Centrum Inżynierii Powierzchni









prof. dr hab. inż Jerzy Smolik
Dyrektor Centrum Inżynierii Powierzchni

 inzynieria-powierzchni@itee.lukasiewicz.gov.pl
tel. (+48) 48 364-42-41 wew. 251

dr inż. Joanna Kacprzyńska-Gołacka
mgr inż. Marcin Bojek
mgr inż. Rafał Brudnias
mgr inż. Daniel Paćko
mgr inż. Artur Piasek
mgr inż. Michał Poński
mgr inż. Zbigniew Słomka
Michał Siara
mgr inż. Sylwia Sowa




Prace naukowe i aplikacyjne realizowane w Centrum Inżynierii Powierzchni  w szczególności skupiają się na problematyce procesów zwiększenia trwałości narzędzi i elementów maszyn metodami plazmowo-chemicznymi. Efektem prowadzonych prac badawczo-wdrożeniowych z zakresu inżynierii powierzchni są zaawansowane technologie obróbki powierzchniowej pozwalające modyfikować warstwę wierzchnią materiału w celu nadania jej pożądanych właściwości funkcjonalnych i eksploatacyjnych. Szczegółowy zakres prac technologicznych realizowanych w Centrum obejmuje:

  • projektowanie nowych rozwiązań materiałowych warstw i powłok ze szczególnym uwzględnieniem warstw hybrydowych, powłok złożonych (kompozytowych, wieloskładnikowych, wielowarstwowych) oraz powłok o strukturze nanometrycznej,
  • opracowywanie technologii wytwarzania warstw i powłok o przeznaczeniu użytkowym z wykorzystaniem nowoczesnych metod obróbki cieplno-chemicznej oraz metod obróbki powierzchniowej,
  • analizę procesów wytwarzania materiałów powłok z udziałem plazmy ze szczególnym uwzględnieniem procesów azotowania jarzeniowego, rozpylania magnetronowego, odparowania łukowego i odparowania wiązką elektronową,
  • badania materiałowe cienkich warstw i powłok ze szczególnym uwzględnieniem właściwości mechanicznych i przeciwzużyciowych,
  • opracowywanie technologii usuwania powłok PVD z powierzchni narzędzi, elementów maszyn i elementów konstrukcyjnych,
  • konstruowanie i budowa źródeł plazmy, systemów sterowania, wyposażenia pomocniczego oraz kompletnych urządzeń technologicznych do realizacji procesów obróbki powierzchniowej, w tym również do realizacji procesów obróbki hybrydowej.

Wyposażenie technologiczne

Centrum Inżynierii Powierzchni dysponuje najnowocześniejszymi, sterowanymi komputerowo urządzeniami do realizacji wymienionych procesów technologicznych:

  • Piec próżniowy 10.0VPT-4035/36IQ/K firmy SECO/WARWICK umożliwiający realizację próżniowej obróbki cieplnej w zakresie temperatur do 1320ºC oraz procesów nawęglania próżniowego wg technologii SimVacPLUS
  • Urządzenie NX-811 firmy NITREX do azotowania gazowego, umożliwiające realizację procesu azotowania gazowego wg technologii Nitreg bazującej na ciągłym pomiarze potencjału azotowego w trakcie procesu;
  • Urządzenie MZ-383 firmy METAPLAS IONON do realizacji technologii PVD, które umożliwia realizację zarówno procesów azotowania jarzeniowego jak również procesów nakładania powłok PVD metodą łukowo próżniową;
  • Urządzenie CDS-1 produkcji ITeE-PIB do realizacji technologii PVD, które umożliwia realizację zarówno procesów azotowania jarzeniowego jak również procesów nakładania powłok PVD metodą łukowo próżniową;
  • Urządzenie CDS-2 produkcji ITeE-PIB do realizacji technologii PVD;
  • Wielofunkcyjne urządzenie EB-PVD, produkcji ITeE-PIB, które umożliwia realizację hybrydowych procesów osadzania łączących techniki odparowania wiązką elektronową i rozpylania łukowego.
  • Piece hartownicze PK 55/12 oraz PK 105/12 firmy LAC. Komorowe piece hartownicze z retortą półgazoszczelną do przeprowadzania obróbki cieplnej wsadu pod częściowo ochronną atmosferą. Piece wyposażone w regulatory umożliwiające zaprogramowanie i zapisanie w pamięci zadanego przebiegu procesu obróbki cieplnej.
  • Wanna hartownicza olejowa i polimerowa firmy IZO Wanny hartownicze sterowane mikroprocesowym regulatorem temperatury umożliwiają przeprowadzanie procesów hartowania w oleju lub wodnych roztworach polimerowych
  • Urządzenie do mycia przy obniżonym ciśnieniu w węglowodorach bezchlorowcowych Vacuum Cast - 3000 firmy CASTOR umożliwia przeprowadzanie procesów mycia i odtłuszczania elementów wykonanych ze stali, metali kolorowych oraz tworzyw sztucznych w komorze przy obniżonym ciśnieniu. Myjka umożliwia precyzyjne mycie i odtłuszczanie detali o skomplikowanej geometrii, ślepych otworach, dużej porowatości - zabrudzonych trudno usuwalnymi olejami, chłodziwami i pastami polerskimi. Cały proces przebiega w cyklu zamknięty medium roboczego, które jest nieustannie filtrowane i destylowane. Myjka umożliwia prowadzenie mycia wspomaganego ultradźwiękami, natryskiem oraz możliwością wprowadzania kosza załadowczego w ruch wahliwy i obrotowy.

