Tag: SEM microscopy

The effect of porosity and microhardness of A2O3 layer on tribological properties

Czasopismo : Advances in Manufacturing Science and Technology
Tytuł artykułu : The effect of porosity and microhardness of A2O3 layer on tribological properties

Autorzy :
Pajor, M.
Szczecin University of Technology, Faculty of Mechanical Egnineering and Mechatronics, Institute of Manufacturing Engineering, Al. Piastów 19, 70-310 Szczecin, miroslaw.pajor@ps.pl,
Osypiuk, R.
Institute of Control Engineering, Szczecin University of Technology, Sikorskiego 37, 70-313 Szczecin, rafal.osypiuk@ps.pl,
Pietrusewicz, K.
Institute of Control Engineering, Szczecin University of Technology, Al. Piastów 17, 70-310 Szczecin, krzysztof.pietrusewicz@ps.pl,
Filip, R.
Rzeszów University of Technology, Department of Materials Science, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, ryfil@prz.edu.pl,
Skoneczny, W.
University of Silesia. Department of Materials Science, 41-200 Sosnowiec, ul. Śnieżna 2, skoneczn@us.edu.pl,
Abstrakty : A characteristic feature of ceramic materials is their little consumption as well as a low friction coefficient in contact with other materials at a presence of a lubricant. The latest world trends as regards the machine construction, in particular piston machinery, are aiming at reducing its lubrication and cooling. Thus, a question arises, what the upper layer of a ceramic material should be like in order to maintain low consumption and small friction resistance. The oxide layer for tribological purposes was obtained on an AlMg2 alloy as a result of hard anodizing in SAS electrolyte. This electrolyte enables the control of the oxide layer production parameters, which allowed the obtaining of an oxide layer of a wide range of volumetric porosity changes and microhardness ľHV. Verification of the structural model of the oxide layer of aluminium and its alloys has been made based on samples obtained on aluminium at different production parameters. The morphologies of the oxide layer surface obtained on aluminium, after their subjecting to a computer image analysis. The research was conducted using a program for a computer image analysis, Visilog 4. The results of measurements were subjected to a comparative analysis of pores' areas calculated based on theoretical formulas and measured by means of a computer image analysis.

Charakterystyczną cechą materiałów ceramicznych jest ich małe zużycie oraz mała wartość współczynnika tarcia w obecności substancji smarnej. Tendencje światowe, dotyczące konstrukcji maszyn, a w szczególności maszyn tłokowych, zmierzają do ograniczenia ich smarowania i chłodzenia. Stąd prowadzone badania warstwy wierzchniej materiału ceramicznego dla zachowania niskiego zużycia i uzyskania małych oporów tarcia. Warstwę tlenkową otrzymywano na stopie AlMg2 w wyniku anodowania twardego w elektrolicie SAS. Elektrolit ten umożliwia kontrolę parametrów warstwy tlenkowej. Uzyskano powłokę tlenkową o szerokim zakresie zmiany porowatości oraz twardości (ľHV). Dla skojarzenia warstwa tlenkowa-tworzywo sztuczne decydujące znaczenie dobrego funkcjonowania węzła ślizgowego ma porowatość i twardość warstwy tlenkowej. Weryfikacji modelu budowy warstwy tlenkowej aluminium i jego stopów dokonano dla aluminium, stosując różne parametry procesu wytwarzania. Powierzchnie warstwy tlenkowej otrzymane na aluminium, poddano komputerowej analizie obrazu. Przeprowadzono analizę porównawczą wyników pomiarów powierzchni porów obliczonych teoretycznie oraz uzyskanych za pomocą komputerowej analizy obrazu.

