Articles (CT3)
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
Item Porous micro/nano structured oxidic titanium surface decorated with silicon monoxide(Elsevier, 2021) Křenek, Tomáš; Pola, Josef; Docheva, D.; Stich, T.; Fajgar, R.; Kovářík, Tomáš; Pola, Michal; Martan, Jiří; Moskal, Denys; Jandová, Věra; Kupčík, J.; Mikysek, P.Nové typy oxidických titanových povrchů byly připraveny skanovací laserovým povrchovým strukturováním titanu na vzduchu za vzniku porézní mikro / nanostrukturované topografie, která byla následně ve vakuu obohacena částicemi oxidu křemnatého pomocí reaktivní pulsní laserové depozice silicidu titanu Ti5Si3. Oba povrchy jsou charakterizovány pomocí XRD, elektronové mikroskopie a FTIR, dále pomocí Ramanovy a rentgenové fotoelektronové spektroskopie. U ablativně upraveného povrchu byla zjištěna doposud nepopsaná redoxní reakce mezi Ti5Si3 (Si) a povrchem oxidovaného titanu. U obou povrchů (texturovaný i dodatečně depozičně obohacený) byla zkoumána buněčná odezva lidských (SCP-1) a myších (MC3T3) buněk a oba povrchy byly shledány jako biokompatibilní ve smyslu přežití, proliferace a morfologie buněk. Kombinace dvou laserových povrchových modifikací může podpořit další výzkum nových mikro/nanostrukturovaných titanových povrchů obohacených nanorozměrnými částicemi.
Item Characterizing Depth of Defects with Low Size/Depth Aspect Ratio and Low Thermal Reflection by Using Pulsed IR Thermography(MDPI, 2021) Moskovchenko, Alexey; Švantner, Michal; Vavilov, Vladimir P.; Chulkov, Arsenii O.Studie se zabývá kvantitativním stanovením hloubky defektů pomocí flahs pulzní termografie. Nová metoda vyhodnocení navržená v této práci zohledňuje 3D difuzi tepla, konečnou velikost defektů a koeficient tepelné reflexe mezi materiálem a defekty. Metoda je založena na kombinaci známých analytických modelů a procedury nelineárního fittingu (NLF). Algoritmus je ověřen numericky a experimentálně na vzorcích z PLA plastu vyrobených pomocí 3D tisku. Přesnost metody a její efektivcita byla hodnocena porovnáním s referenční metodou založenou rekonstrukci termografického signálu.
Item Heat accumulation temperature measurement in ultrashort pulse laser micromachining(Elsevier, 2021) Martan, Jiří; Prokešová, Lucie; Moskal, Denys; de Faria, B. C. Ferreira; Honner, Milan; Lang, VladislavUltrakrátké pulzní laserové mikroobrábění je ovlivněno akumulací tepla, která je výsledkem zbytkového tepla z předchozích laserových pulzů na povrchu vzorku. Až dosud většina prací analyzovala akumulaci pomocí numerického modelování. Předkládaná práce se zaměřila na vývoj a první použití systému měření teploty akumulace tepla přímo během procesů v časových rozsazích nanosekund a mikrosekund. Měřicí systém byl založen na infračervené radiometrii a obsahoval rychlý fotodetektor HgCdTe chlazený kapalným dusíkem a paraboloidní zrcadla. Mikroobrábění drážek bylo prováděno pomocí 14 W pikosekundového laseru s různými energiemi v pulzu, opakovacími frekvencemi a rychlostmi skenování. Kalibrace měřicího systému byla provedena za účelem získání teplot z měřeného signálu. Kalibrace nebyla jednoduchá kvůli velmi malé laserové stopě (25 μm), malému signálu a změně velikosti vyhřívané oblasti pro nízké rychlosti skenování. Získaná teplota akumulace tepla se pohybovala od 300°C do 2600°C pro rychlosti skenování od 8 m/s do 0,07 m/s a pulzní energie od 0,1 µJ do 100 µJ. Podle obrázků ze skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) byl