ΤΡΙΒΟΛΟΓΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΚΡΑΜΑΤΩΝ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΤΡΙΒΟΛΟΓΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΚΡΑΜΑΤΩΝ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ. Ι. Παντελής, Α. Γκρινιάρη, Σ. Χιονόπουλος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ) Τµήµα Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών, Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, 157 73 Ζωγράφος, Αθήνα e-mail:pantelis@central.ntua.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία, εξετάζεται η τριβολογική συµπεριφορά επιφανειακών κραµάτων που δηµιουργήθηκαν µε τήξη προ-αποτιθέµενων, κεραµο-µεταλλικής (WC+17%Co) και µεταλλικής (βάσης Μολυβδαινίου), κόνεων σε χάλυβα St52.3, µε χρήση ηλιακής ενέργειας. Τα πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν στον ηλιακό φούρνο των εγκαταστάσεων της Plataforma Solar de Almeria, στην Αλµερία της Ν. Ισπανίας. ιερευνήθηκε η επίδραση της διακύµανσης των παραµέτρων της κατεργασίας µε ήλιο (πυκνότητα ηλιακής ενέργειας, χρόνος και τρόπος θέρµανσης, θερµοκρασία) και τελικά καθορίστηκε, και παρουσιάζεται ο βέλτιστος συνδυασµός παραµέτρων για κάθε µία από τις σκόνες, ο οποίος οδηγεί, µε επαναληψιµότητα, σε δηµιουργία ικανοποιητικής ποιότητας επιφανειακών κραµάτων χωρίς πόρους ή ρωγµές και ιδιαίτερα ικανοποιητικής συνάφειας µε το υπόστρωµα. Στις κατεργασµένες επιφάνειες, αφού αυτές εξετάσθηκαν µεταλλογραφικά µε οπτική και ηλεκτρονική µικροσκοπία, και µετρήθηκε η σκληρότητα τους, πραγµατοποιήθηκαν δοκιµές τριβής (τύπου ball-on-disc), προκειµένου να προσδιορισθεί ο συντελεστής τριβής και η φθορά τους. Η βελτίωση της τριβολογικής συµπεριφοράς των επιφανειακών κραµάτων σε σχέση µε το υπόστρωµα είναι ιδιαίτερα σηµαντική, µε µείωση του συντελεστή τριβής κατά 35% για τη σκόνη cermet και 4% για την περίπτωση του µολυβδαινίου, ενώ η φθορά (σε µονάδες απώλειας µάζας υλικού της επίστρωσης) µειώθηκε κατά πέντε (5) και έξι (6) φορές, αντίστοιχα. Τα αποτελέσµατα αυτά συγκρίθηκαν µε αντίστοιχα επιφανειακών κατεργασιών, των ίδιων υλικών, µε Aτµοσφαιρικό Ψεκασµό Πλάσµατος και Ψεκασµό Σωµατιδίων µε Ταυτόχρονη Ακτινοβολία Laser CO 2 µεγάλης ισχύος. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κατασκευή µηχανών ή/και εξαρτηµάτων τους, πρέπει να πληρεί υψηλές προδιαγραφές προκειµένου να µπορούν να λειτουργούν σε συνεχώς δυσκολότερες συνθήκες, και, ειδικά, να αντέχουν σε µεγάλες επιφανειακές καταπονήσεις, δεδοµένου ότι η επιφάνεια είναι το τµήµα εκείνο όπου, συχνά αναπτύσσονται και εκδηλώνονται αστοχίες. Φαινόµενα όπως η φθορά και η εκτριβή, που αναπτύσσονται στην επιφάνεια τµηµάτων µηχανών που βρίσκονται σε επαφή κατά τη σχετική κίνησή τους, οδηγούν σε ελάττωση του χρόνου ζωής τους, µείωση της απόδοσης, σπατάλη ενέργειας και κατ επέκταση αύξηση του κόστους λειτουργίας, ενώ επιπλέον, επιβάλλουν συνθήκες µη ασφαλούς λειτουργίας. Η χρήση λιπαντικών είναι ο µόνος τρόπος να περιοριστεί η ένταση των τριβολογικών αυτών φαινοµένων. Σε αρκετές όµως περιπτώσεις, όπως σε βιοµηχανίες τροφίµων ή σε συνθήκες λειτουργίας υψηλών θερµοκρασιών, κενού (τεχνολογία του διαστήµατος) και γενικότερα έντονα διαβρωτικού περιβάλλοντος (πχ λειτουργία αεροτουρµπίνων), η χρήση λιπαντικών είναι αδύνατη, ενώ, από την άλλη, τα τελευταία χρόνια για περιβαλλοντικούς λόγους επιδιώκεται ο περιορισµό τους. Οι σύγχρονες, συµβατικές και µη, τεχνικές επιφανειακών κατεργασιών που έχουν αναπτυχθεί στοχεύουν στη δηµιουργία επιφανειακών επιστρώσεων χαµηλού συντελεστή τριβής (<.4) και γενικά, υψηλών προδιαγραφών, µε απώτερο στόχο την αύξηση της αντοχής

των υλικών σε κόπωση - φθορά - διάβρωση. Τα κύρια συστατικά των προς επίστρωση υλικών είναι κυρίως µεταλλικής και κεραµο-µεταλλικής φύσης, η χρησιµοποίηση δε συγκεκριµένων από αυτά (µολυβδαίνιο, καρβίδια διαφόρων µετάλλων) επαναλαµβάνεται συστηµατικά στη σχετική βιβλιογραφία [1-2]. Η χρήση συγκεντρωµένης ηλιακής ενέργειας είναι µία από τις νέες και πολλά υποσχόµενες τεχνικές, που, ως «καθαρή», ανανεώσιµη και πολυχρωµατική πηγή ενέργειας, έχει εισβάλλει δυναµικά στο γενικότερο χώρο των επιφανειακών κατεργασιών [3], µε πολύ καλά αποτελέσµατα και προοπτικές, ειδικά, στη δηµιουργία επιστρώσεων [4-7], αλλά µε µόνιµο όσο και σηµαντικό µειονέκτηµα την αδυναµία χρήσης της σε συνεχή παραγωγή. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η τριβολογική συµπεριφορά επιφανειών δοκιµίων χάλυβα St52.3 κραµατωµένων µε προαποτιθέµενες σκόνες τύπου cermet (WC+17%Co) και βάσης µολυβδαινίου, µέσω τήξης µε συγκεντρωµένη ηλιακή ενέργεια. Τα ληφθέντα αποτελέσµατα συγκρίνονται µε τα αντίστοιχα του ακατέργαστου υποστρώµατος και για τη cermet σκόνη, µε αυτά επιστρώσεων δηµιουργούµενων µε δύο άλλες τεχνικές: τον Ατµοσφαιρικό Ψεκασµό πλάσµατος (Atmospheric Plasma Spraying, APS) και τον Ψεκασµό Σωµατιδίων µε Ταυτόχρονη Ακτινοβολία Laser CO 2 µεγάλης ισχύος (Laser Particle Injection) [8]. 2. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ 2.1 Υλικά Τo υλικό που χρησιµοποιήθηκε ως υπόστρωµα είναι φερριτοπερλιτικός χάλυβας St52.3 µε σύσταση : [C] <.2, [Si]<.55 και [Mn]<1.6, σε µορφή κυλινδρικών ( 55mm και ύψους 35mm) και παρελληλεπίδεων (5x5x5mm 3 ) δοκιµίων. Οι σκόνες που χρησιµοποιήθηκαν είναι κεραµοµεταλλική (cermet) σκόνη µίγµατος καρβιδίου του βολφραµίου και κοβάλτιο σε ποσοστό 17% (WC+17%Co), κοκκοµετρίας 45+6µm και σκόνη βάσης µολυβδαινίου, µε σύσταση 75% σε µολυβδαίνιο και 25% µίγµα Ni, Cr, B, Si και Fe και κοκκοµετρία 95+145µm. 2.2 Κατεργασία µε ήλιο Τα πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν στον ηλιακό φούρνο των εγκαταστάσεων της Plataforma Solar de Almeria (PSA). Τα δοκίµια του χάλυβα, µε τη σκόνη στην επιφάνεια τους, σε προ-απόθεση σε σχήµα κύκλου, διαµέτρου 25mm και σε πάχος 2mm, τοποθετούνται σε ειδική κεραµική υποδοχή, στο κέντρο θαλάµου από κρύσταλλο χαλαζία, όπου επικρατούν µη οξειδωτικές συνθήκες µε ροή Ar σε πίεση 2bar. Τα δοκίµια συνδέονται, µε ζεύγος θερµοστοιχείων τύπου Κ, το οποίο είναι µε τη σειρά του συνδεµένο µε υπολογιστή µε κατάλληλο λογισµικό, που καταγράφει την ένδειξη θερµοκρασίας των θερµοστοιχείων, κάθε 4ms. Η δέσµη της ηλιακής ακτινοβολίας, µετά από διαδοχικές συγκεντρώσεις και αντανακλάσεις στα ειδικά διπλής όψης κάτοπτρα, και µε ελεγχόµενη ροή µέσω συστήµατος περσίδων, καταλήγει στο δοκίµιο σε διάµετρο 23cm. Η κατανοµή της ενέργειας στα όρια της διατοµής είναι γκαουσιανής µορφής, µε µέγιστη τιµή της τάξης των 3kW/m 2, ενώ η θερµοκρασία και ο χρόνος είναι οι δύο µεταβλητές παράµετροι της κατεργασίας. 2.3 οκιµές Τριβής - Φθοράς Οι δοκιµές τριβής-φθοράς πραγµατοποιήθηκαν µε χρήση συσκευής τύπου ball on disc. Η σφαίρα στη συγκεκριµένη περίπτωση αποτελούσε το ανταγωνιστικό υλικό και ήταν από αλούµινα, σκληρότητας 19HV και διαµέτρου 8mm, ενώ στη θέση του δίσκου ήταν το κατεργασµένο δοκίµιο. Το φορτίο που εφαρµόστηκε σε όλες τις µετρήσεις ήταν 1Ν και η ταχύτητα περιστροφής 2rpm, ενώ τα πειράµατα πραγµατοποιήθηκαν σε ατµοσφαιρικές συνθήκες (25 ο C,1atm,5%RH), χωρίς χρήση κάποιου λιπαντικού.

