TITLUL TEZEI DE DOCTORAT

Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iaşi

Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor

TITLUL TEZEI DE DOCTORAT

CERCETĂRI PRIVIND REZISTENȚA LA UZURĂ

HIDROABRAZIVĂ A STRATURILOR SUBŢIRI DEPUSE PE

OȚELURI INOXIDABILE SPECIALE

Conducător științific:

Prof.univ.dr.ing. Petrică VIZUREANU

Doctorand:

Ing. Cătălin-Andrei ȚUGUI

Iaşi, 2016

5

CUPRINS INTRODUCERE 12

CAPITOLUL 1

STADIUL ACTUAL AL UZURII HIDROABRAZIVE A

STRATURILOR SUBȚIRI DEPUSE PE ALIAJE Fe-C 14

1.1. NOȚIUNI GENERALE 14

1.2. METODE DE DEPUNERE A STRATURILOR SUBŢIRI 14

1.2.1. Metode fizice de depunere din vapori 15

1.2.1.1. Depunerea fizică prin pulsații laser 15

1.2.1.2. Metoda evaporării termice și condensării din stare de vapori 16

1.2.2. Metode chimice de depunere din vapori 16

1.2.2.1. Depunere chimică din vapori la temperaturi ridicate 16

1.2.2.2. Depunere chimică cu vapori organo - metalici 17

1.2.3. Metode de metalizare prin pulverizare termică folosind

electricitatea ca sursă de energie 18

1.2.3.1. Depunerea prin pulverizare termică în jet de plasmă (PTJP) 18

1.2.3.2. Depunerea prin metoda electrodului vibrator (EV) 19

1.3. MATERIALE METALICE UTILIZATE PENTRU

REALIZAREA ANSAMBLULUI MATERIAL DE BAZĂ -

MATERIAL DE DEPUNERE 19

1.3.1. Materialul de bază 19

1.3.2. Materiale de depunere a straturilor subțiri 21

1.3.2.1. Caracterizarea și utilizarea wolframului și a aliajelor sale 21

1.3.2.2. Caracterizarea și utilizarea nichelului și a aliajelor sale 21

1.4. ANALIZA FLUIDULUI UTILIZAT LA TESTELE DE

UZURĂ HIDROABRAZIVĂ 22

1.4.1. Parametrii uzuali ai apelor curgătoare 22

1.5. TURBINELE HIDRAULICE 24

6

1.5.1. Criterii de clasificare a turbinelor hidraulice 25

1.5.2. Construcția turbinelor hidraulice 27

1.6. UZURA HIDROABRAZIVĂ A PALETELOR DE TURBINE

HIDRAULICE 29

1.6.1. Noțiuni generale 29

1.6.2. Uzura hidroabrazivă pe turbinele Pelton 31

1.6.2.1. Sistemul ac-inel (duză) al turbinei Pelton 31

1.6.2.2. Rotorul turbinei Pelton 31

1.6.3. Uzura hidroabrazivă pe turbinele Francis 33

1.6.3.1. Sistemul de admisie al turbinei Francis 34

1.6.3.2. Sistemul paletelor de ghidare al turbinei Francis 35

1.6.3.3. Rotorul turbinei Francis 36

CONCLUZII 37

CAPITOLUL 2

OBIECTIVELE, PROGRAMUL ȘI METODOLOGIA

CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE 38

2.1. OBIECTIVELE CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE 38

2.2. PROGRAMUL CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE 39

2.3. METODOLOGIA CERCETĂRII EXPERIMENTALE 42

CAPITOLUL 3

METODE ȘI APARATURĂ 46

3.1. METODE ŞI INSTALAȚII DE DEPUNERE A

STRATURILOR SUBȚIRI 46

3.1.1. Metoda şi instalația de depunere prin pulverizare termică

în jet de plasmă (PTJP) 46

3.1.2. Metoda şi instalația de depunere cu electrod vibrator (EV) 47

3.2. ECHIPAMENTE PENTRU PREGĂTIREA PROBELOR ÎN

VEDEREA REALIZĂRII INVESTIGAŢIILOR METALOGRAFICE 48

7

3.2.1. Maşina de debitat probe Metacut - M 250 49

3.2.2. Maşina de şlefuire şi lustruire Forcipol 2V 49

3.2.3. Instalaţia de sablare 50

3.3. METODE ŞI ECHIPAMENTE DE INVESTIGARE A

PROPRIETĂȚILOR ANSAMBLULUI STRAT - SUBSTRAT 51

3.3.1. Echipamente utilizate pentru analize structurale 51

3.3.1.1. Microscopie optică 51

3.3.1.2. Microscopie electronică cu baleiaj (SEM) 51

3.3.1.3. Examinarea nedistructivă electromagnetică cu ajutorul

curenților turbionari 53

3.3.2. Metode şi echipamente utilizate pentru determinarea

caracteristicilor mecanice 54

3.3.2.1. Determinări de rugozitate 54

3.3.2.2. Microdurimetrie 54

3.3.2.3. Analiza microamprentării şi a aderenței suprafeţei depuse 55


caracteristicilor chimice 55

3.3.3.1. Spectrometrie 55

3.3.3.2. Difractometrie cu radiații X 56

3.3.3.3. Determinări de coroziune 57

3.3.3.4. Procesul de demineralizare 58

CAPITOLUL 4

INSTALAŢIE UTILIZATĂ PENTRU STUDIUL UZURII

HIDROABRAZIVE 59

4.1. CONCEPEREA INSTALAȚIEI 59

4.2.PROIECTAREA INSTALAȚIEI 61

4.3. REALIZAREA INSTALAȚIEI 65

4.4. TESTAREA INSTALAȚIEI 71

CONCLUZII 72

8

CAPITOLUL 5

CARACTERIZAREA MATERIALELOR 73

5.1. CARACTERIZAREA MATERIALULUI DE BAZĂ ȘI A

MATERIALELOR DE DEPUNERE 73

5.1.1. Alegerea materialului de bază 73

5.1.2. Alegerea materialelor de depunere 74

5.2. DEPUNEREA STRATURILOR SUBŢIRI PRIN METODA

PULVERIZĂRII TERMICE ÎN JET DE PLASMĂ 76


ELECTRODULUI VIBRATOR 78


UZURĂ HIDROABRAZIVĂ 79

CAPITOLUL 6

CERCETĂRI PRIVIND DEPUNEREA DE STRATURI

SUBŢIRI ÎN VEDEREA ÎMBUNĂTĂŢIRII REZISTENŢEI

LA HIDROABRAZIUNE 81

6.1. ANALIZA STRUCTURALĂ A SUPRAFEŢEI MATERIALULUI

DE BAZĂ ȘI A STRATURILOR SUBȚIRI DEPUSE 81

6.1.1. Analiza suprafeţei materialului de bază și a straturilor

subțiri depuse utilizând microscopul electronic cu baleiaj 81

6.1.1.1. Analiza SEM a probei martor 81

6.1.1.2. Analiza SEM a probei depuse cu Metco 71Nsprin metoda PTJP 83

6.1.1.3. Analiza SEM a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP 85

6.1.1.4. Analiza SEM a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV 88

6.1.1.5. Analiza SEM a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV 90

6.1.1.6.Analiza SEM a morfologiei stratului depus prin metoda EV 93

6.1.2. Analiza grosimii straturilor depuse 95

6.1.2.1. Analiza grosimii de strat a probelor depuse cu Metco 71Ns prin

metoda PTJP 95

9

6.1.2.2. Analiza grosimii de strat a probelor depuse cu Deloro 60 prin

metoda PTJP 96


metoda EV 98


metoda EV 99

6.1.3. Examinarea electromagnetică cu ajutorul curenților

turbionari 100

6.1.4. Determinarea rugozităţii suprafeţei 102

6.2. DETERMINAREA CARACTERISTICILOR MECANICE 106

6.2.1. Determinarea caracteristicilor de microduritate ale

substratului și ale straturilor depuse 106

6.2.2. Analiza de microamprentare a probei martor și a

depunerilor 108

6.2.2.1. Analiza de microamprentare pentru proba martor 109

6.2.2.2. Analiza de microamprentare pentru probele depuse cu

Metco 71Ns prin metoda PTJP 110


Deloro 60 prin metoda PTJP 111

6.2.2.4. Analiza de microamprentare pentru probele depuse cu Metco

71Ns prin metoda EV 112


Deloro 60 prin metoda EV 113

6.2.3. Determinarea aderenţei straturilor depuse 116

6.2.3.1. Analiza de aderență a probelor depuse cu Metco71Ns prin

metoda PTJP 116

6.2.3.2. Analiza de aderență a probelor depuse cu Deloro 60 prin

metoda PTJP 118

6.2.3.3. Analiza de aderenţă a probelor depuse cu Metco 71Ns prin

metoda EV 119

6.2.3.4. Analiza de aderenţă a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV 121

6.3. DETERMINAREA CARACTERISTICILOR CHIMICE 122

10

6.3.1. Caracterizarea chimică prin difracție de raze X (XRD 122

6.3.1.1. Analiza XRD a probei martor 122

6.3.1.2. Analiza XRD a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP 123

6.3.1.3. Analiza XRD a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP 124

6.3.1.4. Analiza XRD a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV 124

6.3.1.5. Analiza XRD a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV 125

6.3.2. Teste de electrocoroziune a probei martor și a probelor depuse 126

CONCLUZII 131

CAPITOLUL VII

UZURA HIDROABRAZIVĂ 133

7.1. TESTELE DE UZURA HIDROABRAZIVĂ 133

7.2. ANALIZA SEM A PROBELOR TESTATE LA UZURĂ

HIDROABRAZIVĂ LA 500 ORE 142

7.2.1. Analiza SEM a probei martor din oțel inoxidabil testată la

hidroabraziune la 500 ore 142

7.2.2. Analiza SEM a probelor depuse prin metoda PTJP testate

la hidroabraziune la 500 ore 143

7.2.2.1. Analiza SEM a probei depuse cu Metco71Ns prin metoda PTJP

testate la hidroabraziune la 500 ore 143

7.2.2.2. Analiza SEM a probelor depuse cu DELORO 60 prin metoda

PTJP testate la hidroabraziune la 500 ore 144

7.2.3. Analiza SEM a probelor depuse prin metoda EV testate la

hidroabraziune la 500 ore 146

7.2.3.1. Analiza SEM a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV


7.2.3.2. Analiza SEM a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV


CONCLUZII 149

CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII PERSONALE,

PERSPECTIVE DE CERCETARE 150

11

CONCLUZII FINALE 150

CONTRIBUȚII PERSONALE 153

PERSPECTIVE DE CERCETARE 156

BIBLIOGRAFIE 157

12

INTRODUCERE

În construcția turbinelor hidraulice sunt folosite cu precădere o serie de materiale

metalice sau de aliaje ale acestora (ex. aliaje pe bază de fier, nichel, crom, titan etc.),

echipamente care sunt utilizate industria: producătoare de energie electrică, chimică şi a

medicamentelor. În cadrul cercetărilor doctorale este abordată clasa oțelurilor

inoxidabile speciale.

