Μελέτη επιφανειακών κραματώσεων σε χαλύβδινα υποστρώματα με συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια
Authors: Γκρινιάρη Άννα 
Published: September 2021

Στην παρούσα διατριβή μελετάται η δυνατότητα επιτυχούς χρήσης της Συγκεντρωμένης Ηλιακής Ενέργειας (ΣΗΕ) στην επιφανειακή κατεργασία σιδηρούχων κραμάτων, κυρίως χαλύβων. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, μελετήθηκε η τήξη προαποτιθέμενων κόνεων σε υποστρώματα χάλυβα με στόχο τη δημιουργία κραμάτωσης με ποιοτικά μορφολογικά χαρακτηριστικά της μικροδομής, καλή συνάφεια με το υπόστρωμα, αλλά και αξιόλογη τριβολογική συμπεριφορά και αντίσταση στη φθορά.Επίσης, η συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιήθηκε και στη μετα-κατεργασία ανάτηξης υφιστάμενων επιστρώσεων, οι οποίες είχαν δημιουργηθεί με άλλες τεχνικές, προκειμένου οι επιστρώσεις αυτές να βελτιωθούν ως προς τα κύρια χαρακτηριστικά τους : πρόσφυση, μορφολογία, μικροσκληρότητα, χημική σύσταση, καθώς και τριβή/αντοχή στη φθορά. Όσον αφορά στα υλικά που επιλέχθηκαν ως υποστρώματα, αλλά και τα διαφορετικά είδη των κόνεων που επιλέχθηκαν για τη δημιουργία των επιστρώσεων, πρόκειται για υλικά και συνδυασμούς αυτών με ευρύτατες εφαρμογές σε πολλούς διαφορετικούς τομείς της σύγχρονης βιομηχανίας. Συγκεριμένα, μελετήθηκε η τήξη κάθε μίας από τις σκόνες : Κεραμική SiC,Mεταλλική Μο και Κεραμομεταλλική WC-17%Co σε κάθε ένα από τα χαλύβδινα υποστρώματα : Aνοξείδωτου χάλυβα SS304L, Κατaσκευαστικού St52.3 και Kατασκευαστικού Ck60 Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, η ηλιακή κατεργασία κατέληξε σε : μεγάλου βάθους ζώνες κραμάτωσης σε εξαιρετική συνάφεια με το υπόστρωμα, διαλυτοποίηση των προαποτιθέμενων κόνεων ή των υφιστάμενων επιστρώσεων και διαμόρφωση ομοιόμορφων δομών, χωρίς ρωγμές, ή αξιόλογο πορώδες ή / και άλλες ασυνέχειες. Η μικροσκληρότητα σε όλες τις περιπτώσεις αυξήθηκε κατ’ ελάχιστο 100%, η αντοχή στην τριβή και τη φθορά είναι σε όλες τις περιπτώσεις αναβαθμισμένη και ενισχυμένη. Η διάσταση της διατομής της δέσμης ενέργειας που παράγουν τα ηλιακά συστήματα συγκέντρωσης είναι πολύ μεγαλύτερη σε σχέση με τις διαστάσεις των υπό κατεργασία δοκιμίων, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα να θεωρηθεί, με μεγάλη ακρίβεια ότι το θερμικό φορτίο με το οποίο πραγματοποιείται η κατεργασία, είναι σταθερό και εφαρμόζεται προς μία μόνο διάσταση. Αυτό καθιστά την ηλιακή κατεργασία ελέγξιμη, για στοιχειωδώς σταθερές καιρικές συνθήκες, επαναλήψιμη και τελικά βελτιστοποιήσιμη. Eπιπλέον, τα αποτελέσματα της αριθμητικής μοντελοποίησης με το λογισμικό COMSOL Multiphysics 5.0 πιστοποίησαν τα προαναφερθέντα αποτελέσματα. Το μοντέλο αυτό αποτελεί μία σημαντική βάση για το σχεδιασμό προσομοιωμένων βέλτιστων ηλιακών κατεργασιών για οποιοδήποτε συνδυασμό υλικών και γεωμετρίας. Όσον αφορά στην καινοτομία που εισάγεται με την ολοκλήρωση της διατριβής, αυτή είναι αυταπόδεικτη δεδομένου ότι η εφαρμογή της Σ.Η.Ε. ως πηγή υψηλής πυκνότητας ενέργειας για την εκπόνηση των πειραμάτων της παρούσας θέσης, είναι μοναδική και πρωτοπόρα στο πεδίο της δημιουργίας κραματώσεων σε χάλυβες, ειδικότερα για τους συγκεκριμένους συνδυασμούς υλικών. Επιπλέον, όλα τα διαφορετικά επίπεδα και είδη εξέτασης και δοκιμών των λαμβανομένων κραματώσεων, σε συνδυασμό με την τεκμηρίωση και πιστοποίησή τους μέσω της προσομοίωσης της ηλιακής κατεργασίας με την ανάπτυξη αριθμητικού εξειδικευμένου θερμικού μοντέλου, δεν έχει αναφερθεί στο παρελθόν.