Słowa kluczowe : materiał ceramiczny, mikrostruktura, analiza komputerowa, tribologia, mikroskopia SEM, porowatość, twardość, właściwości tribologiczne, ceramic material, microstructure, computer analysis, tribology, SEM microscopy, porosity, hardness, tribological properties,
Wydawnictwo : Komitet Budowy Maszyn PAN
Rocznik : 2007
Numer : Vol. 31, nr 3
Strony : 71 – 81
Bibliografia : 1 B. CIESZEWSKI, W. PRZETAKIEWICZ: Nowoczesne materiały w technice. Wydawnictwo Bellona, Warszawa 1993.
2 T. BELL: Proc. 1st World Tribology Congress. J.M. Hutchings, Londyn 1997.
3 S. PYTKO: Kierunki rozwoju tribologii w świecie. Mat. Konf. „Nowe tendencje w tribologii i trybotechnice”. Politechnika Częstochowska, 1997.
4 W. SKONECZNY: Warstwy tlenkowe otrzymywane metodą elektrolityczną na stopie aluminium AlMg2. Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 20(1999)3, 363-373.
5 W. SKONECZNY: Wybrane aspekty eksploatacji sprężarek bezsmarowych z gładzią A1203. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, 34(1999)2, 341-350.
6 W. SKONECZNY: Model of structure of A1203 layer obtained via hard anodizing method. Surface Engineering, 17(2001)5, 389-391.
7 W. SKONECZNY, J. JURUSIK, A. BURIAN: Investigations of the surface morphology of A1203 layers by atomic force microscopy. Materials Science, 22(2004)3, 265-278.
DOI :
Cytuj : Pajor, M. ,Osypiuk, R. ,Pietrusewicz, K. ,Filip, R. ,Skoneczny, W. , The effect of porosity and microhardness of A2O3 layer on tribological properties. Advances in Manufacturing Science and Technology Vol. 31, nr 3/2007

PL Wpływ porowatości i twardości warstwy Al203 na właściwości tribologiczne

Journal : Advances in Manufacturing Science and Technology
Article : The effect of porosity and microhardness of A2O3 layer on tribological properties

Authors :
Pajor, M.
Szczecin University of Technology, Faculty of Mechanical Egnineering and Mechatronics, Institute of Manufacturing Engineering, Al. Piastów 19, 70-310 Szczecin, miroslaw.pajor@ps.pl,
Osypiuk, R.
Institute of Control Engineering, Szczecin University of Technology, Sikorskiego 37, 70-313 Szczecin, rafal.osypiuk@ps.pl,
Pietrusewicz, K.
Institute of Control Engineering, Szczecin University of Technology, Al. Piastów 17, 70-310 Szczecin, krzysztof.pietrusewicz@ps.pl,
Filip, R.
Rzeszów University of Technology, Department of Materials Science, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, ryfil@prz.edu.pl,
Skoneczny, W.
University of Silesia. Department of Materials Science, 41-200 Sosnowiec, ul. Śnieżna 2, skoneczn@us.edu.pl,
Abstract : A characteristic feature of ceramic materials is their little consumption as well as a low friction coefficient in contact with other materials at a presence of a lubricant. The latest world trends as regards the machine construction, in particular piston machinery, are aiming at reducing its lubrication and cooling. Thus, a question arises, what the upper layer of a ceramic material should be like in order to maintain low consumption and small friction resistance. The oxide layer for tribological purposes was obtained on an AlMg2 alloy as a result of hard anodizing in SAS electrolyte. This electrolyte enables the control of the oxide layer production parameters, which allowed the obtaining of an oxide layer of a wide range of volumetric porosity changes and microhardness ľHV. Verification of the structural model of the oxide layer of aluminium and its alloys has been made based on samples obtained on aluminium at different production parameters. The morphologies of the oxide layer surface obtained on aluminium, after their subjecting to a computer image analysis. The research was conducted using a program for a computer image analysis, Visilog 4. The results of measurements were subjected to a comparative analysis of pores' areas calculated based on theoretical formulas and measured by means of a computer image analysis.