Κατά τη διάρκεια της µέτρησης και ανά 1 στροφές, καταγραφόταν η τιµή του συντελεστή τριβής, µε χρήση ειδικού λογισµικού εγκατεστηµένου σε υπολογιστή, που ήταν on-line συνδεµένος µε το σύστηµα. Η συνολική διάρκεια της µέτρησης ήταν 5h (6rev), ενώ κάθε 1h (12rev) διακοπτόταν η διαδικασία, για να µετρηθεί το βάρος τόσο του δείγµατος, όσο και του ανταγωνιστικού υλικού, ώστε, να προσδιορισθεί η φθορά του συστήµατος. 2.4 Χαρακτηρισµός κραµατωµένων επιφανειών Χρησιµοποιήθηκε οπτικό µικροσκόπιο τύπου LEICA DMILM και στερεοσκόπιο τύπου LEICA ΜΖ6, καθώς επίσης και ηλεκτρονικό µικροσκόπιο (SEM-EDS) τύπου JEOL 56. Οι σκληροµετρήσεις έγιναν µε τη µέθοδο Vickers και βάρος.3ν µε µικροσκληρόµετρο τύπου SHIMADZU. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ 3.1 Μελέτη κραµατωµένης µε cermet επιφάνειας χάλυβα St52.3 Η περιοχή της κραµάτωσης της προαποτιθέµενης σκόνης cermet στην επιφάνεια του χάλυβα έχει λεία επιφάνεια (Σχήµα 1α) και πολύ καλή συνάφεια µε το υπόστρωµα. Η εξέταση της τοµής της περιοχής κραµάτωσης (Σχήµα 1β) αποκαλύπτει τη δηµιουργία οµοιόµορφης ζώνης κατεργασίας, χωρίς ρωγµές ή πόρους, ενώ επιβεβαιώνεται η πολύ καλή συνάφεια µε το υπόστρωµα. Με πολύ υψηλή τιµή ακτινοβολίας (94W/m 2 ) κατά τη διάρκεια της κατεργασίας και θερµοκρασία να κυµαίνεται µεταξύ 13 και 14 ο C, στην οποία, το δοκίµιο παρέµεινε για χρόνο 6min, το βάθος της κατεργασίας έφτασε -κατά µέσο όρο- τα 3µm. Ζώνη Κραµάτωσης 1µm 13mm Υπόστρωµα Ζώνη Κραµάτωσης. 2µm Υπόστρωµα (γ) Σχήµα 1 : Xάλυβας St52.3 µε επίστρωση cermet ) O.3N Μικροσκληρότητα (HV 7 6 5 4 3 2 1 Zώνη Κραµάτ.. 2 4 6 8 Βάθος (µm) (δ) α. Μακρογραφία της επιφάνειας µετά την κατεργασία β. Οπτική µικρογραφία τοµής ζώνης κραµάτωσης - υποστρώµατος γ. Οπτική µικρογραφία τοµής ζώνης κραµάτωσης - υποστρώµατος δ. Μικροσκληρότητα ως προς βάθος από την επιφάνεια κατεργασίας

Η γρήγορη ψύξη στη συνέχεια, οδήγησε σε µικροδοµή τυπική ταχείας αντίστοιχα στερεοποίησης, µε έντονη παρουσία δενδριτών (Σχήµα 1γ). Το προφίλ της µικροσκληρότητας ως προς το βάθος της ζώνης κατεργασίας είναι οµοιόµορφο, εµφανίζοντας µέση τιµή που δεν ξεπερνά τα 6HV.3N (Σχήµα 1δ). 3.2 Μελέτη κραµατωµένης µε σκόνη µολυβδαινίου επιφάνειας χάλυβα St52.3 Στην περίπτωση της κατεργασίας του ίδιου χάλυβα µε τη σκόνη βάσης µολυβδαινίου, η περιοχή της κραµάτωσης στην επιφάνεια του δοκιµίου, παρουσιάζει, µακροσκοπικά, µεγάλη οµοιογένεια χωρίς ρωγµές, µε πολύ µικρό ποσοστό επιφανειακού πορώδους (Σχήµα 2α) και ιδιαίτερα καλή συνάφεια µε το υπόστρωµα. Με τιµή ηλιακής ακτινοβολίας 7W/m 2 και θερµοκρασία 13 ο C και για χρόνο 6min, στη ζώνη κατεργασίας που ελήφθη, βάθους 2µm, σχηµατίζονται δύο υπό-ζώνες (Σχήµα 2β). Η ανώτερη έχει οµοιογενή -σε όλο το βάθος της- µορφολογία ταχείας στερεοποίησης, χονδρόκοκκης κυψελοειδούς µικροδοµής µε περιοχές δενδριτών, ενώ η µεταβολή -κατά βάθος- της χηµικής της σύστασης πιστοποιεί την επίτευξη κραµάτωσης, µε τη συγκέντρωση του µολυβδαινίου να µειώνεται από την επιφάνεια (2%κ.