Wyposażenie badawcze

Zakład Inżynierii Powierzchni dysponuje nowoczesną aparaturą naukowo badawczą do realizacji badań materiałowych cienkich materiałów powłokowych:

  • Mikroskop metalograficzny NEOPHOT 32 firmy Zeiss wyposażony w stanowisko do cyfrowej rejestracji obrazu, jest mikroskopem przeznaczonym do obserwacji w świetle odbitym i wyposażony jest w dwa źródła światła: lampę halogenową z regulacją napięcia zasilania od 0 do 12V i lampę ksenonową. Układ optyczny umożliwia obserwacje przy powiększeniach od 50 do 1000x;Te
  • Mikroskop cyfrowy VHX 1000E firmy KEYENCE umożliwia obserwację powierzchni detali poza stacjonarnym statywem, pod różnymi kątami do obiektu. Wyposażony w stolik umożliwiający przemieszczanie obserwowanych detali w osi X iY oraz obrót wzdłuż osi statywu. Ponadto umożliwia uzyskiwania obrazów o wysokiej głębi ostrości, możliwości tworzenia obrazów 3D, składania obrazów wysokiej rozdzielczości 2D i 3D z większych obszarów badanej powierzchni, prowadzania analiz obrazów 2D i 3D w tym pomiarów liniowych, kątowych oraz łuków, pomiarów profili na obrazach 3D. Umożliwia uzyskiwane powiększenia w zakresie od 0,1 do 5000x;
  • Optyczny mikroskop pomiarowy Hawk z kamerą firmy Vision przeznaczony do przeprowadzania m.in. badań topografii powierzchni, badań metalograficznych, dokonywania pomiarów na obserwowanych elementach z użyciem oprogramowania oraz wysokorozdzielczej kamery video. Urządzenie wyposażone jest w kamerę video wysokiej rozdzielczości, oprogramowanie do analizy i archiwizacji przeprowadzanych pomiarów, stolik pomiarowy, system nieliniowej kompensacji błędów stolika oraz rewolwer do instalowania obiektywów. Oprogramowanie pomiarowe umożliwia: pomiary elementów, ocenę błędów kształtu oraz położenia. Umożliwia uzyskiwane powiększenia do 1000x;
  • Kalotester Calowear firmy CSM przeznaczony badań odporności na zużycie toczno‑ścierne oraz pomiaru grubości cienkich powłok metodą wytarcia przy użyciu kulki i podawanej zawiesiny ściernej w miejsce węzła tarcia. Umożliwia regulację i kontrolę zadawanej siły obciążającej, ilości podawanej zawiesiny ściernej, prędkości obrotowej kulki;
  • NanoHardness Tester firmy CSEM - umożliwia wyznaczanie twardości oraz modułu sprężystości materiałów cienkich powłok na podstawie analizy przebiegu zmian siły obciążenia w funkcji przemieszczenia wgłębnika;
  • REVETEST firmy CSM – umożliwia ocenę adhezji cienkich powłok metodą zarysowania. Urządzenie wyposażone jest w: głowicę pomiarową z zainstalowanym wgłębnikiem Rockwell’a, z możliwością wymiany na wgłębnik Vickers’a, mikroskop optyczny z systemem obrazowania video wysokiej rozdzielczości, czujnik emisji akustycznej, czujnik głębokości penetracji, czujnik siły tarcia i siły normalnej, zmotoryzowany programowalny stolik w osiach X-Y;
  • Twardościomierz EMCO-TEST M4R075 - przystosowany jest do badania twardości metodą Rocwella i umożliwia samodzielny dobór parametrów dokonywania odcisku poprzez programowanie wartości obciążenia, szybkości narastania obciążenia i czasów poszczególnych etapów pomiaru;
  • Twardościomierz FV-7 firmy Future Tech – przystosowany jest do badania twardości metodą Vickersa małych lub drobnych części, cienkich folii, cienkich drutów, materiałów pokrytych cienką, twardą powłoką przeciwzużyciową lub galwanizowanych, jak również materiałów niemetalowych jak szkło, diament i ceramika;
  • Spektrometr emisyjny E 983 C/31 Jet, firmy Hilger Analytical - umożliwia analizę jakościową i ilościową w stopach żelaza, niklu i kobaltu;
  • Spektrofotometr (kolorymetr) ColorEye 7000 A firmy GretagMacbeth umożliwia wyznaczanie charakterystyk kolorymetrycznych materiałów na podstawie analizy spektralnej światła odbitego;
  • Wielofunkcyjny potencjostat/galwanostat ParStat 2263 przeznaczony do elektrochemicznych badań korozyjnych stało i zmiennoprądowych;
  • Tensjometr K121 firmy Kruss przeznaczony do pomiaru napięcia powierzchniowego i napięć międzyfazowych;
  • UDP2 produkcji ITeE-PIB urządzenie do pomiaru kąta zwilżalności oraz napięcia powierzchniowego.