Proprietăţile materialelor metalice pot fi îmbunătăţite prin depuneri de straturi

subţiri cu materiale speciale.

Alături de tehnologiile clasice de obţinere a acoperirilor, se remarcă dezvoltarea,

perfecţionarea şi extinderea unor tehnici moderne de depunere a acestora, prin metode

fizico-chimice, ce asigură o puritate şi o aderenţă ridicată, printr-o varietate foarte mare de

procedee de obţinere a acoperirilor.

Tehnologiile moderne de depunere în vid sunt nepoluante deoarece se realizează

în spații închise. De asemenea, din punct de vedere economic, aceste tehnologii au o

eficiență foarte ridicată în comparație cu metodele tradiționale (U. Hironobu, 2015). Astfel,

în ultimii ani s-a înregistrat o creștere spectaculoasă a aplicațiilor industriale în care sunt

folosite (celule fotovoltaiceşi spintronică).

Materialul de depunere este un oțel care face parte din clasa oţelurilor inoxidabile

speciale care are o slabă rezistență la uzură hidroabrazivă ceea ce duce la scoaterea din uz a

elementelor dinamice, în cazul acesta a paletelor turbinelor hidraulice, după un anumit

ciclu de funcționare. Pentru a mării randamentul de funcționare și pentru creșterea

rezistenței la hidroabraziune a paletelor, fără a scădea rezistența la coroziune, s-au realizat

depuneri de straturi dure pe probelor din oţel inoxidabil.

Pentru creşterea rezistenţei la uzură hidroabrazivă s-au depus straturi dure şi rezistente,

prin două metode de depunere: pulverizare termică în jet de plasmă (PTJP)şi electrod

vibrator (EV) Prin aceste metode au fost realizate/depuse straturi subţiri cu

pulberi/electrozi pe bază de wolfram, care are în componenţă carbon şi cobalt și pe bază

de nichel, care are în compoziţie crom şi bor.

Mecanismul de protecţie prin depuneri de straturi metalice este diferit şi depinde

de raportul în care se găseşte potenţialul electrochimic de echilibru al materialului metalic

din stratul depus faţă de potenţialul materialului de bază. După acest criteriu, se deosebesc

straturi cu acoperire anodice şi straturi catodice. În realizarea acestor straturi trebuie luat în

13

considerare, atât gradul de aderență, cât și costurile de realizare ale acestora, care trebuie să

fie mai scăzutedecât orice subansamblu (strat - substrat) luat separat.

Uzura hidroabrazivă sau hidroabraziunea se referă la acea uzură a detaliilor! care

are loc sub acţiunea comună a particulelor abrazive sau/şi a curentului de apă ca purtător al

acestora. Practica a arătat că acest proces este unul foarte complex, evidenţiindu-se că în

unele cazuri acţiunea comună a fluidului şi a particulelor abrazive în procesul de uzură este

mult mai mare decât în cazul în care acestea ar acţiona separat.

14

CAPITOLUL 1

STADIUL ACTUAL AL UZURII HIDROABRAZIVE A

STRATURILOR SUBȚIRI DEPUSE PE ALIAJE Fe-C

1.1. NOȚIUNI GENERALE

Proprietățile materialelor metalice pot fi îmbunătățite prin mai multe metode:

tratamente superficiale (termice, temochimice, mecanice, de conversie) și depuneri de

straturi (fizice, chimice și prin metalizare).

Depunerile de materiale unistrat / multistrat ocupă un rol important în ce privește

obținerea de straturi metalice cu anumite proprietăți fizico-chimice și mecanice

(susceptibilitate magnetică, conductivitate electrică și termică superficială, rezistență la

uzare etc.), precum și îmbunătățirea aspectului prin modificarea luciului sau obținerea

unei colorații speciale.

Alături de tehnologiile convenționale de obținere a depunerilor, se remarcă

dezvoltarea, perfecționarea și extinderea unor tehnici moderne de depunere a acestora, prin

metode fizico-chimice și metalizare, ce asigură o puritate și o aderență ridicată, printr-o

varietate foarte mare de procedee de obținere a straturilor subțiri. Aceste metode moderne

de depunere cu materiale speciale pot fi utilizate pentru a crește rezistența la uzură

hidroabrazivă și la coroziune (J.I. Watjen et al., 2015).

1.2. METODE DE DEPUNERE A STRATURILOR SUBŢIRI

Depunerile de straturi subțiri se realizează prin metode fizice, chimice și prin

metalizare:

� Metode fizice de depunere din vapori (PVD - Physical Vapour Deposition):

� metoda depunerii PVD cu pulsații laser (PLD - Pulsed Laser

Deposition);

� metoda evaporării termice și condensării în stare de vapori;

� Metode chimice de depunere din vapori (CVD - Chemical Vapour

Deposition):

� metoda depunerii CVD la temperaturi înalte (HTCVD - High

Temperature Chemical Vapor Deposition);

15

� metoda depunerii CVD pe bază de compuși organo - metalici

(MOCVD - Metal Organic Chemical Vapor Deposition);

� Metode de metalizare prin pulverizare termică folosind electricitatea ca

sursă de energie:

� metoda depunerii prin Pulverizare Termică în Jet de Plasmă

(PTJP);

� metoda depunerii cu Electrod Vibrator (EV).

1.2.1. Metode fizice de depunere din vapori

Depunerea fizică din vapori este una dintre cele mai moderne metode de obținere

a straturilor depuse (G. Pulci et al., 2015). Metoda constă în creșterea dimensiunii

depunerii de straturi subțiri (1 ÷ 10 μm) prin condensare pe suprafața stratului a unor

elemente atomice moleculare aflate în stare de vapori.

Realizarea de straturi prin metoda PVD implică o succesiune de procese după cum

urmează (M. Ohring, 2015):

� producerea în spațiul de lucru a unui flux de atomi sau molecule dinspre

materialul ”sursă” spre suprafața stratului;

� trecerea materialului sursă în fază de vapori se face prin mecanisme fizice

cum sunt evaporarea termică și pulverizarea catodică;

� condensarea fluxului de atomi sau de molecule pe suprafața substratului.

1.2.1.1. Depunerea fizică prin pulsații laser

Tehnica constă în utilizarea unui fascicul laser de putere mare în interiorul unei

camere vidate pentru lovirea unei ținte, care reprezintă materialul de depunere figura 1.1.

Figura 1.1. Schema de principiu a depunerii prin pulsație laser (G. Subramanyam et al., 2013).

Materialul țintă este vaporizat sub forma unui nor de plasmă care apoi se depune

într-un strat subțire pe materialul de bază.

16

1.2.1.2. Metoda evaporării termice și condensării din stare de vapori

Această metodă are loc prin depunerea de particule aflate în stare de vapori

(L.A.Chebotkevich et al., 2015). Vaporii din punct de vedere electric sunt neutri și sunt

obținuți prin evaporarea materialului de depunere în vid figura 1.2.

Figura 1.2. Schema de principiu a metodei evaporării termice și condensării din stare de

vapori.

Această metodă asigură depunerea de straturi subțiri cu diverse materiale, și

respectă într-un grad foarte ridicat compoziția stratului evaporat.

1.2.2. Metode chimice de depunere din vapori

1.2.2.1. Depunere chimică din vapori la temperaturi ridicate

Această metodă de depunere a straturilor subțiri lucrează la temperaturi mari

cuprinse în intervalul 2100 ÷ 2300 0C (A. Claudel et al., 2011). Schema de principiu a

acestei metode este prezentată în figura 1.3.

Figura 1.3. Schema de principiu a metodei de depunere CVD la temperaturi înalte

(www.norstel.com).

17

Temperatura ridicată, specifică procedeului HTCVD, este un dezavantaj major,

afectând negativ structura materialului de bază, mai ales când acesta este din oțel

(F. Mercier et al., 2014).

Piesele acoperite cu un strat subțire prin metoda HTCVD necesită o preîncălzire

pentru a evita șocurile termice provocate de temperatura mare din timpul procesului.

1.2.2.2. Depunere chimică cu vapori organo - metalici

Metoda MOCVD (V. Yuri et al., 2015) este relativ simplă și constă în dizolvarea

compușilor organici ai metalelor într-un solvent organic. Schema de principiu a acestei

metode este prezentată în figura 1.4.

Figura 1.4. Schema de principiu a metodei de depunere MOCVD

(G. Subramanyam et al., 2013).

Atomii elementului de depunere sunt amestecați cu molecule complexe de gaz și

pulverizați deasupra unei plăci calde cu ajutorul unui semiconductor. Căldura disociază

moleculele și depozitează atomii doriți pe suprafața materialului de bază, strat cu strat

(F.H. Yang, 2014).

Prin varierea compoziției gazului, se pot modifica proprietățile cristalului până la

o scară atomică. Prin acest procedeu se pot depune straturi semiconductoare de înaltă

calitate (cu grosimi de sub 1 nm), iar structura stratului depus este perfect aliniată cu cea a

substratului (M. Tsai et al., 2014). Un avantaj al acestei metode constă în înlocuirea

donorilor (atom pentavalent care, introdus într-un semiconductor, cedează electroni

acceptorului) obișnuiți de metal cu anumiți compuși organici ai metalului de depunere.

Prin această înlocuire cu compuși organici ai metalului se scade foarte mult temperatura de

depunere, aceasta ajungând la 400 0C (R. Drevet et al., 2014).

18

1.2.3. Metode de metalizare prin pulverizare termică folosind

electricitatea ca sursă de energie

Procesul de metalizare constă în topirea materialului de aport (sârmă sau pulberi

metalice), fuzionarea materialului provenit din pulberi metalice şi pulverizarea şi

proiectarea particulelor topite (Q. Yong et al., 2015). Fenomenele care se produc în timpul

metalizării sunt arderi ale unor elemente metalice din materialul de adaos, oxidări parțiale

şi atomizări (pulverizări) în particule fine.

Această metodă are la bază un procedeu tehnologic relativ nou, care în comparație

cu alte procedee de recondiționare prin depunerea de straturi subțiri prezintă următoarele

avantaje (N. Brânzea, 2016):

� permite aplicarea unui strat din metal, cu grosimi de la 0,01 ÷ 10 mm;

� stratul de metal depus are o bună rezistență la uzură (de 2 ÷ 3 ori mai

bună decât a piesei noi);

� metalul depus este tenace şi are o mare porozitate;

� în timpul metalizării şi după aceasta, structura metalului de bază nu suferă

nici o modificare;

� este economic şi productiv în comparație cu acoperirile galvanice.

1.2.3.1. Depunerea prin pulverizare termică în jet de plasmă (PTJP)

Metoda de pulverizare termică în jet de plasmă are la bază pulverizarea unui

material (pulbere metalică, ceramică etc.) topit / depus pe un suport (material de bază)

pentru a obține straturi subțiri (R. Gadow, et al., 2015).