β.) προς το υπόστρωµα (1%κ.β.) και αντίστροφα του σιδήρου, να αυξάνεται (από 7 σε 85%κ.β.), όπως προέκυψε από την EDS ανάλυση. Η τιµή της σκληρότητα παραµένει σε όλο το βάθος της σταθερή στα 45HV.3N (Σχήµα 2δ). Η κατώτερη υπό-ζώνη, η οποία περιορίζεται σε πολύ µικρό βάθος στα όρια της διεπιφάνειας, έχει αντίστοιχη µικροδοµή, εξαιρετικά λεπτόκοκκη, µε αποτέλεσµα να εµφανίζει ελαφρώς υψηλότερη τιµή σκληρότητας 53HV.3N (Σχήµα 2δ). Η χηµική της σύσταση είναι η ακόλουθη : Fe 86,4%, Mo 9,13%, Ni 2,6% Mn 1,2%. Άνω υπο-ζωνη ε-φάση 7µm 7µm α-φάση (HV.3N) Mικροσκληρότητα 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 1 Άνω υπο-ζώνη Κάτω υπο-ζώνη 1cm 5µm 5 1 15 2 25 Βάθος (µm) (γ) (δ) Σχήµα 2 : Xάλυβας St52.3 µε επίστρωση βάσης µολυβδαινίου α. Μακρογραφία της επιφάνειας µετά την κατεργασία β. Οπτική µικρογραφία τοµής ζώνης κραµάτωσης - υποστρώµατος γ. SEM τοµής ζώνης κραµάτωσης δ. Μικροσκληρότητα ως προς βάθος από την επιφάνεια κατεργασίας

3.3 Τριβολογική συµπεριφορά 3.3.1 Συντελεστής τριβής Η κατεργασία µε σκόνη cermet οδήγησε στη δηµιουργία κραµατωµένης επιφάνειας, της οποίας ο συντελεστής τριβής παραµένει σχεδόν σταθερός στην τιµή του.47, σε όλη τη διάρκεια της τριβοµέτρησης δηλ. εµφανίζεται κατά 35% µειωµένος σε σχέση µε αυτόν του µη κατεργασµένου υποστρώµατος του χάλυβα (.7). Ακόµα χαµηλότερη δηλ..41 είναι η τιµή που λαµβάνουµε για τον συντελεστή τριβής στην περίπτωση της κατεργασίας µε τη σκόνη βάσης µολυβδαινίου, δηλαδή ποσοστό µείωσης, σε σχέση µε το ακατέργαστο υπόστρωµα, της τάξης του 4%. 3.3.2 Απώλεια µάζας Η αντοχή στη φθορά των κραµατωµένων επιφανειών κατά τη διάρκεια της τριβοµέτρησης είναι σηµαντικά αυξηµένη, σε σχέση µε αυτήν του µη κατεργασµένου υποστρώµατος και για τις δύο σκόνες. απώλεια µάζας (gr).6.5.4.3.2.1 Σκόνη Cermet Σκόνη Μο St52.3 1 2 3 4 Χρόνος (h) 5 απώλεια µάζας (gr).16.12.8.4 Σκόνη Cermet Σκόνη Μο St52.3 1 2 3 4 5 Χρόνος (h) Σχήµα 3 : Απώλεια µάζας δοκιµίου ανταγωνιστικού υλικού ως προς χρόνο τριβής Ειδικότερα, στην περίπτωση της κατεργασίας µε Cermet, η απώλεια της µάζας της επιφάνειας κραµάτωσης είναι πέντε (5) φορές µικρότερη σε σχέση µε αυτή από το µη κατεργασµένο δοκίµιο, για τον ίδιο χρόνο τριβοµέτρησης (Σχήµα 3α). Η φθορά του ανταγωνιστικού υλικού κατά τη δοκιµή τριβής του στην επίστρωση cermet είναι εξίσου χαµηλή (Σχήµα 3β), διατηρώντας από τη µία, χαµηλή την φθορά του όλου τριβοσυστήµατος, αλλά από την άλλη υποδηλώνοντας