materiál již částečně roztaven (malé kapičky na hranicích) pro nízkou rychlost skenování. Drsnost povrchu a účinnost ablace byly stanoveny pomocí 3D konfokálního laserového mikroskopu. Byla nalezena dobrá korelace mezi drsností a teplotou akumulace tepla, což potvrdilo platnost kalibrace. Naměřená teplota akumulace tepla byla překvapivě nejvyšší pro nejúčinnější ablační parametry a současně byla dosažena nízká drsnost povrchu.Item The effect of refractory wall emissivity on the energy efficiency of a gas-fired steam cracking pilot unit(MDPI, 2021) Vangaever, Stijn; Van Thielen, Joost; Hood, Jeremy; Olver, John; Honnerová, Petra; Heynderickx, Geraldine J.; Van Geem, Kevin M.Účinek vysoceemisivních povlaků na radiační přenos tepla v parních krakovacích pecích není zdaleka znám. Chybí experimentální data popisující emisivní vlastnosti materiálů, které se používají v parních krakovacích pecích. Z tohoto důvodu se provádí měření spektrální normálové emisivity na zvýšených teplotách, přičemž se hodnotí emisivní vlastnosti žáruvzdorných šamotových cihel před a po depozici vysoceemisivního povlaku. Po nanesení povlaku s vysokou emisivitou na základní šamotový materiál se výrazně zvýší jeho emisivita. Provedené experimenty s parní krakovací jednotkou ukazují 5% snížení rychlosti spalování topného plynu po nanesení vysoceemisivního povlaku na žáruvzdorný materiál krakovací komory. Parametrické studie zabývající se účinkem emisivních vlastností reaktorové cívky a stěny pece na radiační přenos tepla ve spalovací komoře potvrzují, že pro přesné modelování chování povlaků s vysokou emisivitou je vyžadován jiný model než model šedého plynu. Přestože model šedého plynu postačuje k zachycení chování chladiče reaktorové cívky, je nezbytný jiný, nešedý model, který zobecňuje absorpci a opětovné vyzařování plynu ve spcifických spektrálních pásmech, aby mohl přesně zachytit výhody využití vysoceemisivního povlaku na stěně pece.Item Metrics of perineal support (MOPS) study(BioMed Central, 2020) Kališ, Vladimír; Rušavý, Zdeněk; Havelková, Linda; Zítka, Tomáš; Tolar, David; Ismail, Khaled M.Item Application of flash-pulse thermography methods for quantitative thickness inspection of coatings made by different thermal spraying technologies(Elsevier, 2021) Muzika, Lukáš; Švantner, Michal; Houdková Šimůnková, Šárka; Šulcová, PetraFlash-pulzní termografie je metoda pro nedestruktivní testování materiálů založená na tepelné excitaci a sledování termografickou kamerou. V článku jsou řešeny možnosti kvantitativního vyhodnocení tloušťky povlaků pomocí flashpulzní termografie. Jsou porovnány různé metody vyhodnocení a je provedeno experimentální a numerické ověření. Testy jsou provedeny na povlacích žárových nástřiků Fe-Cr, Sn-Sb-Cu a WC-CoCr. Jsou prezentovány výsledky analýz citlivosti metody power-function a je ukázáno, že může být dosaženo citlivosti cca. 10 um pro povlaky v rozmezí tlouštěk od 74 do 1240 um.Item Active IR Thermography Evaluation of Coating Thickness by Determining Apparent Thermal Effusivity(MDPI, 2020) Moskovchenko, Alexey; Vavilov, V. P.; Švantner, Michal; Muzika, Lukáš; Houdková Šimůnková, ŠárkaItem Detecting Delaminations in Semitransparent Glass Fiber Composite by Using Pulsed Infrared Thermography(Springer, 2020) Moskovchenko, Alexey; Vavilov, V. P.; Bernegger, Raphael; Maierhofer, Christiane; Chulkov, Arsenii O.Item Thermal behaviour of vitreous ceramic coatings