Figura 1.5. Schema de principiu a metodei PTJP

(www.plasmajet.ro/metalizarea-cu-plasma).

Acest proces are avantajul că pot fi utilizate materiale cu punct de topire

foarte ridicat figura 1.5.

19

1.2.3.2. Depunerea prin metoda electrodului vibrator (EV)

Metoda EV se bazează pe fenomenul de electroeroziune şi transferul polar al

materialului anodului (electrodului) la catod (piesa metalică) în timpul descărcării electrice

în impulsuri între anod şi catod figura 1.6 (T. Cilento et al,. 2010).

Figura 1.6. Schema de principiu a metodei EV

(www.plasmajet.ro/metalizare-prin-electroscanteie).

Descărcarea electrică în impuls se produce într-un mediu gazos. Curentul folosit

este unul pulsatoriu redresat care are o polaritate inversată. Tehnologia constă într-o

mișcare de vibrație în care descărcarea electrică se produce în aer (N. Radeket et al., 2011).

1.3. MATERIALE METALICE UTILIZATE PENTRU

REALIZAREA ANSAMBLULUI MATERIAL DE BAZĂ - MATERIAL

DE DEPUNERE

1.3.1. Materialul de bază

În construcția turbinelor hidraulice sunt utilizate o serie de materiale metalice sau

de aliaje pe bază de fier, nichel, crom etc. Conform literaturii de specialitate (A. Zijlstra et

al., 2015) și studiilor întreprinse în domeniu (B. Scheichl et al., 2015) se evidenţiază că

materialele metalice folosite la fabricația rotoarelor turbinelor hidraulice (Kaplan, Francis,

Pelton) și a pompelor hidraulice, pot avea compoziții chimice diferite, care au în aceleași

proprietăți foarte bune la uzură hidroabrazivă și cavitaţională.

În urma unui studiu aprofundat (J. Suchánek et al., 2009), în domeniul

materialelor folosite la turbinele hidraulice, se constată că cele mai folosite materiale în

construcția rotoarelor de turbină sunt cele din clasa oțelurilor inoxidabile speciale.

20

Oțelurile inoxidabile speciale sunt aliaje feroase înalt aliate și se pot clasifica

în funcție de compoziția chimică în patru mari grupe: perlitice, martensitice, feritice

și austenitice.

Grupul de autori coordonat de către F. Rui relatează faptul că cele mai bune

oțeluri pentru construcția paletelor de turbină sunt oțelurile austenito - feritice, pentru că au

o bună rezistență hidroabrazivă, având însă un cost de producție ridicat, motiv pentru care

sunt folosite doar la reparații (P. P. Gohil et al., 2014). Lucrarea (I. Bordeaşu, 2006)

prezintă câteva exemple de materiale testate la uzură hidroabrazivă și la cavitație. Autorul

face teste pe patru categorii de materiale după cum urmează: oțeluri carbon, fonte, oțeluri

inoxidabile și oțeluri aliate pentru construcții. Ca urmare a testării unor oțeluri carbon,

autorul ajunge la concluzia că dintre toate oțelurile carbon cea mai bună rezistență la

cavitație și la uzură hidroabrazivă o are C15 DIN 1.0401, datorită prezenței în componența sa

a manganului în proporție de 0,5 %. Dintre categoriile de materiale testate autorul a ajuns la

concluzia că, în general, oțelurile inoxidabile au proprietăți bune la uzură hidroabrazivă, iar

dintre acestea cele mai bune sunt oțelurile cu structuri martensitice (12 ÷ 13 % Cr,

2 ÷ 7 % Ni) și oțelurile inoxidabile austenitice (18 % Cr, 8 % Ni).

Conform literaturii de specialitate (D.H.M. Grajales et al., 2009), în ultimii ani, s-

au aplicat diverse soluții practice pentru creșterea rezistenței la hidroabraziune a paletelor

de turbină. Acestă proprietate poate fi semnificativ îmbunătățită prin aplicarea unor

tratamente termice, termochimice sau prin depuneri de straturi subțiri.

Autorul lucrării (I. Pădurean, 2007) a realizat experimente pe oțelul inoxidabil

austenitic GX5CrNi19-10; acesta a făcut teste de uzură, de duritate și de coroziune pe

oțelul în stare turnată, precum şi după aplicarea unui tratament termic care a constat în

încălzirea lui până la temperatura de 1050 0C, urmată mai apoi de o răcire în apă timp de

30 minute, urmat de un tratament termochimic de nitrurare în gaz. După testele de duritate

și de uzură s-a observat că proba din oțelul care a fost tratată termic și apoi nitrurată în gaz

a avut o rezistență mai mare.

Conform studiilor de cercetare (I. Pădurean, 2007; I. Bordeaşu, 2006 și

D.H.M. Grajales et al., 2009), care au avut ca scop testarea materialelor metalice folosite la

construcția paletelor de turbină, s-a ajuns la concluzia că cea mai bună rezistență la uzură

hidroabrazivă, la cavitație și la coroziune o au oțelurile inoxidabile, însă aceste proprietăți

pot fi semnificativ îmbunătățite prin aplicarea unor tratamente termice de suprafață sau

prin depuneri de straturi subțiri.

21

Clasa de oțeluri inoxidabile speciale care va fi supusă studiului include

următoarele oțeluri: X2CrNiMoCuWN 25-7-4, X1CrNiMoCuN 20-18-7, X3CrNiMo13-4,

GX5CrNi19-10, GX3CrNi134; deoarece au proprietăți mecanice, fizice și chimice

apropiate, pe parcursul cercetărilor se va alege una dintre aceste variante.

1.3.2. Materiale de depunere a straturilor subțiri

1.3.2.1. Caracterizarea și utilizarea wolframului și a aliajelor sale

Wolframul este un metal greu, având densitatea de 19,4 g/cm3, foarte greu fuzibil

(T = 3395 0C), de culoare albă lucioasă, paramagnetic, rezistent la coroziune, cu rezistență

mecanică (S Zafar, et al., 2016) și duritate mare (Rm = l500 N/mm2, 40 HRC la 20 0C și Rm

= 230 N/mm2), cu refractaritate mare și foarte fragil (temperatura de tranziție ductil - fragil

este mare, de 150 ÷ 450 0C). În stare pură (tehnică), se folosește pentru filamente la lămpi

cu incandescență și la plăci pentru anticatozii tuburilor cu radiații X, (H. Okamoto, 2008).

Wolframul este larg utilizat pentru alierea oțelurilor și obținerea materialelor foarte dure

turnate (stellit) sau sinterizate din carburi metalice (WC + Co).

Carburile de wolfram W2C și WC sub formă de pulberi sinterizate cu 3 ÷ 30% Co

sunt foarte dure și sunt utilizate la scule așchietoare, sape de foraj, componente ale

rachetelor, penetratoare pentru determinarea durității etc., (I. Alexandru, et al., 1997;

E. Metehan, et al., 2010).

1.3.2.2. Caracterizarea și utilizarea nichelului și a aliajelor sale

Nichelul este un metal feromagnetic (TCURIE = 368 0C), greu, având densitatea

egală cu 8,89 g/cm3, cu punctul de topire situat la 1455 0C, foarte rezistent la oxidare

și la coroziune. Nichelul tehnic deformat plastic are Rm = 750 ÷ 900 N/mm2 și duritatea

200 HB, iar în stare recoaptă Rm = 400 ÷ 500 N/mm2 și duritatea cuprinsă între 70 ÷ 90 HB.

Se prelucrează bine prin deformare plastică la cald și la rece. În stare pură, se utilizează

pentru pile electrice Fe - Ni, pentru placare sau depunere galvanică pe oțeluri, catalizator sub

formă de pulberi în industria chimică, filtre pentru combustibili și în tehnică

nucleară (F.C. Campbell, 2008).

Aliajele Ni-Cr, cu până la 30 % Cr, denumite nicrom, cromel etc., au proprietăți

electrice speciale (rezistivitate foarte mare), refractaritate înaltă (1100 0C) și rezistență la

coroziune în medii foarte agresiv oxidante, reducătoare și sulfuroase și sunt folosite ca

22

elemente de încălzire în cuptoare electrice, țevi refractare în camerele de ardere ale

turbinelor cu gaz, motoare cu reacție și paletele turbinelor cu gaz (P. Crook, 2005).

Aliajele Ni - Mo - Cr, cu 8 ÷ 30 % Mo; 1 ÷ 23 % Cr cu adaosuri de fier, cobalt,

mangan, wolfram și restul nichel, cunoscute sub denumirea de hastelloy, sunt refractare,

rezistând până la 1200 0C la coroziune tensofisurantă (se produc ca urmare a unei agresiuni

chimice în prezența unor tensiuni mecanice) și prin pitting, în cele mai agresive medii, sunt

ușor sudabile cu arc electric (G. Coates, 2009).

Fluidele caracterizate prin omogenitate şi izotropie pot fi întâlnite în natură sub

formă de apă, iar în industrie sub forma unor lichide de înaltă puritate obținute prin

procedee chimice. Fluidele au proprietăți diferite de curgere şi manifestări diferite la

interacţiunea cu solidele. Aceasta se datorează compoziției şi concentrației diferite de

amestecuri eterogene caracterizate prin viteze relative (diferența dintre viteza fluidului purtător

şi viteza celeilalte faze cu greutate specifică, în general, mai mare; diferite de zero vr ≠ 0).


UZURĂ HIDROABRAZIVĂ

1.4.1. Parametrii uzuali ai apelor curgătoare

Apa conține de cele mai multe ori particule solide şi bule de gaz, iar dacă ar fi să

ne referim la apa de la robinet aceasta reprezintă un amestec de substanțe organice şi

anorganice dizolvate sau în stare de suspensie coloidală.

Amestecurile lichid - solid de tipul sistemelor dispersate (curenţi lichizi cu

suspensii) şi stratificate (curenţi cu pat mobil - nămol) au prezentat un interes deosebit din

punct de vedere a cercetărilor (B. Ciobanu, 2003).

Acest tip de sisteme prezintă următoarele proprietăţi fizice:

� Concentraţia reprezintă o mărime scalară definită ca raportul dintre cantitatea de material

izolat şi cantitatea totală de fluid polifazic din volumul, V. În funcţie de mărimile raportate sunt:

concentrație volumică (C); concentraţie masică (CM) sau (μ); concentraţie în greutate (CG).

� Greutatea specifică echivalentă se poate determina pentru sisteme bifazice prin

relaţia lui Simons relaţia (5.1):

�� = ��(�� ) (1.1)

23

în care sunt greutăţile specifice ale amestecului, a mediului dispersat (faza solidă) şi

respectiv a celei de dispersie (J. Florea et al., 1987).