Zakres prac badawczych

Centrum Inżynierii Powierzchni prowadzi szeroko zakrojone prace badawcze, których celem jest opracowywanie nowych materiałów powłokowych, opracowywanie nowych metod obróbki powierzchniowej, jak również projektowanie i budowa urządzeń do ich realizacji.

Głównymi kierunkami prac badawczych są:

  • kształtowanie właściwości materiałów powłokowych poprzez wytwarzanie powłok złożonych, tj. wielowarstwowych i wieloskładnikowych,
  • rozwój technologii hybrydowych i ich wykorzystanie w celu kształtowania właściwości eksploatacyjnych elementów maszyn i narzędzi specjalnych,
  • opracowywanie systemów sterowania on-line procesami plazmowej obróbki powierzchniowej,
  • projektowanie i budowa urządzeń technologicznych do realizacji plazmowych technologii obróbki powierzchniowej.

Aktualnie realizowane projekty

W Zakładzie Inżynierii Powierzchni obecnie są realizowane następujące projekty:

  • Multifunkcjonalne warstwy hybrydowe na elementach ze stali niskowęglowej i elementach ze stopów lekkich (2010÷2014)- zadanie realizowane w ramach projektu strategicznego POIG 01.01.02;
  • Warstwy hybrydowe o podwyższonej odporności na zmęczenie cieplno‑mechaniczne(2010÷2012)- zadanie realizowane w ramach projektu strategicznego POIG 01.01.02;
  • Hybrydowe technologie obróbki powierzchniowej(2010÷2014)- zadanie realizowane w ramach projektu strategicznego POIG 01.01.02;
  • Pakiet hybrydowych technologii obróbki powierzchniowej do zwiększania trwałości matryc kuźniczych (2010÷2013)- projekt realizowany z inicjatywy IniTECH;
  • Innowacyjne rozwiązania technologiczne ochrony powierzchni łopatek wentylatorów przemysłowych (2009-2012)- projekt rozwojowy R15000106/2009 realizowany we współpracy z AGH.

Najważniejsze opracowania Najważniejszymi opracowaniami Zakładu Inżynierii Powierzchni są: Opracowanie technologii wytwarzania warstw hybrydowych typu warstwa azotowana/powłoka (Cr/CrN)x8 (2006 r.); Opracowanie technologii wytwarzania powłok wielowarstwowych typu Me-CrN, MeN-CrN, MeC-CrN (2006 r.); Opracowanie technologii usuwania powłok PVD komponowanych na bazie CrN (2006 r.); Opracowanie urządzenia i hybrydowej technologii wytwarzania specjalnych podpowłok barierowych i warstw przejściowych w powłokach ochronnych z barierą cieplną stosowanych do podwyższania żaroodporności i żarowytrzymałości elementów urządzeń technicznych (2006 r.); Opracowanie technologii i urządzenia do realizacji dwustopniowej obróbki powierzchniowej typu „duplex” dla narzędzi kuźniczych – zrealizowane w ramach 5 Programu Ramowego Unii Europejskiej (2005 r.); Opracowanie systemu sterowania on-line intensywnością procesu azotowania jarzeniowego – zrealizowane w ramach 5 Programu Ramowego Unii Europejskiej (2005 r.); Opracowanie przemysłowej technologii wytwarzania powłok węglowych na elementach wszczepów medycznych – zrealizowane w ramach projektu celowego (2003 r.).

