Modyfikacja metodyki badań struktury geometrycznej powierzchni, w zakresie oceny nieciągłości warstwy wierzchniej i pomiarów ścieżek wytarcia

Abstract

Celem badań była modyfikacja metod badawczych stosowanych w inżynierii materiałowej z wykorzystaniem pomiarów struktury geometrycznej powierzchni. Zaproponowano nową metodę analizy nieciągłości warstwy wierzchniej, ściśle powiązanych z porowatością otwartą, która opiera się na wykorzystaniu przyrządu do pomiaru chropowatości powierzchni. Udoskonalono metodykę pomiaru śladów zużycia po testach tribologicznych metodą ball-on-disc, z zastosowaniem specjalnego stolika obrotowego w celu poprawy powtarzalności i dokładności pomiarów. Do badań nieciągłości warstwy wierzchniej wykorzystano powierzchnię wzorcową oraz materiały ceramiczne i metaliczne uzyskane metodami spiekania SPS oraz SLS/SLM. Wykonano pomiary topografii powierzchni z zastosowaniem metody profilowania konfokalnego oraz metody stykowej. Określono zależność opartą na parametrach chropowatości, umożliwiającą obliczanie objętości nieciągłości warstwy wierzchniej. W celu udoskonalenia metodyki pomiaru ścieżki wytarcia wykonano prototyp specjalnego stolika obrotowego, umożliwiającego precyzyjny przesuw o zadany kąt. Wykonano szereg testów tribologicznych. Następnie przeprowadzono pomiary przekrojów śladów zużycia z zastosowaniem metody stykowej. Analiza wyników wykazała poprawę dokładności ustawienia próbki oraz zmniejszenie wyznaczanych odchyleń standardowych. Efektem badań jest autorska metoda oceny nieciągłości powierzchni, ściśle powiązanych z porowatością otwartą, a także zwiększenie dokładności metodyki pomiaru zużycia po testach tribologicznych z zastosowaniem metody ball-on-disc. The aim of the research was to modify the research methods used in materials engineering using measurements of the surface texture. A new method of analyzing surface layer discontinuities, closely related to open porosity, using devices for measuring surface roughness was developed. Furthermore improving the methodology of measuring wear obtained during ball-on-disc tribological tests, using a special rotary table to improve the repeatability and accuracy of measurements, was proposed. The surface discontinuity tests were performed using a reference surface and ceramic and metallic materials obtained by SPS and SLS/SLM sintering methods. Surface topography measurements were performed using the confocal profiling method and the contact method. A relationship based on roughness parameters was determined, enabling the calculation of the volume of surface layer discontinuities. In order to improve the methodology of measuring the abrasion track, a prototype of; special rotary table was manufactured. It enables precise movement by a given angle. A series of tribological tests were performed. Then, measurements of the wear cross-sections were performed using the contact method. Analysis of the results showed an improvement in the accuracy of sample positioning a decrease in the obtained standard deviations. The research results include an original method for assessing surface discontinuities, closely related to open porosity, as well as an increase in the accuracy of the wear measurement methodology after tribological tests using the ball-on-disc method.