� Densitatea echivalentă pentru un fluid bifazic, se obţine cu relaţia (1.2):

ρn=Cp+(1-C) (1.2)

� Vâscozitate aparentă într-un mediu fluid este determinată de dispersia unei faze

oarecare care duce la mărirea forţelor interne de ”frecare” din amestecul polifazic.

Vâscozitatea aparentă se poate determina pentru amestecuri fluide - particule solide,

la concentraţii mici C = 0 ÷ 0,075, cu relaţia (1.3).

ηn=η(1-C1/3)-1 (1.3)

Vâscozitatea dinamică aparentă pentru suspensii diluate C < 0,05 cu particule

sferoidale (nisip), este dată de formula lui Albert Einstein relaţia (1.4):

ηn=η(1 + φC) (1.4)

unde factorul φ reprezentând o constantă numerică stabilită de A. Einstein pe considerente

hidrodinamice (J. Florea et al., 1987).

M.V. Smoluhovski şi W. Krasny - Ergon au completat formula lui A. Einstein

pentru concentraţii medii, C < 0,3, cu termeni care iau în considerare ”efectul electro -

vâscos” datorat creşterii vâscozităţii fluidului polifazic, obţinând relaţia (1.5):

�� = � �1 + �� 1 + � ��

� � �� !��!"# (1.5)

unde: b este un coeficient numeric, b = 11.5; χ este conductivitatea specifică a fluidului;

ζ este potenţialul electrocinetic; d este diametrul particulelor solide, iar Dd este constanta

dielectrică (J. Florea et al., 1985).

Noţiunea de vâscozitate cinematică aparentă vn este utilizată în studiul curgerii

fluidelor polifazice, fiind definită prin raportul:

vn = $%&%

(1.6)

24

� Proprietăţile abrazive ale fluidului polifazic manifestate în procesul de

transport, reprezintă un fenomen greu de controlat şi apreciat care conduce la

uzarea. Fenomenul de abraziune este influenţat de forma particulelor (rotunjită sau

colţuroasă), precum şi de duritatea și concentraţia mineralelor în fluid.

Tabelul 1.1. Greutatea specifică medie a particulelor solide în funcție de natura materialului

Natura materialului γs[kN/m3] Natura materialului γs[kN/m3]

Granule aluvionare 21,627,8 Loess 17,8

Nisip cuarțos 26 Suspensiile din apele uzate 11,7

Argilă 24,5 Cărbune 13,3

Mâl 22,2 Bachelită 13

� Turbiditatea este opacitatea sau lipsa de transparență a apei sau a altui

lichid, provocată de particule foarte fine, care nu pot fi individualizate cu ochiul

liber și care, aflate în stare de suspensie în lichid, difuzează și reflectă lumina.

Tabelul 1.2. Turbiditate medie pentru principalele cursuri de apă din ţară (I. Bartha, 1991)

Râul Turbiditatea [kg/m3] Râul Turbiditatea [kg/m3] Râul Turbiditatea [kg/m3]

Dunărea 0,206 + 0,338 Olt 1,300 Mureş 0,535

Prut 0,700 + 0,775 Jiu 1,870 Someş 1,165

Şiret 0,500 + 2,820 Argeş 1,650 Bahlui 1,886

În tabelele 1.1 și 1,2 sunt prezentate o serie de valori numerice pentru diverse mărimi

specifice amestecurilor bifazice lichid - solid întâlnite fie în natură, fie în sistemele tehnice.

1.5. TURBINELE HIDRAULICE

Mașinile care transformă energia hidro-pneumatică în energie mecanică se

numesc maşini de forță sau motoare, cele mai importante fiind turbinele (Weijia Y, P. et

al., 2016). Mașinile care transformă energia mecanică în energie hidro-pneumatică se

numesc maşini de lucru sau generatoare (pompe, ventilatoare şi compresoare). Mașinile

care transformă o formă de energie mecanică în altă formă de energie mecanică, prin

intermediul energiei hidro-pneumatice se numesc transformatoare (cuple şi ambreiaje).

Turbo-transformatoarele sunt maşini reversibile, însă dacă la turbo-ambreiaje, din

cauza simetriei transmiterea inversă a momentului se poate realiza fără dificultate, la turbo-

transformatoare se întâmpină dificultă

rotoare, cât şi pentru reactor

Clasificarea generală a acestor maşini se face pe baza sensului transformării

precum şi al criteriului de fo

desfășurarea transformării: energie potenţială de poziţie, energie potenţială de presiune şi

energie cinetică (I. Florescu, 2007).

1.5.1. Criterii de clasificare a turbinelor hidraulice

Clasificarea mașinil

fi figura 1.7:

Figura 1.7.

25

transformatoare se întâmpină dificultăți mari din cauza profilării palelor, atât pentru

rotoare, cât şi pentru reactor (N. Brânzea, 2007).


precum şi al criteriului de formă a energiei hidro-pneumatice preponderentă în

ării: energie potenţială de poziţie, energie potenţială de presiune şi

energie cinetică (I. Florescu, 2007).

1.5.1. Criterii de clasificare a turbinelor hidraulice

șinilor hidraulice poate fi făcută după mai multe criterii cum ar

Figura 1.7. Clasificarea mașinilor hidraulice.

ării palelor, atât pentru


pneumatice preponderentă în

ării: energie potenţială de poziţie, energie potenţială de presiune şi

pă mai multe criterii cum ar

26

Toate turbinele transformă energia hidraulică în energie mecanică, dar după forma

energiei hidraulice primare și felul transformării ei se disting două categorii:

� turbinele cu acțiune sau egală presiune, sunt acele motoare hidraulice

care transformă în stator întreaga cădere netă în înălțime cinetică și primesc la intrarea

în rotor energia hidraulică sub formă pur cinetică, pe care o transformă, după principiul

impulsului, în energie stereomecanică. În această categorie se încadrează următoarele

tipuri de turbine: Girard, Zuppinger, Banki, Bell, Sfindex, precum și actuala

turbină Pelton;

� turbinele cu reacțiune sau cu suprapresiune, sunt turbinele care transformă

energia hidraulică preponderentă în energie potențială de presiune. La aceste turbine

presiunea de intrare în rotor, este mai mare decât cea de la ieșire din rotor.

Clasificarea după admisia apei:

� După gradul admisiei se disting turbine cu:

� admisie totală, (S, F, K, SK, AB, AC, KD), în care apa intră în turbină

pe întreaga periferie;

� admisie parțială, (P, B), în care apa se injectează prin 1 până la 6

injectoare, respectiv pătrunde pe un sector al periferiei.

� După direcția admisiei apei se deosebesc turbine cu admisia:

� tangențială (turbine Pelton figura 1.8, a);

� axială (turbine K, SK, AB, AC, S) - (figura 1.8, b);

� radială (turbine F lente figura 1.8, c);

� diagonală (turbine F normale și F sau KD rapide) - (figura 1.8, d).

Figura 1.8. Clasificarea turbinelor după direcția admisiei: a) tangențială; b) axială;

c) radială; d) diagonală.

a) b) c) d)

27

� După numărul rotoarelor se deosebesc:

� turbine monorotoare, caracterizate prin existenta unui singur rotor pe axul

turbinei. Aceasta este construcția uzuală pentru toate turbinele S, F, K, SK,

E, P cu ax vertical şi, de asemenea, F - lent şi P - lent cu ax orizontal;

� turbine duble, soluție aplicată doar la turbina F ale cărei caracteristici

constau în aceea că au o singură carcasă spirală, un aparat director, două

aspiratoare şi rotorul dublu;

� turbine polirotoare, care constau din mai multe rotoare așezate coaxial. În

trecut, această soluție s-a utilizat la F - orizontal cu 3 ÷ 4 rotoare pe

același arbore orizontal, dar a fost înlocuită cu succes de o singură

turbină K - monorotoare.

În ultimul deceniu, turbinele Francis lente de mare cădere au eliminat turbinele

Pelton rapide în zonele în care căderile de apă sunt cuprinse între 300 ÷ 522 m, iar

turbinele Francis rapide au fost la rândul lor eliminate de turbinele elicoidale Kaplan lente

la căderi de apă cuprinse între 50 ÷ 74 m.

1.5.2. Construcția turbinelor hidraulice Turbinele cu acțiune de tip Pelton (P) figura 1.9 s-au dezvoltat foarte repede,

realizându-se unele turbine de putere foarte mare (110 MW). Limita inferioară a căderii

pentru unitățile mari este de 400 m.

a) b)

Figura 1.9. Turbină cu reacțiune Pelton: a) imagine de ansamblu turbină; b) rotorul și

paletele turbinei (www.flovel.net, 2015).

28

Turbinele cu reacțiune Francis (F) figura 1.10 lucrează cu căderi de la 70 m până

la 500 m și cu puteri unitare tot mai mari. Puterea maximă a acestor turbine

depășește 500 MW la căderi de 100 m.

a) b)

Figura 1.10. Turbină cu reacțiune Francis: a) imagine de ansamblu a turbinei

(N. Agrawal, 2009); b) rotorul și paletele turbinei (www.flovel.net, 2016).

Turbinele Semi-Kaplan (SK) figura 1.11 au palele statorului fixe și cele rotative

reglabile, încadrându-se astfel între turbinele Kaplan și turbinele Kaplan Elicoidale.

a) b)

Figura 1.11. Turbinele Semi-Kaplan: a) imagine de ansamblu a turbinei

(www.brighthubengineering.com); b) rotorul și paletele turbinei, evidențierea reglajului

(www.flovel.net,2016).

Turbinele axiale bulb (AB) sunt tot turbine tubulare, care au generatorul

integrat în axul bulb, aici e și locul unde se face și multiplicarea turației. Datorită

29

acestui fapt puterea este încă limitată la 15 MW la căderi cu înălțimi de până la 20 m

figura 1.12.

a) b) Figura 1.12. Turbinele axiale bulb: a) imagine de ansamblu a turbinei (www.hydrotu.com)

b) elemente componente (www.powerelectronics.com, 2016).

Trecerea de la randamentul de 70 % pe care îl aveau turbinele la începutul

secolului al XX - lea, până la cele actuale în care randamentele maxime sunt: de

peste 91 %, pentru turbinele Pelton; de peste 94% pentru turbinele Francis și de

peste 93,5 % pentru turbinele Kaplan, ilustrează rezultatul evoluției pe baze științifice a

construcției de turbine din ultimul secol (V.C. Câmpian, 2003).

1.6. UZURA HIDROABRAZIVĂ A PALETELOR DE TURBINE

HIDRAULICE

1.6.1. Noțiuni generale

Uzura constă în modificarea progresivă a (dimensiunilor) unui subansamblu

mecanic, pe durata funcționării sistemului din care face parte.

Uzura hidroabrazivă sau hidroabraziunea se referă la acea uzură a detaliilor

paletelor turbinelor hidraulice, care are loc sub acțiunea comună a particulelor abrazive

sau/și a curentului de fluid ca purtător a acestora.