µικρή αντοχή, σε φθορά, του επιστρώµατος. Αυτό συµβαίνει γιατί λόγω του έντονου µηχανισµού της πρόσφυσης σηµαντική ποσότητα υλικού της επίστρωσης επικάθεται στην επιφάνεια της σφαίρας, µε αποτέλεσµα το βάρος που χάνει, να «εξισορροπείται» από το υλικό που προσκολλάται σε αυτήν Η αντοχή στη φθορά της επιστρωµένης µε σκόνη µολυβδαινίου επιφάνειας είναι επίσης σηµαντικά αυξηµένη σε σχέση µε το ακατέργαστο υπόστρωµα, µε την απώλεια της µάζας της επίστρωσης, κατά την τριβή της µε την σφαίρα της αλούµινας, να καταγράφεται έξι (6) φορές µικρότερη σε σχέση µε αυτής του υποστρώµατος (Σχήµα 3α). Η φθορά της σφαίρας της αλούµινας, σε αυτήν την περίπτωση είναι σηµαντικά αυξηµένη σε σχέση µε τις αντίστοιχες του χάλυβα και του cermet (Σχήµα 3β). 3.3.3 Μηχανισµοί Φθοράς εδοµένης της διαφοράς στις τιµές της σκληρότητας του ανταγωνιστικού υλικού (19HV) και αµφότερων των επιστρώσεων, η αποµάκρυνση υλικού κατά τη διαδικασία της τριβής από αυτές ήταν αναµενόµενη. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι, κατά την πρώτη ώρα (12rev) της

τριβοµέτρησης, η φθορά της επίστρωσης του µολυβδαινίου (Σχήµα 3α) -ως µαλακότερη (4HV.3N ) - είναι τρεις (3) φορές µεγαλύτερη από αυτή του cermet (6HV.3N ). Επίστρωση Cermet Eπίστρωση Moλυβδαινίου 1mm 1.5mm 17µm 17µm (γ) (δ) Σχήµατα 4 α-δ : Πίστες τριβής των κραµατωµένων επιφανειών Το γεγονός αυτό υποδηλώνει την έντονη δράση µηχανισµού µικροκοπής. Οι έντονες παράλληλες γραµµές που εµφανίζονται στις πίστες τριβής και στις δύο περιπτώσεις επίστρωσης, είναι ενδεικτικές της δράσης του µηχανισµού της µικροάρωσης (Σχήµατα 4α-δ). Οι δύο προαναφερθέντες µηχανισµοί συνιστούν τον µηχανισµό εκτριβής, ο οποίος είναι ο κυρίαρχος κατά την τριβή των δύο αυτών επιστρώσεων. Παράλληλα, λόγω εφαρµογής κυκλικών φορτίσεων έχουµε ανάπτυξη επαναλαµβανόµενων φορτίων, τα οποία προκαλούν συγκέντρωση τάσεων σε σηµεία επιφανειακών ανωµαλιών, µε δηµιουργώντας βαθµιαία ρωγµατώσεις, και τελικά έχουµε πάλι, αποµάκρυνση του υλικού, αλλά αυτή τη φορά λόγω δράσης µηχανισµού επιφανειακής κόπωσης. Το γεγονός ότι, η πειραµατική διαδικασία της τριβής πραγµατοποιείται σε ατµοσφαιρικές συνθήκες λαµβάνει χώρα σχηµατισµός οξειδίων στα πλαίσια τριβοχηµικών δράσεων. Τα παραγόµενα οξείδια, ως εύθραυστες ενώσεις, αποµακρύνονται µε τη µορφή αποβλίττων, κάτι που παρατηρήθηκε έντονα κατά την τριβοµέτρηση και των δύο ειδών επίστρωσης που εξετάζονται στην παρούσα εργασία. Κάποιο µέρος, τόσο των αποβλίττων, όσο και υλικού των επιστρώσεων που αποκόβεται µε τους προαναφερθέντες τρόπους, κολλά στην επιφάνεια της σφαίρας της αλούµινας και τελικά ενσωµατώνονται σε αυτή (περιοχές έντονου µαύρου χρώµατος, Σχήµα 5), µέσω του µηχανισµού της πρόσφυσης.