obtained by electrophoretic deposition(Elsevier, 2020) Pérez, Rosalina; Querejeta, Amaia L.; Corres, María Ángeles; Muñoz, Josemari Maria; Grande, Hans Jürgen; Honnerová, PetraV této studii jsou představeny tři různé sklovité keramické povlaky, jejichž účelem je zlepšení přenosu radiačního tepla a tím zvýšení tepelné účinnosti topných těles nebo pecí pracujících při vysokých teplotách. Sklovité keramické povlaky byly vyrobeny pomocí elektroforetické depozice (EPD) keramických suspenzí. Tyto keramické formule byly navrženy na základě složek, které zvyšují emisivitu, jako je Si02 a černé barvivo (na bázi oxidů chrómu, mědi a železa), přidáno 25 hmot. % . Hodnoty emisivity těchto povlaků se pohybovaly kolem 0,89 při pokojové teplotě a kolem 0,82 při 550°C ve středním infračerveném (MIR) spektrálním rozsahu, s malými rozdíly mezi nimi. Přídání složek SiO2 a černého barviva poskytuje důležitý ochranný účinek na tepelnou stabilitu povlaků, jak bylo prokázáno dlouhodobou stabilitou pohltivosti, vyšší než 85% v blízkém infračerveném (NIR) spektrálním rozsahu. Tyto výsledky byly rovněž podpořeny mikrostrukturální charakterizací, testem přilnavosti substrátových povlaků a testy tepelné stability.Item Measurement of core temperature through semi-transparent polyamide 6 using scanner-integrated pyrometer in laser welding(Elsevier, 2020) Schmailzl, Anton; Käsbauer, Johannes; Martan, Jiří; Honnerová, Petra; Schäfer, Felix; Fichtl, Maximilan; Lehrer, Tobias; Tesař, Jiří; Honner, Milan; Hierl, StefanPredikce vnitřní teploty během svařování je ambiciózním cílem mnoha výzkumných prací. V této práci je charakterizován a používán 3D-skener s integrovaným pyrometrem, který se používá k měření teploty během kvazi-simultánního laserového svařování polyamidu 6. V důsledku svařování v překrývající se konfiguraci však tepelné záření emitované ze spojované zóny laserového propustného svaru musí procházet horním polymerem, který je sám polopropustným zářičem. Proto se spektrální filtrace tepelného záření v horním polymeru bere v úvahu kalibrováním pyrometru pro měřicí úlohu. Simulace tepelných procesů jsou prováděny pro porovnání teplotního pole s naměřeným teplotním signálem. Absorpční koeficienty polymerů se měří, aby se z výpočtu získaly přesné výsledky. Teplotní signály během svařování jsou v dobré shodě s vypočtenou střední teplotou uvnitř detekčního místa, umístěnou v oblasti spojování. To platí také pro měnící se výkon laseru, průměr laserového paprsku a obsah sazí ve spodním polymeru. Vypočtená průměrná teplota i teplotní signál představují teplotu na rozhranní. Za účelem vyhodnocení prostorové citlivosti měřicího systému se vypočte vyzařované tepelné záření z obou polymerů na základě vypočteného teplotního pole. Tím se zjistilo, že více než 90 procent detekovaného tepelného záření pochází ze spojované oblasti, což je rozhodující informace pro úkoly bezkontaktního měření teploty na polopropustných polymerech.Item Performance and Accuracy of the Shifted Laser Surface Texturing Method(MDPI, 2020) Martan, Jiří; Moskal, Denys; Smeták, Ladislav; Honner, MilanMetoda posuvného laserového texturování povrchu (sLST) byla vyvinuta pro zlepšení produkční rychlosti funkčních textur a k jejich průmyslové využitelnosti. Tento článek porovnává metodu sLST s klasickými metodami na praktickém příkladu strukturování se zaměřením na dosažení nejvyšší rychlosti zpracování. Přesnost textury je hodnocena měřením velikosti a