Raport - Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Krakowie

Zadanie I. „Nowa generacja materiałów funkcjonalnych oparta o technologie laserowe”
Wykonawcy: Prof. dr hab. in. Bogusław MAJOR (Kierownik zadania)
Opis wyników
Problematyka realizowana była w dwóch etapach: Opracowanie bazy danych parametrów
technologicznych i materiałowych dla modyfikacji laserowej (I) oraz Laserowa Modyfikacja
Powierzchni ; Osadzanie laserem impulsowym; metoda PLD (etap II)
Etap I. Opracowanie bazy danych parametrów technologicznych i materiałowych dla
modyfikacji laserowej
Laserowa Modyfikacja Powierzchni realizowana moe by poprzez:
-przetopienie i szybk krystalizacj
-laserowe stopowanie (przetopienie + wprowadzenie dodatków)
Cel modyfikacji:
-rozdrobnienie mikrostruktury
-wprowadzenie dodatków stopowych (np. wglików, borków)
Zastosowanie:
-nowe tworzywa konstrukcyjne
-regeneracja elementów maszyn
Przedmiot opracowania stanowi baza danych w zakresie laserowej modyfikacji powierzchni opartej o
przetopienie laserowe oraz przetopienie z wprowadzaniem dodatku stopowego okrelane jako
„laserowe stopowanie”. Baz do opracowania stanowiły prowadzone od około 15 lat badania w tym
zakresie oraz opublikowane liczne prace własne oraz dostpne najnowsze wiatowe pozycje
literaturowe. Działalno w tym zakresie realizowana w IMIM PAN w Krakowie została
podsumowana rozdziale 7 monografii Elsevier opublikowanej w 2006 p.t. Materials Surface
Processing by Directed Energy Techniques by Yves Paleau oraz publikacjach podanych w
sprawozdaniu.
Cało opracowanych materiałów w IMIM PAN dostpna jest na stronie internetowej IMIM PAN
www.imim.pl i pozwala na szerokie spojrzenie na problematyk i wykorzystanie w zalenoci
potrzeb.
Etap II. Laserowa Modyfikacja Powierzchni -Osadzanie laserem impulsowym (metoda PLD)
Skoncentrowano si na grupie funkcjonalnych materiałów o budowie wielowarstwowej na bazie
systemów: Ti/TiN, Cr/CrN oraz TiN/CrN. Dobrano parametry technologiczne i opracowano procedur
wytwarzania wielowarstwowych powłok gradientowych z warstw buforow. Wytworzono powłoki
metod laserow typu: Cr/CrN, Ti/TiN i TiN/CrN w układzie 2, 4, 8, 16, 32 i 64 warstwy. Prowadzono
badania TEM i HRTEM na cienkich foliach uzyskanych technik tripodu oraz FIB z
wielowarstwowych układów wytworzonych z wykorzystaniem ablacji laserowej metod PLD przy
sumarycznej gruboci powłoki 1m. Analizowano obszar przejcia pomidzy warstwami w aspekcie
koherencji determinujcej właciwoci układu. Wyniki korelowano z uzyskanymi badaniami tekstury
krystalograficznej oraz analiz mikrotwardoci HV i właciwoci fizycznych wyznaczonych metod
zarysowania (scratch test).
Rys. Mikrostruktura TEM przekroju poprzecznego materiału Cr/CrN: 4 warstwowego