Charakterystyczną cechą materiałów ceramicznych jest ich małe zużycie oraz mała wartość współczynnika tarcia w obecności substancji smarnej. Tendencje światowe, dotyczące konstrukcji maszyn, a w szczególności maszyn tłokowych, zmierzają do ograniczenia ich smarowania i chłodzenia. Stąd prowadzone badania warstwy wierzchniej materiału ceramicznego dla zachowania niskiego zużycia i uzyskania małych oporów tarcia. Warstwę tlenkową otrzymywano na stopie AlMg2 w wyniku anodowania twardego w elektrolicie SAS. Elektrolit ten umożliwia kontrolę parametrów warstwy tlenkowej. Uzyskano powłokę tlenkową o szerokim zakresie zmiany porowatości oraz twardości (ľHV). Dla skojarzenia warstwa tlenkowa-tworzywo sztuczne decydujące znaczenie dobrego funkcjonowania węzła ślizgowego ma porowatość i twardość warstwy tlenkowej. Weryfikacji modelu budowy warstwy tlenkowej aluminium i jego stopów dokonano dla aluminium, stosując różne parametry procesu wytwarzania. Powierzchnie warstwy tlenkowej otrzymane na aluminium, poddano komputerowej analizie obrazu. Przeprowadzono analizę porównawczą wyników pomiarów powierzchni porów obliczonych teoretycznie oraz uzyskanych za pomocą komputerowej analizy obrazu.

Keywords : materiał ceramiczny, mikrostruktura, analiza komputerowa, tribologia, mikroskopia SEM, porowatość, twardość, właściwości tribologiczne, ceramic material, microstructure, computer analysis, tribology, SEM microscopy, porosity, hardness, tribological properties,
Publishing house : Komitet Budowy Maszyn PAN
Publication date : 2007
Number : Vol. 31, nr 3
Page : 71 – 81

Bibliography
: 1 B. CIESZEWSKI, W. PRZETAKIEWICZ: Nowoczesne materiały w technice. Wydawnictwo Bellona, Warszawa 1993.
2 T. BELL: Proc. 1st World Tribology Congress. J.M. Hutchings, Londyn 1997.
3 S. PYTKO: Kierunki rozwoju tribologii w świecie. Mat. Konf. „Nowe tendencje w tribologii i trybotechnice”. Politechnika Częstochowska, 1997.
4 W. SKONECZNY: Warstwy tlenkowe otrzymywane metodą elektrolityczną na stopie aluminium AlMg2. Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 20(1999)3, 363-373.
5 W. SKONECZNY: Wybrane aspekty eksploatacji sprężarek bezsmarowych z gładzią A1203. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, 34(1999)2, 341-350.
6 W. SKONECZNY: Model of structure of A1203 layer obtained via hard anodizing method. Surface Engineering, 17(2001)5, 389-391.
7 W. SKONECZNY, J. JURUSIK, A. BURIAN: Investigations of the surface morphology of A1203 layers by atomic force microscopy. Materials Science, 22(2004)3, 265-278.
DOI :
Qute : Pajor, M. ,Osypiuk, R. ,Pietrusewicz, K. ,Filip, R. ,Skoneczny, W. ,Skoneczny, W. , The effect of porosity and microhardness of A2O3 layer on tribological properties. Advances in Manufacturing Science and Technology Vol. 31, nr 3/2007
[Top]

Formation of the tribological properties of oxide layers.

Czasopismo : Advances in Manufacturing Science and Technology
Tytuł artykułu : Formation of the tribological properties of oxide layers.

Autorzy :
Miko, E.
Kielce University of Technology, Chair of Mechanical Engineering and Metrology, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland, emiko@tu.kielce.pl,
Płonka, S.
Department of Manufacturing Technology and Automation, Bielsko-Biała University, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland, phone (+48, 033) 827-92-13, splonka@ath.bielsko.pl,
Słowiński, B.
Technical University of Koszalin, Production Engineering Faculty, ul. Racławicka 15-17, 76-620 Koszalin, Poland, broneks@poczta.fm,
Kmita, T.
University of Silesia, Department of Materials Science, 41-200 Sosnowiec, ul. Śnieżna 2, phone (+48, 032) 368-95-68, tomek@zbww.tech.us.edu.pl,
Abstrakty : The paper presents the problem of the influence of the structure of oxide layers obtained in an electrolytic process on tribological cooperation with constructional materials. Microhardness and abrasion resistance of oxide layers obtained on aluminium alloys by means of hard anodizing depend mainly on their porosity, morphology, surface roughness and layers' thickness. Utilitarian properties of alumina can be controlled to a rarge degree by changing the current and temperature conditions of the process as well as the composition of electrolyte or of the aluminium substrate. A porous oxide layer characterizes with a columnar structure with numerous micro-, macro- and nanopores formed at the contact point of Al203 fibres. Numerous structural and morphological studies conducted by AFM (atom-force microscopy) and SEM (scanning electron microscopy) have shown that it is possible to effectively control the number and size of alumina as well as micro- and nanopores. Any changes in the structure translate directly into changes of nanoroughness and porosity of the obtained oxide layers. Micro- and macropores on surfaces can be used as lubrication dispensers at sliding cooperation with modern constructional materials, e.g. TG15 or PEEK/BC. Tribological investigations have shown a dependence of wear intensity and friction factor of the couple: anodic oxide layer/plastic, on the internal structure of the cooperating triboelements.

