenia relacji pomi dzy zało onymi warunkami obróbki, podło em i uzyskanymi wynikami pomiarów, posłu ono si zaprojektowanymi modelami obliczeniowymi z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych, które s efektywnym narz dziem wspomagaj cym proces oceny własno ci mechanicznych i u ytkowych obiektów bada. Zmiany własno ci, uwzgl dnione w modelu obliczeniowym potwierdziły zgodno ci modelu po symulacji z wynikami eksperymentu, dostarczaj c tym samym dodatkowego materiału do oceny przyczyn strukturalnych i mechanizmów ich rozwoju. Szczególnego podkre lenia wymaga aspekt praktyczny, jaki stwarzaj opracowane modele, mog ce z powodzeniem zast pować wymienione próby technologiczne w zakresie warunków technologicznych i składów chemicznych obj tych modelowaniem. Badania struktury, własno ci mechanicznych i u ytkowych odlewniczych stopów magnezu po obróbce cieplnej przesycania i starzenia oraz po obróbce powierzchniowej z wykorzystaniem 146 T. Ta ski
Kształtowanie struktury i własno ci powierzchni stopów Mg-Al-Zn metod PVD, CVD oraz technik laserowych, opisywane w niniejszej rozprawie, jak równie opublikowane w trakcie realizacji projektów badawczych dotycz cych omawianych zagadnie [3, 4, 20-25, 30-33, 35-37, 46-54], wskazuj na u yteczno ć opracowanych technologii w odniesieniu do nowych mo liwo ci aplikacyjnych np. w przemy le motoryzacyjnym i lotniczym w produkcji elementów konstrukcyjnych i wyposa enia rodków transportu, a tak e do regeneracji ju wcze niej eksploatowanych elementów z odlewniczych stopów magnezu. Na podstawie otrzymanych wyników bada eksperymentalnych oraz wykonanych analiz sformułowano nast puj ce wnioski: 1. Udowodniono postawion tez rozprawy habilitacyjnej wykazuj c, e zastosowanie obróbki powierzchniowej, w tym fizycznego i chemicznego osadzania z fazy gazowej CVD i PVD oraz obróbki laserowej przy wykorzystaniu technologii wtapiania w powierzchni stopów Mg-Al-Zn twardych ceramicznych cz stek powoduje popraw twardo ci oraz odporno ć na zu ycie cierne i korozyjne wytypowanych do bada stopów obrobionych cieplnie. 2. Wyniki pomiarów własno ci mechanicznych i u ytkowych próbek poddanych obróbce cieplnej i powierzchniowej potwierdzaj, e wykonana obróbka cieplna, zło ona z przesycania z chłodzeniem w wodzie, a tak e ze starzenia z chłodzeniem w powietrzu, powoduje umocnienie MCMgAl12Zn1, MCMgAl9Zn1, MCMgAl6Zn1 odlewniczych stopów magnezu zgodnie z mechanizmem umocnienia wydzieleniowego wywołanym poprzez hamowanie po lizgów dyslokacji wskutek oddziaływania pól napr e równomiernie zlokalizowanych wydziele fazy γ-mg 17 Al 12. Poł czenie odpowiednio dobranej obróbki cieplnej z mo liwo ciami kształtowania struktury i składu fazowego metalicznej osnowy stopów magnezu z wykorzystaniem technologii wtapiania laserowego, zapewnia dodatkowo podwy szenie własno ci mechanicznych i u ytkowych powierzchni wskutek znacznego rozdrobnienia ziarna oraz wytworzenia warstwy mikrokompozytu o równomiernie rozło onych cz stkach faz dyspersyjnych. Wzrost własno ci mechanicznych i u ytkowych badanych stopów mo liwy jest równie poprzez wytworzenie na ich powierzchni powłok z fazy gazowej, cz ciowo umocnionych roztworowo, nanoszonych w systemie mi kkie podło e gradientowa warstwa przej ciowa, o płynnej zmianie jednego lub kilku jej składników od podło a do zewn trznej jej powierzchni oraz powłoka zewn trzna, w wyniku katodowego odparowania łukiem elektrycznym oraz w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmowym. 9. Podsumowanie i wnioski 147
Open Access Library Volume 2 (8) 2012 3. Opracowane wykresy wpływu temperatury oraz czasu przesycania i starzenia, a tak e st enia aluminium, mocy lasera, zastosowanego proszku oraz rodzaju zastosowanej powłoki PVD lub CVD na twardo ć, chropowato ć i odporno ć na cieranie analizowanych odlewniczych stopów magnezu po obróbce cieplnej i powierzchniowej z wykorzystaniem sieci neuronowych pozwoliły na opracowanie modelu zale no ci pomi dzy: st eniem aluminium, temperatur i czasem przesycania, o rodkiem chłodz cym, a twardo ci ; st eniem aluminium, temperatur i czasem przesycania, temperatur i czasem starzenia, a twardo ci ; st eniem aluminium, szybko ci wtapiania, moc lasera oraz rodzajem wtapianych cz stek i chropowato ci i twardo ci uzyskanej warstwy oraz st eniem aluminium, rodzajem zastosowanej powłoki PVD lub CVD i chropowato ci, cieralno ci oraz mikrotwardo ci uzyskanych powłok. Wyniki otrzymane w odpowiedzi sieci, umo liwiły pełn integracj wiedzy materiałoznawczej i narz dzi informatycznych, potwierdzaj c zgodno ć modelu po symulacji z wynikami wykonanych eksperymentów, co równie potwierdza słuszno ć przedstawionych analiz komputerowych eliminuj cych konieczno ć wykonywania kosztownych i czasochłonnych bada do wiadczalnych. 148 T. Ta ski