kruhovitosti spotu (s použitím LabIR barvy) a měřením hloubkového profilu pomocí kontaktního profilometru. Byly vypočteny zvýšená teplota tepelné akumulace a účinnost využití laseru. Klasické metody (vyplňování po křivkách a šrafování) fungovaly dobře (odchylka ≤ 5 %) až do určité skenovací rychlosti (0,15 a 0,7 m/s). Pro metodu sLST nebyl nalezen žádný limit způsobený skenovací rychlostí do maxima systému (8 m/s). Tvary hloubkového profilu vykazovaly pro všechny metody podobné odchylky (6 % až 10 %). Metoda sLST v dávkové variantě dosáhla nejvyšší rychlosti zpracování (11x rychlejší, 146 mm2/min). Metoda sLST ve variantě vyplňování po křivkách dosáhla nejvyšší účinnosti zpracování na potřebný výkon laseru (64 mm2/(min·W)), nejnižší zvýšení teploty akumulace tepla (3 K) a nejvyšší účinnost využití laseru (99 %). Byly popsány výhody kombinace posuvné metody s GHz dávkovým obráběním a s použitím mnoha laserových stop.Item Comparing the efficiency of defect depth characterization algorithms in the inspection of CFRP by using one-sided pulsed thermal NDT(Elsevier, 2020) Moskovchenko, Alexey; Vavilov, V. P.; Chulkov, Arsenii O.V článku je komparativně analyzováno použití osmi algoritmů pro vyhodnocení hloubky defektu v CFRP kompozitním materiálu při použití pulzní-fázové termografie. Analyticky a experimentálně jsou porovnávány algoritmy PPT, TSR, EO, ATI, TQ, NLF a NN. Je hodnocena relativní chyba stanovení hloubky defektu. Je ukázáno, že využití Fourierovy transformace je jednoduchá a robustní technika. Metoda TSR poskytuje nejvyšší kontrast defektů (SNR). Použití metody ATI umožnilo stanovení hloubky až do 1.5 mm, tato metoda je však velmi citlivá na nerovnoměrný ohřev při buzení. Metody EO a TQ přinesly horší výsledky kvůli vyššímu šumu měřeného signálu. NLF je běžná metoda pro souběžnou analýzu více parametrů, je však časově náročná a její použití pro obrazy v plném rozlišení je problematické. Nejlepší výsledky v celém rozsahu hloubek přinesla metoda NN, která je také slibným nástrojem pro automatickou detekci skrytých defektů.Item Experimental investigation of time-power transformation method for flash-pulse thermographic testing(Optical Society of America, 2020) Muzika, Lukáš; Švantner, Michal; Moskal, Denysčlánek se zabývá flash-pulzní termografií - metody pro termografické testování. Je popsán experimentální výzkum metody "time power transformation" pro vyhodnocení výsledků flash-pulzní termografie. Je popsán proces měření a vyhodnocení, na příkladech jsou provedeny vyhodnocení různými metodami a je ukázáno porovnání výsledků. Na příkladech jsou prezentovány výhody metody time power transformation.Item Quantitative inspection of coating thickness by flash-pulse thermography and time-power transformation evaluation(Optical Society of America, 2020) Švantner, Michal; Muzika, Lukáš; Houdková Šimůnková, ŠárkaTermografické testování lze využít pro inspekci lokálních změn tloušťky povlaků. Tato měření většinou nepřináší kvantitativní informaci o tloušťce povlaku. Článek je zaměřen na možnosti kvantitativního vyhodnocení tloušťky povlaku pomocí flash-pulzní metody termografického testování. Je prezentován postup měření a vyhodnocení na povlacích vytvořených technologií žárového nástřiku. Je demonstrováno zjištění důležitosti přesné synchronizace budicího zdroje a termografického záznamu. Je testována efektivita různých metod vyhodnocení (derivace signálu, fázová transformace, mocninná