Practica a arătat că acest proces este unul foarte complex, evidențiindu-se unele

cazuri în care acțiunea comună a fluidului și a particulelor abrazive în procesul de uzură

este mult mai mare, decât dacă acestea ar acționa separat (I.V. Kozîrev, 1979).

30

Uzura hidroabrazivă poate fi localizată sub aspectul unor adâncituri locale sau

uniform distribuită (uzură generală). Aspectul uzurii depinde de particularitățile de uzură

ale particulelor din mediul de lucru (viteza jetului fluid, cantitatea particulelor abrazive pe

unitate de volum, tipul acestor particule, agresivitatea mediului fluid etc.), de

particularitățile constructive ale suprafețelor (forma suprafețelor, parametrii macro și

microgeometriei suprafețelor, calitatea de suprafață a acestora etc.), precum și de poziția

suprafețelor active față de jetul fluidului cu particule abrazive (B. Ciobanu, 2003).

Uzura hidroabrazivă este un fenomen complex care apare la generatoarele și

motoarele hidraulice care/și prin care se tranzitează fluide polifazice. Aceasta duce la o

reducere a eficienței și duratei de viață a turbinelor hidroelectrice, cauzând probleme în

exploatare și în întreținere.

În lucrarea (L. A. Teran et. al., 2016) autorul definește hidroabraziunea ca o

tensiune tribologică asupra suprafețelor unor organe de mașini ca rezultat al curgerii

lichidelor ce conțin particule solide.

U. Helbing folosește termenul de hidroabraziune în mod special pentru efectele de

uzură și rupere, ce pot avea loc în ingineria hidraulică, de exemplu, uzarea canalelor prin

care circulă noroi și alte resturi ca rezultat al curgerii apei (U. Helbing et al., 2005).

Tabelul 1.3. Descrierea pe baza aspectului vizual a hidroabraziunii turbinelor hidraulice

(H. Brekke, 2002)

Tip Descriere Luciu metalic O suprafață strălucitoare fără urme de vopsea, piatră sau

rugină

Hidroabraziune fină O suprafață cu solzi fini, superficiali, care sunt rari și localizați separat

Hidroabraziune scalară O suprafață acoperită în întregime cu o peliculă de piatră de adâncime

Hidroabraziune grosieră de mari dimensiuni

O suprafață acoperită în întregime cu solzi de piatră profunzi și extinși

Hidroabraziune în profunzime O suprafață acoperită cu canale adânci și lungi

Dacă prin termenul de hidroabraziune sunt oferite informații exacte despre cauza

care produce degradarea unui organ de mașină, prin termenul de eroziune aflăm informații

doar despre efectul de degradare a proprietăților (aspect, volum, greutate etc.). În general,

este dificil să se facă distincția între tipurile de uzură care se întâlnesc la

mașinile hidraulice.

31

1.6.2. Uzura hidroabrazivă pe turbinele Pelton

Accelerarea particulelor depinde în mare măsură de mărimea racordului și a

capătului turbinei şi nu depășește valoarea de 50000 m/s2. În general, turbinele Pelton

figura 1.13 sunt proiectate pentru o viteză scăzută.

Figura 1.13. Schema elementelor componente ale turbinei Pelton

(www.rivers.bee.oregonstate.edu).

Viteza mare și accelerația particulelor din instalație sunt principalele cauze

care produc uzura hidroabrazivă a acestora. Pentru a studia fenomenul de uzură

hidroabrazivă a turbinei Pelton, a fost aleasă studierea sistemului duză și rotor,

deoarece aici se manifestă cel mai des acest fenomen.

1.6.2.1. Sistemul ac-inel (duză) al turbinei Pelton

Duza turbinei Pelton este compusă dintr-un inel și ac. Capul turbinei Pelton poate

dezvolta un jet de apă cu o viteză de până la 150 m/s, care poate deteriora, atât duza, cât și acul.

a) b)

Figura 1.14. Uzura hidroabrazivă a duzei și a acului de turbină Pelton: a) ac duză; b) inel

duză (O.G. Dahlhaug et al., 2009).

Fotografiile din figura 1.14 prezintă locul unde a avut loc uzura hidroabrazivă

produsă de particule abrazive pe duză și pe acul turbinei Pelton, aceste locuri sunt

32

evidențiate cu culoare roșie. Protecția acului și a inelului duzei se poate face aplicând un

strat subțire ceramico - metalic. Acest strat contribuie la îmbunătățirea rezistenței la uzură

hidroabrazivă, provocată de hidroabraziunea solidelor aflate în lichid.

1.6.2.2. Rotorul turbinei Pelton Uzura hidroabrazivă se întâlnește pe toate componentele turbinei, cu toate acestea

natura uzurii este diferită. În rotorul turbinei Pelton, accelerarea normală absolută poate fi

cuprinsă între 50000 ÷ 100000 m/s2. O astfel de accelerație mare este principalul motiv al

apariției uzurii hidroabrazive ale paletelor rotorului. Paletele directoare și marginile acestora

sunt cel mai grav avariate din cauza lovirilor directe ale particulelor. În figura 1.15b sunt

prezentate efectele negative ale uzurii hidroabrazive pe paletele turbinei.

a) b)

Figura 1.15. Uzura hidroabrazivă a paletelor de rotor Runner: a) suprafața paletei

rotorului; b) splitter (H.P. Neopane et al., 2011).

Particulele mari, de exemplu, mai mari de 0,5 mm, provocă grave daune la

paletele rotorului turbinei Pelton. Acestea creează uzură hidroabrazivă la intrarea în paletă

și în cavitatea acesteia figura 1.16.

Figura 1.16. Traseele urmate de particule într-o paletă de rotor Pelton (B. Thapa, 2004).

33

Particulele fine, pot aluneca împreună cu apa în interiorul paletei de rotor și lovesc

suprafața spre marginile de evacuare figura 1.16, cauzând o uzură hidroabrazivă severă la

vârful paletei, datorită distorsiunii profilurilor paletei de rotor de la vârf.

În lucrarea (B. Thapa, 2004) autorul a subliniat câteva concluzii bazate pe

diferitele observații ale exemplelor de hidroabraziune ale centralelor hidroelectrice:

� dacă particulele sunt fine (aluviuni), atunci va fi o hidroabraziune pe ax și

nu va mai fi o hidroabraziune la paletele de rotor;

� dacă particulele sunt grosiere (nisip), atunci nu va fi o hidroabraziune la

paletele de rotor însă va exista o hidroabraziune mai mică la acul duzei;

� la particule de dimensiuni medii, atât acul, cât și paletele de rotor

vor fi erodate.

1.6.3. Uzura hidroabrazivă pe turbinele Francis

În general, turbinele Francis sunt proiectate pentru funcționarea la viteze mari.

Capul turbinei Francis este afectat de cele mai multe ori de efectele hidroabraziunii

particulelor abrazive.

a) b)

Figura 1.17. Turbina Francis: a) schema de funcționare a turbinei Francis

(www.rivers.bee.oregonstate.edu); b) uzura hidroabrazivă a paletelor Francis.

Brekke (H. Brekke, 2002) a clasificat componentele turbinei Francis în patru

grupe, în scopul de a studia fenomenul uzurii hidroabrazive figura 1.17. Acestea sunt:

sistemul de admisie, sistemul de palete de ghidare, rotorul și conducta de admisie

cu garniturile de etanșare.

34

1.6.3.1. Sistemul de admisie al turbinei Francis

Sistemul de admisie al turbinei Francis constă în colector, duză, sistem bypass și

carcasă spiralată. Comparativ cu duza de intrare a turbinei Pelton, duza turbinei Francis

suportă o presiune cu 50 % mai mică în timpul închiderii din cauza presiunii create de

paletele rotorului. Prin urmare, supapa de admisie a turbinei Francis are o garnitură de

cauciuc care are o mai bună rezistență la uzură.

Este important ca sistemul bypass să fie mai mare pentru a crea o presiune mai

ridicată în carcasa tip spirală, înainte de a deschide duzele, deoarece presiunea scăzută din

timpul deschiderii carcasei spiralate vor duce la creșterea deteriorării garniturilor

dispozitivelor de etanșare.

Prin urmare, sistemul de bypass în turbina Francis trebuie să fie mai puternic

decât la turbina Pelton pentru a crea o presiune mai mare în carcasa spirală (H.P. Neopane

et al., 2011). Paletele sunt astfel proiectate încât debitul și direcția fluxului în

turbină să nu fie afectate.

a) b)

Figura 1.18. Uzura hidroabrazivă a paletelor de turbină Francis de la centrala Cahua

(Peru): a) intrarea la paletele staționare; b) canale inelare tipice în apropiere de

marginile conductelor (H.P. Neopane et al., 2010).

Datorită carcasei de tip spirală, se creează în interiorul acesteia un flux secundar la

un unghi incorect care e direcționat spre partea de sus și de jos a regiunii de admisie a

paletelor staționare provocând o hidroabraziune secundară în turbinele de înaltă presiune.

Un astfel de fenomen s-a observat la centrala Cahua (H.P. Neopane et al., 2007) unde

vopseaua și o parte din materialul metalic au fost îndepărtate din cauza hidroabraziunii.

Coroziunea urmată de îndepărtarea vopselei accelerează viteza de hidroabraziune şi, cu

toate acestea, inelele staționare reduc fluxul incorect și minimizează hidroabraziunea la

intrare în paletele staționare.

35

1.6.3.2. Sistemul paletelor de ghidare al turbinei Francis

Sistemul paletelor de ghidare este extrem de afectat de fenomenul de uzură

hidroabrazivă din cauza vitezei absolute mari și a accelerării. Hidroabraziunea la paletele de

ghidaj, provocată de apa încărcată cu nisip, poate fi clasificată în următoarele patru categorii

(H. Brekke, 2002):

� hidroabraziunea din zona de ieșire este provocată de viteza mare a nisipului fin;

� fluxul de hidroabraziune secundar se întâlnește în spațiul dintre paletele de

ghidaj și paletele staționare și este cauzat de particulele de dimensiuni fine și medii,

acestea provocând șanțuri de tip potcoavă pe conturul paletelor de ghidaj;

� scurgerile datorate hidroabraziunii din spațiul dintre paletele de ghidare și

placă, cauzează separări locale și turbulențe la partea de intrare la refulare și în

partea de ieșire la aspirație cauzând un canal adânc în partea de jos și de sus

al paletelor de ghidaj;

� hidroabraziunea accelerată este cauzată de separarea particulelor mari de la

liniile de curent al fluxului principal, datorate rotației apei în fața rotorului.

a) b)

Figura 1.19. Uzura hidroabrazivă a paletelor de ghidaj și a plăcilor observate la Centrala

electrică Cahua: a) palete erodate; b) vortexuri de tip potcoavă la plăcile cu care se confruntă

(H.P. Neopane et al., 2011).

