Συγκριτική αξιολόγηση εναποθέσεων και ιδιοτήτων επιστρωμάτων κεραμικών και σύνθετων υλικών
Authors: Μουρλάς Αθανάσιος 
Published: December 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, αξιολογήθηκε η δυνατότητα εφαρμογής καινοτόμων τεχνικών με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, για τη δημιουργία σύνθετων επιφανειακών στρωμάτων μεγάλου πάχους, με υψηλή αντίσταση στη φθορά λόγω ολίσθησης. Συγκεκριμένα, εφαρμόσθηκε η τεχνολογία της Συγκεντρωμένης Ηλιακής Ενέργειας για να διερευνηθεί η αποτελεσματική δυνατότητα χρήσης της για το σχηματισμό επιφανειακών στρωμάτων με διασπορά καρβιδίων σε χαλύβδινη μήτρα. Για το σκοπό αυτό, κοινός ανθρακούχος χάλυβας κλάσεως St37-2 χρησιμοποιήθηκε ως μέταλλο βάσης (υλικό μοντέλο) συγκεκριμένης γεωμετρίας, στην επιφάνειά του συμπιέσθηκαν χειρωνακτικά κόνεις καρβιδίου του τιτανίου, καρβιδίου του βολφραμίου και καρβιδίου του χρωμίου του ιδίου όγκου και το σύστημα εκτέθηκε σε Συγκεντρωμένη Ηλιακή Ενέργεια στις εγκαταστάσεις της Plataforma Solar de Almeria (PSA), στην Ισπανία. Η προτεινόμενη αυτή θερμική κατεργασία στόχευε στη δημιουργία επιφανειακών στρωμάτων με δομή σύνθετου υλικού μεταλλικής μήτρας (χάλυβας) με ενίσχυση κεραμικών σωματιδίων (διασπορά σωματιδίων κόνεως/ καρβιδίων). Αρχικά, διερευνήθηκαν τα φυσικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα κατά τη διάρκεια της «ηλιακής κατεργασίας» και ελέγχουν τη δυνατότητα της κατ’ αρχήν εφαρμογής της, ανεξαρτήτως του είδους της κόνεως καρβιδίου που εναποτίθεται στην επιφάνεια, πριν από την έκθεση στην ακτινοβολία. Στη συνέχεια, έγινε εκτενής μελέτη της μικροδομής με χρήση οπτικής και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, καθώς και με περίθλαση ακτίνων Χ, ώστε να προσδιορισθεί η συμπεριφορά των τριών διαφορετικών καρβιδίων σε επαφή με το υλικό της μεταλλικής μήτρας υπό τις υψηλές θερμοκρασίες, που επιτυγχάνονται κατά την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας. Οι κύριοι μεταλλουργικοί μετασχηματισμοί, που προσδιορίσθηκαν ότι λαμβάνουν χώρα ανά περίπτωση, είναι και αυτοί που ελέγχουν αντίστοιχα το σχεδιασμό της επιτυχούς «ηλιακής κατεργασίας». Τα επιφανειακά κατεργασμένα στρώματα που προέκυψαν υπό τις βέλτιστες συνθήκες κατεργασίας, υποβλήθηκαν σε δοκιμές σκληρομέτρησης και μικροσκληρομέτρησης καθώς και σε δοκιμές τριβής ολίσθησης τύπου στυλίσκου-δίσκου. Οι τελευταίες πραγματοποιήθηκαν προκειμένου να αξιολογηθεί η απόδοση των παραγόμενων επιστρωμάτων υπό πραγματικές συνθήκες χρήσης, καθώς και να εκτιμηθεί η κατεργασιμότητά τους με συμβατικά κοπτικά εργαλεία. Τέλος, τα αποτελέσματα που αφορούν στα επιφανειακά στρώματα που δημιουργήθηκαν μετά από την έκθεση σε Συγκεντρωμένη Ηλιακή Ενέργεια, συγκρίθηκαν με αντίστοιχα εργαστηριακά ή/και βιβλιογραφικά στοιχεία, που αφορούν σε συμβατικές επιγομώσεις με τη χρήση τεχνικών συγκόλλησης βολταϊκού τόξου. Η σύγκριση μεταξύ των παραγόμενων επιγομώσεων με τις δύο αυτές τεχνικές επιλέχθηκε λόγω των θεμελιωδών ομοιοτήτων που αυτές παρουσιάζουν. Αποδείχθηκε ότι η Συγκεντρωμένη Ηλιακή Ενέργεια αποτελεί αξιόπιστη τεχνική για την κατεργασία μεγάλων επιφανειών μεταλλικών υλικών και τη δημιουργία επιφανειακών στρωμάτων χωρίς ελαττώματα μικροδομής (πόρους και ρωγμές), με πάχος της τάξης του 1 mm. Τα επιφανειακά αυτά στρώματα εμφανίζουν αντίσταση σε φθορά λόγω τριβής ολίσθησης, υψηλότερη κατά 1 έως 3 τάξεις μεγέθους της αντίστασης του μετάλλου βάσης, ενώ εμφανίζουν σχετική κατεργασιμότητα με τη χρήση συμβατικών κοπτικών εργαλείων.