transformace)a je ukázáno, že metoda mocninné transformace přináší nejlepší výsledky z metod testovaných v tomto příspěvku.Item Continuous walking-beam furnace 3D zonal model and direct thermal-box barrier based temperature measurement(Elsevier, 2020) Švantner, Michal; Študent, Josef; Veselý, ZdeněkČlánek popisuje metodu a implementaci 3D zonálního modelu pro výpočet tepelného procesu ohřevu vsázky v průmyslové krokové peci. Je prezentováno přímě měření teplot vsázky při průchodu pecí pomocí tepelné box-bariéry. Jsou porovnány experimentální výsledky s numerickým modeleItem The Role of Laser Texturing in Improving the Adhesion of PlasmaSprayed Tungsten Coatings(Springer, 2019) Matějíček, Jiří; Vilémová, Monika; Moskal, Denys; Mušálek, Radek; Krofta, Jan; Janata, Marek; Kutílek, Zdeněk; Klečka, Jakub; Heuer, Simon; Martan, Jiří; Nardozza, Emanuele; Houdková Šimůnková, Šárka; Dorow-Gerspach, DanielPlasma sprayed W-based coatings have thepotential application as joining interlayers for the plasma-facing components of future fusion reactors. Particularly inthe form of tungsten-steel functionally graded materials(FGMs), they would reduce the stress concentrationbetween the W-based plasma-facing armor and steel-basedconstruction. For mechanical integrity, good adhesion isessential. For this, conventional grit blasting treatment ofthe substrate may not be sufficient. Therefore, alternativetreatments capable of reaching significantly higher rough-ness without damaging the substrate are sought. In thisstudy, the effects of laser texturing on the adhesion ofplasma sprayed W and W-steel FGMs on W and steelsubstrates are investigated. A variety of surface profileswere achieved by controlled laser ablation in several typesof patterns. Their geometric features were systematicallyvaried and measured, and the extent of their filling by thecoating material was evaluated. On the most promisingpatterns, coating adhesion tests were performed in shearloading mode and the best performing patterns wereidentified. Significant improvement over grit-blasted sur-face was obtained on patterned surfaces with a higheffective contact area, promoting mechanical interlocking.On steel substrates, generally higher adhesion wasobserved, surpassing already the coating cohesive strength; this is attributed to a combination of mechanical inter-locking and metallurgical bonding.Item Quantitative inspection of coatings thickness by time-power transformation flash pulse thermographic method(MDPI, 2019) Švantner, Michal; Muzika, Lukáš; Houdková Šimůnková, ŠárkaČlánek popisuje TPT (Time-Power Transformation) metodu flash-pulzní infračervené termografie. Zabývá se možností jejího využití pro kvantitativní hodnocení tloušťky povlaků žárových nástřiků. Jsou ukázány zásadní předpoklady použití metody - synchronizace a přesnost aproximace. Na příkladu jsou porovnány výsledky vyhodnocení pomocí TPT metody, měřeného signálu, derivace signálu a FFT vyhodnocení. Je ukázáno, že TPT metoda je z uvedených metod nejvhodnější pro kvantitativní hodnocení tloušťky povlaků.Item Shifted Laser Surface Texturing (sLST) in Burst Regime(Japan Laser Processing Society, 2019) Moskal, Denys; Martan, Jiří; Kučera, MartinVysoká rychlost laserového skenování a vysoká přesnost jsou dva opačné parametry pro efektivní texturování povrchu laserem (LST). Použití sekvence laserových pulzů (nazývaných burst) pomáhá zvýšit efektivitu zpracování a rychlost, ale přesné