ΠΡΙΝ ΜΕΤΑ 1.5mm 2mm 1.5mm Σκόνη Cermet Σκόνη Μεταλλική Σχήµα 5: Επιφάνεια σφαίρας αλούµινας πριν και µετά τη δοκιµή τριβής των παραγόµενων µε ήλιο επιστρώσεων 3.4 Σύγκριση µε άλλες τεχνικές επιφανειακών επιστρώσεων Η σύγκριση της τριβολογικής συµπεριφοράς των επιστρώσεων που παρήχθησαν µε χρήση ηλιακής ενέργειας, µε εκείνες που δηµιουργήθηκαν µε laser και plasma (APS), για την ίδια κεραµο-µεταλλική επίστρωση (WC+Co) επάνω στο ίδιο υπόστρωµα (χάλυβας St52.3) και µε το ίδιο ανταγωνιστικό υλικό (σφαίρα αλούµινας), οδήγησε στα ακόλουθα συµπεράσµατα: απώλεια µάζας (gr).25.2.15.1.5 Ήλιος Laser APS 1 2 3 4 Χρόνος (h) 5 απώλεια µάζας (gr).3.25.2.15.1.5 Ήλιος Laser APS 1 2 3 4 5 Χρόνος (h) Σχήµα 6 : Σύγκριση απωλειών βάρους των δοκιµίου ανταγωνιστικού υλικού για τις τρεις διαφορετικές τεχνικές Την µικρότερη τιµή στο συντελεστή τριβής παρουσιάζει η επίστρωση που δηµιουργήθηκε µε Laser, ίση µε.15, έναντι.48 για την επίστρωση που παράχθηκε µε plasma και.47 αντίστοιχα, για τον ήλιο. Παρ όλη την πολύ µεγάλη διαφορά του συντελεστή τριβής στην περίπτωση του Laser από τις άλλες δύο τεχνικές, η φθορά της επίστρωσης είναι ίδια (Σχήµα 6α) µε αυτήν της επίστρωσης µε ήλιο, ενώ αµφότερες είναι τρεις φορές µικρότερες από την περίπτωση της κατεργασίας µε plasma. Όσον αφορά στη σφαίρα αλούµινας, αυτή φθείρεται ελάχιστα κατά την τριβή της στην επίστρωση µε ήλιο, και συγκεκριµένα πενήντα (5) φορές λιγότερο από την επίστρωση µε laser και έξι (6) φορές λιγότερο από την επίστρωση µε plasma (Σχήµα 6β).H επίστρωση µε laser, εξεταζόµενη µεµονωµένα φαίνεται να έχει την καλύτερη και από τις τρεις τεχνικές, τριβολογική συµπεριφορά (µικρότερο συντελεστή τριβής-µικρή φθορά επίστρωσης-µεγάλη φθορά ανταγωνιστικού υλικού), αλλά συγκρίνοντας ως προς τη συνολική συµπεριφορά του εξεταζόµενου τριβοσυστήµατος (επίστρωση-σφαίρα) η κατεργασία µε ήλιο υπερέχει.