Studiile întreprinse la centrala electrică Cahua au evidențiat figura 1.19 a) mai

multe urme de uzură hidroabrazivă în apropierea zonei de tranziție a capacului inferior,

datorită accelerării ridicate și vitezei mari din paletele de ghidaj în cascadă.

Hidroabraziunea de pe paletele de ghidare ale turbinei poate fi redusă prin realizarea unui

jet de apă cu o viteză mai uniformă. Unghiul de evacuare al paletelor staționare ar trebui să

fie ales astfel încât paletele de ghidaj să fie în poziție neutră (H. Brekke, 2002).

În mod similar, reducerea spațiului liber dintre paletele de ghidaj și plăcile cu

care se confruntă, evită fluxul în cruce și fluxul secundar. Etanșarea metalului este utilizată

36

pentru a reduce decalajul dintre paletele de ghidaj și plăcile cu care se confruntă, cu

intenția de a îmbunătăți eficiența, dar acest lucru ar putea fi mai distructiv odată ce

deteriorarea la un astfel de sigiliu începe (H.P. Neopane et al., 2009). Capacele vor fi

expuse la hidroabraziune datorită curenților secundari, în special la colțurile dintre

placă și paletele de ghidaj.

Pentru a evita uzura hidroabrazivă este recomandat ca spațiul liber dintre paletele

de ghidaj ale turbinelor să fie între 0,1 ÷ 0,3 mm sub presiune și duritatea paletelor de

ghidaj realizate din 16Cr5Ni să fie cuprinsă între 350 ÷ 400 HB, iar placa cu care se

confruntă să fie realizată din 17Cr1Ni și duritatea să fie de 300 HB,

(H.P. Neopane et al., 2011).

1.6.3.3. Rotorul turbinei Francis

Regiunea de admisie a rotorului este sensibilă la o distribuție incorectă de

presiune între presiune și aspirație și orice separare cauzată de acest lucru poate provoca

grave hidroabraziuni locale la intrare, datorită nisipului cu granulație fină.

Uzura hidroabrazivă a rotorului centralei electrice Cahua este prezentată în

figura 1.20 (H.P. Neopane et al., 2010).

a) b)

Figura 1.20. Uzura hidroabrazivă la rotorul centralei Cahua: a) la ieșirea din rotor;

b) la partea presurizată a lamei (H.P. Neopane et al., 2011).

Fluxul în cruce care curge de la ax către învelișul protector cauzat de lamelele

înclinate incorect va duce, de asemenea, la creșterea așa numitelor vortexuri de tip

potcoavă la baza paletelor. Etanșeitățile dintre spațiile libere ale labirintului pot suferi uzuri

hidroabrazive, precum și acțiuni de abraziune datorită mediului de lucru cu nisip grosier.

Eficiența etanșeității labirintului este invers proporțională cu diferența între spații

(H.P.Neopane et al., 2011).

37

CONCLUZII

În industrie materialele pe care sunt depuse straturi subţiri pot avea utilizări

diverse: industria pompelor de apă murdară, industria constructoare de utilaje agricole,

industria petrochimică, industria navală (elicea vapoarelor), precum şi pentru construcția

paletelor turbinelor hidraulice. Din punct de vedere al construcției turbinelor hidraulice s-a

constatat o diversificare a construcției acestora, respectiv ale rotoarelor și paletelor;

turbinele cu acțiune de tip Pelton, s-au dezvoltat foarte repede, realizându-se turbine de

putere mare (110 MW). Limita inferioară a căderii pentru unitățile mari este de 400 m.

În ceea ce privește materialele utilizate în construcția paletelor turbinelor hidraulice

se poate concluziona că:

� oțelurile inoxidabile speciale sunt cel mai utilizate în construcția

turbinelor hidraulice;

� creşterea rezistenței la uzură hidroabrazivă a oțelurilor inoxidabile speciale se

poate realiza prin tratamente termice, termochimice sau depuneri de straturi

subțiri.

Materialul de bază utilizat va fi oțelul inoxidabil GX3CrNi134 (DIN 1.6982) care

are proprietăți foarte bune de rezistență la coroziune, dar are duritatea scăzută. Pentru

creșterea rezistenței la uzură hidroabrazivă vor fi depuse straturi subţiri prin

două metode de depunere.

În ceea ce privește metodele de depunere a straturilor subțiri consider că metoda de

depunere prin pulverizare termică în jet de plasă (metoda PTJP) permite depunerea unei

diversități mari de materiale, în timp ce metoda de depunere cu electrod vibrator

(metoda EV) prezintă eficiență economică importantă prin comparație cu alte metode

traționale (galvanizare și cromare).

Realizarea stadiului actual al cercetărilor existente a permis analizarea critică a

puținelor rezultate identificate în literatura de specialitate cu privire la uzura

hidroabrazivă a straturilor subțiri depuse pe un material de bază. Astfel, a fost pus în

evidență un ansamblu strat - substrat realizat din materialul de bază (≡ strat), respectiv

materialul de depunere (≡ substrat).

S-a proiectat acest ansamblu strat-substrat, deoarece materialul de bază este cel

mai folosit ca material în construcția turbinelor de mare viteză, în timp ce materialele de

depunere (pulberi pe bază de W, Ni) au în compoziția chimică elemente care pot duce la o

durificare a stratului și respectiv la o creștere a rezistenței la uzură hidroabrazivă.

38

CAPITOLUL 2

OBIECTIVELE, PROGRAMUL ȘI METODOLOGIA

CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE

2.1. OBIECTIVELE CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE

În concordanță cu importanța temei de cercetare, obiectivul principal al

demersului științific constă în identificarea/realizarea unor depuneri de straturi subțiri care

să contribuie la creșterea fiabilității/durabilităţii paletelor turbinelor hidraulice, să reziste la

acțiunea distructivă cauzată de hidroabraziune și să aibă o eficiență economică ridicată.

Tabelul 2.1. Obiectivele tezei de doctorat

Obiective generale Activităţi

Realizarea unor materiale depuse cu straturi subţiri, superioare materialelor de

bază dar cu costuri mai mici decât a unor materiale

neacoperite scumpe (pulberi pe bază de W, Ni)

Corelarea proprietăţilor obţinute cu informaţiile deja existente

Pregătirea materialelor pentru depunerea straturilor

Realizarea depunerilor cu două tipuri de material de depunere pe un material de bază prin cele două metode de depunere

Verificarea rezistenței la hidroabraziune a straturilor obținute

Corelarea proprietăților obţinute cu informațiile privind proprietăţile materialelor deja existente

Interpretarea rezultatelor obţinute

Analiza structurii şi a proprietăților, chimice şi mecanice ale materialului

de bază

Determinarea compoziției chimice

Analiza structurală cu ajutorul microscopiei optice și electronice

Analiza microdurității materialului de bază

Analiza de microamprentare

Analiza comportării la coroziune a materialelor utilizate

Testarea straturilor subţiri rezistente la uzură

hidroabrazivă

Determinarea compactității stratului depus

Determinarea compoziției chimice

Determinarea microdurității stratului depus

Determinarea aderenței stratului la substrat

Obiective științifice Obținerea unor straturi subțiri cu caracteristici de rezistență bună la uzură hidroabrazivă în medii neutre și în medii corozive

Studierea aderenței straturilor subțiri dure depuse pe materialul de bază

Studierea metodelor folosite pentru depunerea unor straturi subțiri şi dure

39

Obiective tehnice Depunerea straturilor subțiri rezistente la uzură hidroabrazivă

Analiza structurii și a proprietăților fizice, chimice şi mecanice ale straturilor subţiri depuse

Realizarea instalației de testare a uzurii hidroabrazive

Testarea straturilor subţiri la aderență, coroziune și hidroabraziune

În acest sens, se dorește realizarea unor straturi subțiri cu aderență bună la substrat

și cu o rezistență foarte bună la hidroabraziune.

2.2. PROGRAMUL CERCETĂRILOR EXPERIMENTALE

Dacă în domeniul de cercetare al uzurii hidroabrazive literatura de specialitate

consemnează puţine lucrări (N. Agrawal, 2009 și K. Komvopoulos, 2008) situaţia în ceea

ce privește cercetarea uzurii hidroabrazive a straturilor subţiri este aproape inexistentă, atât

la nivel național, cât şi la nivel internațional.

Aplicabilitatea acestei teme reiese din faptul odată cu punerea în practică a

rezultatelor obținute acestea vor avea ca efect creșterea fiabilității/durabilităţii paletelor

turbinelor hidraulice Francis.

Tabelul 2.2. Programul cercetărilor experimentale

1. Stadiul actual al cercetărilor Realizarea stadiului actual al cercetărilor existente a permis analiza critică a rezultatelor identificate în literatura de specialitate cu privire la uzura hidroabrazivă, a straturilor subțiri depuse pe un material de bază şi a avut în vedere teme importante ale programului de cercetare doctorală cum ar fi: hidroabraziunea, oțelurile inoxidabile speciale, metodele de depunere, turbinele hidraulice și tipurile de straturi subțiri care pot fi depuse.

2. Alegerea şi analiza materialului de bază Ca urmare a documentării bibliografice realizate a fost identificat ca material de bază oţelul ferito - martensitic, GX3CrNi134 (DIN 1.6982), care face parte din clasa oţelurilor inoxidabile speciale. Această clasă de oțeluri este folosită pentru realizarea valvelor de aerisire ale motoarelor cu ardere internă şi a paletelor de turbină.

3. Pregătirea materialului de bază

Debitare

Debitarea materialului este necesară pentru obţinerea probelor care vor fi utilizate ca material de bază pentru depuneri de straturi subţiri, respectiv pentru investigații cu privire la structura şi caracteristicile ansamblului strat - substrat.

Şlefuire Procesul de șlefuire se va realiza în vederea obţinerii unei suprafeţe perfect plane, fără zgârieturi; proba este curăţată sub jet de apă pentru a fi îndepărtate toate particulele care au aderat în

40

timpul operaţiei de şlefuire la suprafaţa probei, pentru a se putea realiza analizele metalografice.

Sablare Sablarea se va realiza cu scopul de a obține o rugozitate corespunzătoare tipului de depunere (metoda PTJP), rezultând o aderență cât mai bună între strat şi substrat.

4. Analize ale materialului de bază

Spectrometrie Cu ajutorul spectrometrului de masă se va determina compoziția chimică.

Microscopie electronică

Analizele prin microscopie electronică (SEM - Scanning Electron Microscope) se vor efectua pentru a analiza suprafața și microstructura materialului de bază.

Microscopie optică

Analiza microscopică este necesară pentru a identifica tipul de structură a materialului de bază (feritică, martensitică, austenitică etc.), incluziunile metalice, mărimea şi forma granulaţiei.

Rugozitate Rugozitatea va furniza informaţii referitoare la topografia forma suprafețelor reale pe întinderea lor prin intermediul profilogramei.

Microduritate

Măsurătorile de microduritate vor oferi informaţii legate de microduritatea materialului de bază, pentru ca ulterior aceste valori ale durității să fie comparate cu valorile obținute la testarea straturilor subțiri.