W pracy omówiono zagadnienie wpływu budowy warstw tlenkowych uzyskiwanych metodą elektrolityczną na procesy współpracy tribologicznej z tworzywami konstrukcyjnymi. Twardość i odporność na ścieranie warstw tlenkowych wytwarzanych na stopach aluminium metodą anodowania twardego zależą od ich porowatości, morfologii i chropowatości powierzchni oraz głębokości tych warstw. Właściwości użytkowe warstw tlenku glinu można kształtować w szerokim zakresie przez zmianę warunków prądowych i temperaturowych procesu anodowania oraz składu chemicznego elektrolitu i podłoża. Porowata warstwa tlenkowa odznacza się kolumnową mikrostrukturą z licznymi mikro-, makro- i nanoporami powstającymi na styku włókien AI2O3. Przeprowadzone badania mikrostruktury z użyciem mikroskopii sił atomowych AFM oraz elektronowej mikroskopii skaningowej SEM wykazały, że można skutecznie kształtować objętość względną i wymiary włókien tlenku glinu oraz mikro- i nanopor. Zmiany morfologiczne mikrostruktury oddziaływają bezpośrednio na zmiany nanochropowatości oraz porowatości uzyskiwanych warstw tlenkowych. Mikro- i makropory na powierzchni mogą pełnić funkcję zasobników smarnych przy współpracy ślizgowej z nowoczesnymi tworzywami konstrukcyjnymi, na przykład TC15 czy PEEK/BC. Badania tribologiczne wykazały zależność intensywności zużywania oraz współczynnika tarcia pary: anodowa warstwa tlenkowa – tworzywo sztuczne od struktury wewnętrznej współpracujących triboelementów.