řízení přicházejících laserových pulsů se stává obtížným úkolem pro mikro-texturování. V této práci je prezentováno jedno možné řešení tohoto dilematu: skenovací strategie zvaná posuvné laserové povrchové texturovaní (sLST) v režimu burst. Tato burst sLST představuje alternativní metodu, kdy setrvačnost skenovacích zrcadel se stává užitečným faktorem při vyšších rychlostech. Diskutovány jsou fyzikální principy interakce laserového pulzu s povrchem materiálu a výsledné podpovrchové teplotní pole. Akumulace tepla byla vypočtena ze semiplanárního modelu distribuce teploty z laserových stop v linii burstu. Zbytková podpovrchová teplota a tlak se v případě minimální výstupní drsnosti laserem zpracovaného povrchu nazývá pozitivní akumulace tepla. Experimentální aplikace burst sLST byla provedena pomocí pikosekundového laseru s galvanometrickým skenovacím systémem. Výsledky byly vyhodnoceny nově vyvinutou tvarovou analýzou objektů detekovaných na kontrastních obrazech laserem zpracovaných povrchů z nerezové oceli natřených barvou s vysokou emisivitou. Odchylka v přesnosti sLST byla stanovena z větších a menších průměrů detekovaných mikroobjektů na povrchu s povlakem LabIR. Drsnost hloubkové struktury u mikrokobjektů byla měřena profilometrem povrchu a porovnána s cílovým profilem a rozložením pozitivní tepelné akumulace. Metoda sLST v režimu burst umožňuje významné zvýšení rychlosti zpracování při zachování dobré přesnosti vyráběné textury.Item Influence of hardmetal feedstock powder on the sliding wear and impact resistance of High Velocity Air-Fuel (HVAF) sprayed coatings(Elsevier, 2019) Lyphout, Christophe; Bolelli, Giovanni; Karhanová, Eva; Sato, Kazuto; Yamada, Junya; Houdková Šimůnková, Šárka; Lusvarghi, Luca; Manfredini, TizianoPráce je objasňuje, jak charakter WC-CoCr prášku, zejména velikost WC a matrice a pevnost jejich vzájemné vazby ovlivňuje kluzné třecí vlastnosti a odolnost proti cyklickému impaktnímu zatěžování povlaků deponovaných pomocí HVAF technologie.Item Laser surface texturing with shifted method—Functional surfaces at high speed(American Institute Physics, 2019) Martan, Jiří; Moskal, Denys; Kučera, MartinLaserové texturování povrchu je slibnou technologií pro budoucí široké použití funkčních povrchů se specifickými vlastnostmi, jako jsou hydrofobní, antibakteriální, adhezivní, samočisticí, antikorozní, absorbující světlo, nízké tření atd. Ve většině případů trvá od několika minut do jedné hodiny, než se vytvoří jeden čtvereční centimetr funkčního povrchu. Dokonce dostupnost vysoce výkonných ultrakrátkých pulzních laserů v posledních letech dramaticky nezvýšila produktivitu, protože existují fyzikální omezení současných metod zpracování: akumulace tepla a oxidace, efekt stínění plazmatem a přesnost při vysokých rychlostech. Pro vyřešení těchto omezení byla vyvinuta nová metoda zvaná metoda posuvného laserového texturování povrchu (sLST). Nová metoda má potenciál být alespoň 100krát produktivnější bez účinku hromadění tepla a prakticky neomezeného počtu tvarově složitých objektů vytvořených s vysokou přesností na povrchu. V této práci je popsán princip a výhody metody. Výsledky metody jsou porovnány se dvěma standardními metodami (vyplňování objektů a šrafování přes všechny objekty). Metoda sLST je prezentována jak ve variantě jednotlivých pulzů, tak ve variantě burst. Jsou ukázány příklady její aplikace na různých materiálech pro zvýšení adheze povrchových vrstev.