Coroziune

Determinarea coroziunii prin metoda electrochimică se va realiza prin analiza corelaţiei directe care există între curentul măsurat între electrozi şi cantitatea de material de bază transferat în mediul coroziv.

Difractrometrie cu radiații X

Difracţia cu radiații X reprezintă o tehnică non-distructivă care va fi utilizată pentru identificarea şi determinarea calitativă şi cantitativă a compuşilor chimici metalici din materialul de bază.

Aderenţă Prin testele de aderenţă se vor determina forţele de frecare şi coeficienţii de frecare statici şi dinamici la scară micro în mişcare de rotaţie pentru diverse combinaţii de materiale.

Hidroabraziune

Testele de uzură hidroabrazivă pe materialul de bază se vor realiza în scopul comparării uzurii materialului de bază și a materialelor depuse cu straturi subțiri, pentru a vedea care rezistă mai bine la hidroabraziune.

5. Alegerea materialelor de depunere Metco 71NS (WC12Co) este un aliaj pe bază de wolfram, care are în componenţă carbon şi cobalt. Deloro 60 este un aliaj pe bază de nichel, care are în compoziţie crom şi bor utilizat la realizarea de acoperiri dure rezistente la abraziune şi coroziune.

6. Alegerea metodelor de depunere � metoda de depunere prin pulverizare termică în jet de plasmă (PTJP); � metoda de depunere cu electrod vibrator (EV).

41

5. Parametrii tehnologici de depunere Depunerile prin metoda EV cu electrozi compacţi se desfăşoară cu o tensiune cuprinsă între 15 ÷ 220 V, cu o frecvenţă a vibraţiilor cuprinse între 50 ÷ 300 Hz, iar amplitudinea vibraţiilor în timpul depunerii nu depăşeşte 0,2 ÷ 0,5 mm. Principalii parametri tehnologici ai depunerii prin metoda PTJP, care influenţează calitatea stratului depus, sunt: distanţa de pulverizare dintre pistolul de pulverizare şi suprafaţa substratului, atmosfera de lucru și viteza liniară a jetului de plasmă.

6. Analiza stratului depus şi a interfeţei strat - substrat Microscopie

optică Cu ajutorul microscopului optic se va studia calitatea suprafeţei stratului depus (fisuri, neaderențe etc.).

Microscopie electronică

Analiza SEM pe strat se va realiza pentru a determina microstructura, grosimea stratului depus, precum și aria picăturilor formate pe suprafața depusă.

Rugozitate Determinarea rugozității se va realiza pentru a vedea cum influențează aceasta uzura hidroabrazivă.

Microduritate Măsurătorile de microduritate se vor face pentru a evidenţia influenţa stratului depus asupra caracteristicilor stratului.

Coroziune

Testele de coroziune ale straturilor depuse folosite la depunerea paletelor turbinelor hidraulice se vor face pentru a evidenţia rezistenţa materialului depus la mediile corozive în care lucrează (mediu acid sau bazic).

Hidroabraziune Testele de uzură hidroabrazivă pe materialul depus se vor face pentru a determina rezistența la uzură hidroabrazivă a paletelor de turbină.

Măsurarea pierderii de masă

Măsurarea pierderii de masă cauzate de procesul de uzură hidroabrazivă pentru probele depuse se va face cu ajutorul balanței electronice.

Difractrometrie cu radiații X

Difractrometria cu radiații X va fi utilizată pentru a identifica compuşii chimici și fazele formate în stratul depus.

Aderenţă Testele de aderenţă se vor desfășura pentru a studia procesul de alunecare sacadată (stick - slip), forţele de adeziune şi procesele de uzare pentru a determina rezistenţa straturilor subțiri.

7. Analiza grafică Rezultatele obţinute se vor reprezenta grafic pentru a putea fi analizate și pentru a evidenţia valori minime, medii și maxime pentru testele de rugozitate, microduritate și uzură hidroabrazivă.

8. Discuţii asupra rezultatelor Discuţiile asupra rezultatelor asigură integrarea contribuţiilor personale în sistemul de cunoştinţe anterioare. Sunt necesare discuţii teoretice pentru justificarea formulării stadiului iniţial în planul lucrării, încadrarea temei cercetate în contextul domeniului şi aportul cercetării la clarificarea şi precizarea unor aspecte legate de uzura hidroabrazivă.

9. Interpretarea rezultatelor Rezultatele obţinute vor fi interpretate în scopul identificării unor explicaţii corecte a testelor experimentale şi a depistării unor soluţii de creștere a fiabilității paletelor de turbină.

42

10. Concluzii Concluziile tezei vor prezenta rezultatele obţinute într-o manieră concisă şi coerentă, astfel încât acestea să fie în conformitate cu rezultatele demersului ştiinţific iniţiat ȋn această lucrare, evidenţiind, atât contribuţiile personale, cât şi perspectivele de dezvoltare ale tematicii.

Prin experimentele care se vor realiza se va urmări obţinerea unor straturi subţiri,

cu proprietăți chimic, mecanice şi structurale care completează caracteristicile oţelurilor

inoxidabile speciale utilizate la realizarea paletelor turbinelor hidraulice.

2.3. METODOLOGIA CERCETĂRII EXPERIMENTALE

Oţelurile inoxidabile speciale au slabe proprietăţi de rezistenţă la uzură abrazivă şi

hidroabrazivă, iar scopul cercetării reprezintă remedierea acestor dezavantaje prin

depunerea de straturi subţiri dure pentru îmbunătăţirea rezistenţei la uzură (hidroabrazivă).

Depunerea de straturi subţiri prin metoda PTJP are avantajul că poate folosi

materiale cu punct de topire foarte ridicat. Utilizarea pulverizării termice permite creşterea

productivităţii, îmbunătăţind, nivelul calitativ al pieselor finite. Pulverizarea termică,

datorită condiţiilor de depunere, creează o zonă de microaliere întinsă, adică o ancorare

puternică strat - substrat.

Depunerea de straturi subţiri prin metoda EV a fost aleasă deoarece se pot obţine

straturi subţiri cu aderenţă bună la substrat şi pot fi realizate grosimi diferite în funcţie de

numărul de treceri ale electrodului pe piesă.

Pentru verificarea rezistenţei la uzură hidroabrazivă a straturilor depuse se va

utiliza o instalaţie (de concepţie proprie) cu viteze variabile şi cu unghiuri de incidență

diferite între probe şi particulele abrazive.

Probele vor fi pregătite metalografic (debitare, șlefuire etc.) pentru a analiza

structura materialului de bază și a materialului de depunere la microscopul optic și pentru a

obține suprafața necesară în vederea realizării depunerilor (pentru depunerea cu

electrod vibrator).

După depunerea straturilor subțiri se vor analiza proprietăţile mecanice şi chimice

ale ansamblului strat-substrat. Totodată, se vor efectua analize la microscopul electronic şi

prin microanaliza cu radiații X cu dispersia după energie a radiației X (EDX, Energy

Dispersive X-ray Microanalysis) pentru evidenţierea structurii strat - substrat şi a repartiţiei

elementelor chimice pe suprafaţă.

43

Studierea rugozităţii stratului depus este importantă deoarece înălţimea

neregularităților influenţează tipul de curgere a fluidelor în funcție de tipul suprafeței cu

care intră în contact (laminară și/sau turbulentă în funcție de clasa de rugozitate).

Testele de coroziune prezintă modul ȋn care straturilor depuse influenţează asupra

caracteristicilor de rezistenţă la coroziune în medii agresive chimic ale depunerilor pe un

oţel din clasa oţelurilor inoxidabile speciale utilizate la realizarea paletelor de turbine.

Testele de aderenţă (scratch - test) dau indicaţii despre ancorarea stratului la

substrat şi despre forţa de apăsare maximă suportată de ansamblul strat - substrat.

Tabelul 2.3. Aparatura utilizată

DENUMIRE ECHIPAMENTE METODE /

INVESTIGAȚII Metode de depunere

Elitron 22A

Metoda EV

Sulzer Metco 9MCE

Metoda PTJP

Pregătirea probelor

Metacut M250

Debitarea materialelor

Forcipol 2V

Pregătirea

metalografică a

probelor – şlefuire

Sealey SB974

Sablarea probelor

44


INVESTIGAȚII Caracterizarea probelor

Spectrometrul

Foundry Master

Determinarea

compoziţiei chimice

prin analiza spectrală

Microscop optic

Zeiss, tip Axio

Observer D1M

Analiza structurală

prin microscopie optică

SEM model Vega II

LMH

Analiză microscopie

electronică şi analiza

cantitativă EDX

Difractometru de

raze X-X’pert Pro

Mrd

Analiză calitativă de

fază prin investigaţii

difractometrice cu

radiaţii X

Microdurimetru CV

Instruments 400DM

Testarea microdurităţii

Rugozimetru

Mitutoyo SJ-301

Determinarea

rugozităţii

Profilometrul scan

Explorer Nanofocus

Taylor-Hobson

Determinarea

profilului suprafeţei

45


INVESTIGAȚII Potenţiostatul

VoltaLab 21

Determinarea

rezistenţei la coroziune

Microtribometrul

Cetr- UMT-2

Determinarea

tribologiei materialului

Investigaţiile se vor realiza pe materialul de bază, pe materialul de depunere,

punând în evidenţă caracteristicile structurale, precum şi proprietăţile chimice şi mecanice

ale ansamblul strat - substrat.

46

CAPITOLUL 3

METODE ȘI APARATURĂ

3.1. METODE ŞI INSTALAȚII DE DEPUNERE A

STRATURILOR SUBȚIRI

3.1.1. Metoda şi instalația de depunere prin pulverizare termică în

jet de plasmă (PTJP)

Pulverizarea termică în jet de plasmă figura 3.1 reprezintă topirea şi pulverizarea

pulberilor de metal sau nemetal cu ajutorul plasmatroanelor. Temperatura din interiorul

norului de plasmă poate ajunge la 16000 0C.

Figura 3.1. Schema procesului de depunere prin metoda PTJP (www.stellite.com, 2016).

Pulberea de material metalic este condusă în jetul de plasmă cu ajutorul unui gaz

inert utilizat ca element transportor, prin intermediul unui injector lateral.

Metoda PTJP constă în utilizarea curentului continuu sub formă de arc electric

format între un anod și un catod de wolfram. Se formează un jet de gaz puternic ionizat

(plasmă) sub formă de nor de plasmă, unde materialul topit este pulverizat pe suprafața

substratului (W. C. Hung et al., 2015).

În scopul depunerii de straturi subţiri prin pulverizare termică în jet de plasmă se

va utiliza instalația Sulzer Metco 9MCE din dotarea Facultății de Mecanică, Universitatea

Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iași.