Słowa kluczowe : warstwa tlenkowa, tribologia, zużycie, nanopory, mikroskopia AFM, mikroskopia SEM, właściwości tribologiczne, oxide layer, tribology, wear, nanopores, AFM microscopy, SEM microscopy, tribological properties,
Wydawnictwo : Komitet Budowy Maszyn PAN
Rocznik : 2006
Numer : Vol. 30, nr 2
Strony : 47 – 54
Bibliografia : 1 T. BIESTEK, J. WEBER: Powłoki konwersyjne. WNT, Warszawa 1968.
2 A. POSMYK: Kształtowanie właściwości tribologicznych warstw wierzchnich tworzyw na bazie aluminium. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej 62, Gliwice 2002.
3 W. SKONECZNY: Mechanizm formowania powłoki tlenkowej na aluminium w wyniku obróbki elektrolitycznej. Inżynieria Powierzchni, (1999)1, 35-40.
4 M. WOŁEK: Elementy ślizgowe par policzterofluoroetylenu i stopów aluminium o specjalnie przegotowanej warstwie zewnętrznej. Uniwersytet Śląski, Katowice 1983.
5 A. GOŁĄB, A. JÓZEFÓW: Trwałość filmu ślizgowego z PTFE i grafitu na powierzchni utlenionego elektrolitycznie aluminium. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, (1999)4, 627-636.
6 H. X. ZHU, R. ABBASCHIAN: Microstructures and properties of in-situ NiAl-A1203 functionally gradient composites. Composites, Part B, 31(2000), 383-390.
7 D. PADMAVARDHANI, A. GOMEZ, R. ABBASCHIAN: Sinthesis and microstructural characterization of NiAl-Al203 functionally gradient composites. Intermetallics, (1998)6, 229-241.
8 W. SKONECZNY: Model of structure A1203 layer obtained via hard anodizing method. Surface Engineering, 17(2001), 389-391.
9 W. SKONECZNY: Wpływ parametrów procesu oraz składu metalu podłoża na właściwości warstw tlenkowych otrzymywanych metodą elektrolityczną. Inżynieria Powierzchni, (2000)2, 21-25.
10 W. SKONECZNY: Oxide layers obtained using the electrolytic method on AlMg2 aluminium alloy. Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 20(1999), 363-373.
11 W. SKONECZNY: Kształtowanie właściwości warstw wierzchnich aluminium i jego stopów metodą anodowania twardego. Politechnika Łódzka Filia w Bielsku-Białej, Bielsko-Biała 2001.
12 M. SZCZEREK, M. WIŚNIEWSKI: Tribologia i tribotechnika. ITeE, Radom 2000.
DOI :
Cytuj : Miko, E. ,Płonka, S. ,Słowiński, B. ,Kmita, T. , Formation of the tribological properties of oxide layers.. Advances in Manufacturing Science and Technology Vol. 30, nr 2/2006
[Top]

PL Kształtowanie właściwości tribologicznych warstw tlenkowych.

Journal : Advances in Manufacturing Science and Technology
Article : Formation of the tribological properties of oxide layers.

Authors :
Miko, E.
Kielce University of Technology, Chair of Mechanical Engineering and Metrology, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland, emiko@tu.kielce.pl,
Płonka, S.
Department of Manufacturing Technology and Automation, Bielsko-Biała University, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała, Poland, phone (+48, 033) 827-92-13, splonka@ath.bielsko.pl,
Słowiński, B.
Technical University of Koszalin, Production Engineering Faculty, ul. Racławicka 15-17, 76-620 Koszalin, Poland, broneks@poczta.fm,
Kmita, T.
University of Silesia, Department of Materials Science, 41-200 Sosnowiec, ul. Śnieżna 2, phone (+48, 032) 368-95-68, tomek@zbww.tech.us.edu.pl,
Abstract : The paper presents the problem of the influence of the structure of oxide layers obtained in an electrolytic process on tribological cooperation with constructional materials. Microhardness and abrasion resistance of oxide layers obtained on aluminium alloys by means of hard anodizing depend mainly on their porosity, morphology, surface roughness and layers' thickness. Utilitarian properties of alumina can be controlled to a rarge degree by changing the current and temperature conditions of the process as well as the composition of electrolyte or of the aluminium substrate. A porous oxide layer characterizes with a columnar structure with numerous micro-, macro- and nanopores formed at the contact point of Al203 fibres. Numerous structural and morphological studies conducted by AFM (atom-force microscopy) and SEM (scanning electron microscopy) have shown that it is possible to effectively control the number and size of alumina as well as micro- and nanopores. Any changes in the structure translate directly into changes of nanoroughness and porosity of the obtained oxide layers. Micro- and macropores on surfaces can be used as lubrication dispensers at sliding cooperation with modern constructional materials, e.g. TG15 or PEEK/BC. Tribological investigations have shown a dependence of wear intensity and friction factor of the couple: anodic oxide layer/plastic, on the internal structure of the cooperating triboelements.