Publikacje

  1. Mazurkiewicz A., Smolik J.: Development of novel nano-structure functional coatings with the use oft he original hybrid device, Materials Science Forum Vol.674 (2011) 1-9
  2. Smolik J., Mazurkiewicz A.: The deposition of Ni/Cr-Cr3C2 composite coatings by Arc-EB hybrid technology, Materials Science Forum Vol.674 (2011) 71-80
  3. Smolik J.: The influence of thickness of CrN coating in the composite layer „nitrided layer / CrN coating“ on the durbility of hot forging dies, Central European Journal of Engineering 1 (2011) 210-216
  4. Wieciński P., Smolik J., Garbacz H., Kurzydłowski K.J.: Microstructure and mechanical properties of nanostructure multilayer CrN/Cr coatings on titanium alloy, Thin Solid Films 519 (2011) 4069-4073
  5. Smolik J., Mazurkiewicz A.: Thermal fatigue of hot working steel after hybrid surface treatment, International Heat Treatment and Surface Engineering vol.5 no.4 (2011) 175-179
  6. Smolik J.: The wear mechanizm of hybrid layer „PN+CrN“ during the hot forging process, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering vol.49 issue 2 (2011) 215-223
  7. Mazurkiewicz A., Smolik J.: Comparative analysis of wear mechanism of different types of forging dies, Archives of Materials Science and Engineering49 issue 1 May 2011 40-45
  8. Smolik  J., Mazurkiewicz A., Poteralska B.: Nowoczesna inżynieria powierzchni – stan wiedzy I kierunki rozwoju, Inżynieria Materiałowa 4 (2011) 562-565
  9. Smolik J, Mazurkiewicz A.: The development of surface hybrid technologies as a result of practical industrial applications, Problemy Eksploatacji 3 (2010) 105-114
  10. Mazurkiewicz A., Smolik J.: Badawcze i aplikacyjne uwarunkowania rozwoju hybrydowych technologii inżynierii powierzchni, Mechanik 12 (2011)

Lista konkursów priorytetowych dla Centrum na lata 2016-2017:

CROSS-CUTTING ACTIVITIES

PILOT LINES IN NANOTECHNOLOGY AND MATERIALS

  • PILOTS-01-2016: Pilot lines for manufacturing of materials with customized thermal/electrical conductivity properties, IA
  • PILOTS-02-2016: Pilot line manufacturing of nanostructured antimicrobial surfaces using advanced nanosurface functionalization technologies, IA
  • PILOTS-03-2017: Pilot Lines for Manufacturing of Nanotextured surfaces with mechanically enhanced properties, IA

FACTORIES OF THE FUTURE

  • FOF-06-2017: New product functionalities through advanced surface manufacturing processes for mass production, RIA

 

 

Lista konkursów priorytetowych dla Zakładu na lata 2014-2015:

  • NMP 2 – 2015: Integration of novel nanomaterials into existing production lines
  • NMP 7 – 2015: Additive manufacturing for table-top nanofactories
  • NMP 14 – 2015: ERA-NET on Materials (including Materials for Energy)
  • NMP 15 – 2015: Materials innovations for the optimisation of cooling in power plants
  • NMP 16 – 2015: Extended in-service life of advanced functional materials in energy technologies (capture, conversion, storage and/or transmission of energy)
  • NMP 19 – 2015: Materials for severe operating conditions, including added-value functionalitiesNMP 23 – 2015: Novel materials by design for substituting critical materials
    • Development of multifunctional hybrid layers used to improve the durability of machine components made of light metal alloys
    • Development of multifunctional hybrid layers used to improve the durability of the tools used in hot forming industry
  • NMP 24 – 2015: Low-energy solutions for drinking water production
  • NMP 25 – 2014/1015: Accelerating the uptake of nanotechnologies, advanced materials or advanced manufacturing and processing technologies by SMEs
  • FoF 12 – 2015: Industrial technologies for advanced joining and assembly processes of multi-materials
  • H2020-TWINN-2015
  • MSCA-ITN-2015-ETN/EID/EJD: Marie Skłodowska-Curie Innovative Training Networks
  • MSCA-RISE-2015: Marie Skłodowska-Curie Research and Innovation Staff Exchange

 

 

 

Osoba do kontaktu:

dr inż. Joanna Kacprzyńska-Gołacka
joanna.kacprzynska-golacka@itee.radom.pl
tel. wew. 332