Wyniki realizowanych prac zostały uwzgldnione w nastpujcych publikacjach naukowych:
Edited by Yves Paleau ELSEVIER (2006)
B.Major
Chapter 7. Laser processing for Surface Modification by Remelting and Alloying of Metallic Systems
in „Materials Surface processing by Directed Energy Technique“
http://www.elsevier.com/wps/find/bookdescription.cws_home/707908/description#description
Surface and Coating Technology, Elsevier
Ł. Major, J. Morgiel, J. M. Lackner, W. Waldhauser, R. Ebner, L. C. Nistor, G. van Tandeloo,
B. Major
Crystallographic aspects related to advanced tribological multilayers of Cr/CrN, Ti/TiN produced by
pulsed laser deposition (PLD)
200(2006) 6190-6195
Surface and Coating Technology, Elsevier
W.Mróz, R.Kosydar, M.Jelinek, T.Kocourek, B.Major
Phase formation and microstructure of boron nitride thin layers deposited using Nd:YAG and KrF
lasers
200(2006) 6438-6443
Surf.Coating Technol., Elsevier
R.Major, R.Kustosz, J.M.Lackner, W.Waldhauser, R.Ebner,
J.Bonarski, J.Morgiel, B.Major,
Elastic TiN coatings deposited on polyurethane by pulsed laser
200(2006) 6340-6345
Surf.Coating Technol. Elsevier
J.M.Lackner, W.Waldhauser, B.Major, J.Morgiel, L.Major, H.Takahasi, T.Shibayama,
Growth structure and growth defects in pulsed laser deposited Cr-CrN x -CrC x N 1-x multilayer coatings
200(2006) 3644-3649
Plasma Processes and Polymers
J.M.Lackner, W.Waldhauser, M.Berghauser, D.Hufnagel, R.Major, L.Major, B.Major
Growth Morphology, Adhesion and Mechanical Properties of Room-Temperature Pulsed Laser
Deposition Cr-CrN Multilayer Coating
Wiley- VCH Verlag GmbH, Wiley InterScience 4(2007)51-54
Advances in Materials Science
J.M.Lackner, W. Waldhauser, M.Berghauser, R.Major, L.Major, B.Major
Emerging Technologies for Deposition of High Adhesive Ti-based Coatings at Room Temperature,
Vol.7(2007)37-49
In.Materiałowa
Ł.Major, J.Morgiel, J.M.Lackner, M.Kot, M.Szczerba, B.Major
Optimization of Ti-Cr-N Multilayer Wear Resistance Coatings Through Microstructure Control, 157-
158(2007)672-676
In.Materiałowa
Roman Major
Hybrid Pulsed Laser Deposition of Gradient TiN and Ti(C,N) Coatings for Biomedical Application
157-158(2007)666-671

Polska Akademia Nauk, Instytut Metalurgii i Inynierii Materiałowej
„Projektowanie i Wytwarzanie Funcjonalnych Materiałów Gradientowych“ (monografia)
B.Major
Opracowanie podstaw teoretycznych i technologii wykonania materiałów gradientowych
z wykorzystaniem ablacji laserowej i diagnostyka mikrostruktrury, tekstury i napre własnych w
gradientowych powłokach na stopach metali o planowanym zastosowaniu tribologicznym i
biomedycznym; modernizacja toru pomiarowego do rentgenowskiej fazowej analizy dyfrakcyjnej,
tomografii tekstury, rozkładu napre, (2007) 78-88
Arch.Metallurgy and Materials
B.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, R.Ebner, R.Kustosz, P.Lacki
Coating on TiN and Ti(C,N) basis for biomedical application to blood contact and TiN/CrN
multilayered tribological systems produced by pulsed laser deposition
(2008) in press
Wyd.PAU
B.Major
Laserowa ablacja i osadzanie mono- i wielowarstw laserem impulsowym
(2008) in press
Bull.Pol.Acad.Sci.Tech.
R.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, W.Waldhauser, B.Major
Kinetics of eucariote cells adhesion under shear flow detachment on the PLD deposited surfaces
(2008) in press
Bull.Pol.Acad.Sci.Tech.
R.Kosydar, J.T.Bonarski, M.Kot, S.Zimowski, M.Ferraris, M.Salvo, B.Major
Boron nitride/titanium nitride laminar lubricating coating deposited by pulsed laser ablation on
polymer membranes
(2008) in press
Arch.Metal and Mater.
B.Major, F.Bruckert, J.M.Lackner, R.Ebner, R.Kustosz, P.Lacki
Coating on TiN and Ti(C,N) basis for biomedical application to blood contact and TiN/CrN
multilayered tribologicala systems produced by pulsed laser deposition
(2008) in press
Advances Engineering Materials
L.Major, J.Morgiel, J.M.Lackner, M.Szczerba, M.Kot, B.Major
Microstructure Design and Tribological Properties of Cr/CrN and TiN/CrN multilayer films
(2008) in press