W pracy omówiono zagadnienie wpływu budowy warstw tlenkowych uzyskiwanych metodą elektrolityczną na procesy współpracy tribologicznej z tworzywami konstrukcyjnymi. Twardość i odporność na ścieranie warstw tlenkowych wytwarzanych na stopach aluminium metodą anodowania twardego zależą od ich porowatości, morfologii i chropowatości powierzchni oraz głębokości tych warstw. Właściwości użytkowe warstw tlenku glinu można kształtować w szerokim zakresie przez zmianę warunków prądowych i temperaturowych procesu anodowania oraz składu chemicznego elektrolitu i podłoża. Porowata warstwa tlenkowa odznacza się kolumnową mikrostrukturą z licznymi mikro-, makro- i nanoporami powstającymi na styku włókien AI2O3. Przeprowadzone badania mikrostruktury z użyciem mikroskopii sił atomowych AFM oraz elektronowej mikroskopii skaningowej SEM wykazały, że można skutecznie kształtować objętość względną i wymiary włókien tlenku glinu oraz mikro- i nanopor. Zmiany morfologiczne mikrostruktury oddziaływają bezpośrednio na zmiany nanochropowatości oraz porowatości uzyskiwanych warstw tlenkowych. Mikro- i makropory na powierzchni mogą pełnić funkcję zasobników smarnych przy współpracy ślizgowej z nowoczesnymi tworzywami konstrukcyjnymi, na przykład TC15 czy PEEK/BC. Badania tribologiczne wykazały zależność intensywności zużywania oraz współczynnika tarcia pary: anodowa warstwa tlenkowa – tworzywo sztuczne od struktury wewnętrznej współpracujących triboelementów.

Keywords : warstwa tlenkowa, tribologia, zużycie, nanopory, mikroskopia AFM, mikroskopia SEM, właściwości tribologiczne, oxide layer, tribology, wear, nanopores, AFM microscopy, SEM microscopy, tribological properties,
Publishing house : Komitet Budowy Maszyn PAN
Publication date : 2006
Number : Vol. 30, nr 2
Page : 47 – 54

Bibliography
: 1 T. BIESTEK, J. WEBER: Powłoki konwersyjne. WNT, Warszawa 1968.
2 A. POSMYK: Kształtowanie właściwości tribologicznych warstw wierzchnich tworzyw na bazie aluminium. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej 62, Gliwice 2002.
3 W. SKONECZNY: Mechanizm formowania powłoki tlenkowej na aluminium w wyniku obróbki elektrolitycznej. Inżynieria Powierzchni, (1999)1, 35-40.
4 M. WOŁEK: Elementy ślizgowe par policzterofluoroetylenu i stopów aluminium o specjalnie przegotowanej warstwie zewnętrznej. Uniwersytet Śląski, Katowice 1983.
5 A. GOŁĄB, A. JÓZEFÓW: Trwałość filmu ślizgowego z PTFE i grafitu na powierzchni utlenionego elektrolitycznie aluminium. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, (1999)4, 627-636.
6 H. X. ZHU, R. ABBASCHIAN: Microstructures and properties of in-situ NiAl-A1203 functionally gradient composites. Composites, Part B, 31(2000), 383-390.
7 D. PADMAVARDHANI, A. GOMEZ, R. ABBASCHIAN: Sinthesis and microstructural characterization of NiAl-Al203 functionally gradient composites. Intermetallics, (1998)6, 229-241.
8 W. SKONECZNY: Model of structure A1203 layer obtained via hard anodizing method. Surface Engineering, 17(2001), 389-391.
9 W. SKONECZNY: Wpływ parametrów procesu oraz składu metalu podłoża na właściwości warstw tlenkowych otrzymywanych metodą elektrolityczną. Inżynieria Powierzchni, (2000)2, 21-25.
10 W. SKONECZNY: Oxide layers obtained using the electrolytic method on AlMg2 aluminium alloy. Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 20(1999), 363-373.
11 W. SKONECZNY: Kształtowanie właściwości warstw wierzchnich aluminium i jego stopów metodą anodowania twardego. Politechnika Łódzka Filia w Bielsku-Białej, Bielsko-Biała 2001.
12 M. SZCZEREK, M. WIŚNIEWSKI: Tribologia i tribotechnika. ITeE, Radom 2000.
DOI :
Qute : Miko, E. ,Płonka, S. ,Słowiński, B. ,Kmita, T. ,Kmita, T. , Formation of the tribological properties of oxide layers.. Advances in Manufacturing Science and Technology Vol. 30, nr 2/2006
[Top]