4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η χρήση ηλιακής ενέργειας στη δηµιουργία κεραµο-µεταλλικών και µεταλλικών επιστρώσεων σε χάλυβα St52.3 δίνει κραµατωµένες επιφάνειες µε βελτιωµένες ιδιότητες. Συγκεκριµένα, για ίδιο πάχος προ-απόθεσης της σκόνης και συνθήκες ηλιακής κατεργασίας (χρόνος, θερµοκρασία), τόσο η σκόνη cermet (WC+17%Co), όσο και η µεταλλική, βάσης µολυβδαινίου, δίνουν ζώνες κραµάτωσης οµοιόµορφης µικροδοµικής µορφολογίας, χωρίς πόρους ή ρωγµές, µε καλή συνάφεια µε το υπόστρωµα. Η σκληρότητα είναι αυξηµένη (45HV.3N για το µολυβδαίνιο και 6ΗV.3N για τη σκόνη Cermet) -σε σχέση µε το υπόστρωµα (25HV.3N )- όσο και σταθερή, σε όλη την έκταση της κατεργασίας. Όσον αφορά στην τριβολογική συµπεριφορά των επιστρώσεων και των δύο σκονών, αυτή είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική δεδοµένου ότι, οι συντελεστές τριβής τους είναι σηµαντικά µειωµένοι, σε σχέση µε το υπόστρωµα, και συγκεκριµένα, κατά 35% για την cermet σκόνη και 4% για την µεταλλική, ενώ η αντοχή στη φθορά είναι αυξηµένη κατά πέντε (5) και έξι (6) φορές, αντίστοιχα. Η σύγκριση της τριβολογικής συµπεριφοράς της cermet επίτρωσης µε χρήση ηλιακής ενέργειας, µε αυτές επιστρώσεων που προήλθαν µε κατεργασίες Laser και Plasma δίνει επίσης, ικανοποιητικά αποτελέσµατα. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η πειραµατική εργασία της κατεργασίας µε ήλιο χρηµατοδοτήθηκε από την ΕΕ- D.G. XII στα πλαίσια του προγράµµατος Improving Human Potential ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. H. Michaud, D. Pantelis, M. Freitas, Wear behavior of laser surface hardface steels with tungsten carbide powder injection, Surface and Coatings Technology, Vol. 57, 1993, p. 123-131. 2. Ζhiqiang Liu, Meng Hua Wear transitions and mechanisms in lubricated sliding of a molybdenum coating Tribology International 32 (1999), 499-56 3. Y.Yang, A.A. Torrance, J. Rodriguez: The solar hardening of steels: Experiments and predictions Solar Energy and Solar Cells 4 (1996) 13-121 4. B.J. Fernandez, V. Lopez, A.J. Vazquez, D. Martinez : Clading of Ni superalloy powders on AISI 414 steel with concentrated solar energy, Solar Energy Materials and Solar Cells, 53 (1998) p. 153-161. 5..Ι.Παντελής, Α. Γκρινιάρη, Α. Χούνδρη, Χ. Σαράφογλου, Σ. Χιονόπουλος «Επιφανειακή κραµάτωση σκόνης SiC σε µεταλλικά υποστρώµατα µε χρήση ηλιακής ενέργειας», Πρακτικά 6 ου Συνεδρίου Ενέργειας του ΙΗΤ, Βόλος 5-6 Νοεµβρίου 1999 6. M.Franck, B.C. Oberlander, J.P.Cellis, J.R.Roos Surface modification of TiN hard coatings with concentrated solar energy Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol.31,1993, pp. 41-414 7. D.I. Pantelis, A. Griniari, A. Choundri : Surface alloying of ceramic powders on ferrous substrates using concentrated solar energy, Proceedings of Surface Modification Technologies 14 th International Conference, Paris 11-13 September 2, ed. T.S. Sudarshan and M.Jeandin, Publ. By The Institute of Materials, 2 pp.353-359 8. D.I. Pantelis, A. Choundri. H.Hontzopoulos G. Palli : «Wear behavior of cermet coatings on steel formed by three different surface treatment techniques» Proceedings of Surface Modification Technologies 14 th International Conference, Paris 11-13 September 2, ed. T.S. Sudarshan and M.Jeandin, Publ. By The Institute of Materials, 2 pp.353-359