Pistolul de pulverizare a instalației de depunere cu plasmă este componenta

principală a instalației şi este compus dintr-un anod de Cu (duza) şi un catod de W, iar

gazul inert trece printr-o duză producându-se un arc electric. Când gazul trece prin arcul

47

electric dintre cei doi electrozi din interiorul pistolului, materialul se disociază şi se

ionizează formând plasmă, care este folosită ca sursă de energie termică

concentrată (V. Deynse, 2015).

La ieșirea din duză, ionii gazului se recombină, cedând energia absorbit într-un

timp foarte scurt, ceea ce duce la formarea unui jet de plasmă care are o temperatură foarte

ridicată (Y. Chen et al., 2014). Temperatura jetului de plasmă este cuprinsă între

10000 ÷ 16000 0C. Viteza jetului de plasmă este de peste 3000 m/s (www.plasmajet.ro).

Figura 3.2. Instalaţia de depunere în jet de plasmă Sulzer Metco 9MCE.

Datorită vitezei şi presiunii mari a plasmei, pulberea este pulverizată pe suprafața

materialului de bază cu o viteză cuprinsă între 450 ÷ 650 m/s, iar distanța de pulverizare

este cuprinsă între 25 ÷ 200 mm figura 3.2.

3.1.2. Metoda şi instalația de depunere cu electrod vibrator (EV)

Principiul depunerii de straturi subţiri cu electrod vibrator figura 3.3 se bazează

pe fenomenul de electroeroziune şi transferul polar al materialului anodului (electrod) la

catod (piesa metalică) în timpul descărcării electrice.

Figura 3.3. Schema procesului de depunere prin metoda EV.

48

Transferul de material de la electrod spre piesă asigură stratului superficial format

proprietăți bine determinate atât din punct de vedere fizic, cât şi chimic.

Datorită fenomenelor care apar în timpul procesului de depunere, forma picăturii

metalului lichid se deformează şi apoi se împrăștie. În timpul depunerii are loc de cele mai

multe ori o combinare a materialului topit cu a electrodului, iar cantitatea de metal topit de

pe anod este cu mult mai mare decât cea formată pe catod (Chen, Z, et al., 2016).

Metoda EV prezintă o serie de avantaje, în comparație cu alte metode: stratul de

metal depus are o aderenţă bună cu materialul de bază; se pot realiza depuneri cu aliaje

metalice sau cu metale pure, inclusiv W, Ni. Metoda se realizează la temperaturi cuprinse

între 5000 ÷ 11000 0C.

Instalația care se va folosi pentru realizarea depunerilor este ELITRON 22 A, din

dotarea Facultății de Știința şi Ingineria Materialelor din Iași, laboratorul Proprietățile

Materialelor Metalice din cadrul Departamentului Tehnologii și Echipamente pentru

Procesarea Materialelor figura 3.4.

Figura 3.4. Instalația de depunere prin metoda EV tip Elitron 22A.

Etapele realizării depunerilor prin metoda EV cu electrozi sunt: stabilirea

regimurilor de lucru, a amplitudinii şi a intensității.

3.2. ECHIPAMENTE PENTRU PREGĂTIREA PROBELOR ÎN

VEDEREA REALIZĂRII INVESTIGAŢIILOR METALOGRAFICE

Echipamentele utilizate pentru pregătirea probelor se găsesc în laboratorul

Proprietăţile materialelor metalice din Departamentul de Tehnologii şi Echipamente pentru

Procesarea Materialelor de la Facultatea de Știința şi Ingineria Materialelor din Iași.

49

3.2.1. Maşina de debitat probe Metacut - M 250

În cazul probelor obţinute prin cele două metode de depunere (EV, PTJP),

debitarea se va realiza folosind mașina de debitat cu discuri abrazive cu lichid de răcire

Metacut, prezentată în figura 3.5.

Figura 3.5. Elementele componente ale mașinii de debitat Metacut M250: 1. Orificiu pentru

tăiat piese lungi; 2. Pânză; 3. Sistem de răcire; 4. Sistem de siguranță ; 5, 6. Sistem prindere

piesă cu manetă/cu arc; 7. Piesă; 8. Întrerupător bec; 9.Pornire/oprire pompă;

10, 11. Pornire/Oprire motor;12. Decuplare sursă; 13. Motor; 14. Manetă de acționare

motor; 15. Vizor (Manual de utilizare Metacut).

Răcirea se face cu ajutorul unui lichid de răcire având în compoziție 75 % apă

și 25 % soluție de detergent industrial.

3.2.2. Maşina de şlefuire şi lustruire Forcipol 2V

Şlefuirea probelor în vederea pregătirii metalografice se realizează cu ajutorul

hârtiei metalografice în ordinea scăderii granulaţiei particulelor abrazive.

Procesul de șlefuire se realizează în vederea obţinerii unei suprafeţe perfect plane,

fără zgârieturi. După ce procesul de șlefuire a luat sfârşit, proba este curățată sub jet de apă

pentru îndepărtarea tuturor particulelor care au aderat în timpul operației de șlefuire, la

suprafața probei.

După operația de șlefuire urmează operația de lustruire care se realizează pe

aceeași mașină FORCIPOL 2V (realizată de firma Metkon) cu pâslă și se execută în scopul

înlăturării ultimelor zgârieturi de la șlefuire şi pentru a obţine o suprafață cu un luciu

oglindă (www.metkon.com, 2016).

50

Figura 3.6. Maşina de şlefuire şi lustruire FORCIPOL 2V (Manual de utilizare

FORCIPOL 2V).

Mașina de șlefuit FORCIPOL 2 V figura 3.6 este compactă fiind echipată cu 2

discuri cu diametrul de 250 mm pe care se pune hârtia abrazivă sau pâsla și care apoi este

prinsă de două discuri cu un inel de prindere. Aceasta este echipată, de asemenea, cu un

motor cu turaţie reglabilă 0,75 HP, tensiune 220 V, frecvenţă 50 Hz, permiţând o viteză a

discului cuprinsă între 50 ÷ 600 rot/min.

3.2.3. Instalaţia de sablare

Sablarea este procesul de curățare sau finisare prin suflare abrazivă a suprafețelor

cu ajutorul nisipului sau altor materiale abrazive granulare care sunt propulsate cu viteză,

cu ajutorul unui jet de gaze (aer comprimat) spre suprafețele de prelucrat. Instalaţia de

sablare utilizată este Sealey SB974 și se află în cadrul Facultăţii de Mecanică a

Universităţii Tehnice “Gheorghe Asachi” din Iaşi figura 3.7.

Figura 3.7. Instalația de sablare (Manual de utilizarea Sealey SB974).

Instalaţia are o carcasă realizată din oțel pe care este montat un ecran de vizualizare

din sticlă rezistentă la şocuri şi un dispozitiv de iluminare de joasă tensiune. Ușile laterale ale

instalaţiei sunt duble şi oferă acces ușor pentru mânuirea probelor. În incinta de sablare se

găsește un pistol de sablare care are în vârf montat o duză ceramică.

51

3.3. METODE ŞI ECHIPAMENTE DE INVESTIGARE A

PROPRIETĂȚILOR ANSAMBLULUI STRAT - SUBSTRAT

3.3.1. Echipamente utilizate pentru analize structurale

3.3.1.1. Microscopie optică

Microscopul care va fi utilizat este un microscop ZEISS - modelul

AxioObserver D1m, care funcționează pe principiul reflexiei luminii, dotat cu sistem de

achiziție şi analiză profesională aflat în dotarea Facultății de Știința şi Ingineria

Materialelor din Iași, Departamentul de Tehnologii şi Echipamente pentru Procesarea

Materialelor figura 3.8.

Figura 3.8. Microscopul ZEISS – modelul AxioObserver (www.zeiss.com, 2016).

Microscopul metalografic optic este utilizat pentru a realiza cercetări în ceea ce

privesc incluziunile metalice, mărimea și forma granulației (F. Hanning et al., 2014). De

asemenea cu acest microscop se poate vedea distribuția constituenților structurali existenți

într-un material metalic supus unor procese tehnologice: de prelucrare prin așchiere,

turnare, deformare plastică și sudare.

3.3.1.2. Microscopie electronică cu baleiaj (SEM)

Microscopia electronică este o metodă modernă, neinvazivă pentru analiza

imagistică obiectivă şi specializată a caracteristicilor anatomice ale materialelor la nivel

microscopic.

Tehnologia SEM reprezintă o tehnică modernă de imagistică, cu scopul de a

vizualiza schimbările structurale apărute într-un material în urma unui proces chimic.

52

Analizele realizate pe SEM sunt: de microstructură, de starea suprafeţei, de grosimea

straturilor subţiri, de dimensionare, de analiza profilmetrică și de analiza 3D a suprafeţei

materialului depus.

Modelul II LMH de SEM produs de firma TESCAN din Cehia are montat și un

modul EDX de tip TAX QX2 produs de firma germană ROENTEC, acesta se află în

dotarea Facultății de Știința şi Ingineria Materialelor din Iași, Departamentul de Ştiinţa

Materialelor.

Microscopul SEM este alcătuit dintr-un tun de electroni cu filament realizat din

wolfram cu ajutorul căruia se pot obține rezoluţie de până la 3 nm la o tensiune de 30 kV,

având o putere de mărire cuprinsă între 13 ÷ 1000000 X (Manual de utilizare

VEGA II LMH).

Figura 3.9. SEM, model VEGA II LMH (Manual de utilizare,

Microscop electronic cu baleiaj, VEGA II LMH).

Componentele microscopului electronic cu baleiaj figura 3.9 pot fi grupate în

patru sisteme: sistemul de iluminare - produce fasciculul de electroni şi îl focalizează pe aliaj;

sistemul de culegere a informațiilor - culege şi amplifică semnalele fizice produse la

interacțiunea electronilor cu materialele studiate, sistemul de formare a imaginii - produce

pe cale electronică o imagine convențională a probei şi sistemul de vidare al incintei de

lucru. Microscopul electronic cu baleiaj are în componenţă un modul EDX cu care se poate

identifica compoziția chimică de pe o suprafață mică iar în timpul analizei, proba este

expusă unei unde de electroni în interiorul unui microscop electronic.

53

3.3.1.3. Examinarea nedistructivă electromagnetică cu ajutorul curenților

turbionari

Pentru a testa suprafața materialului de bază și a straturilor subţiri depuse, adică

pentru a se identifica eventualele crăpături din strat și substrat, s-a utilizat un nou tip de

metamaterial, inventat şi brevetat la INCDFT- IFT Iaşi, Laboratorul de Control Nedistructiv

şi denumit Swiss roll conic utilizat la realizarea unui traductor electromagnetic.

În figura 3.10 este prezentată schema de principiu a traductorului electromagnetic.

Figura 3.10. Traductorul electromagnetic.

Traductorul electromagnetic utilizat este de tip emisie - recepție. Partea de emisie

generează un câmp electromagnetic TMz / TEz polarizat și a fost realizată dintr-un cadru

rectangular cu o singură spiră, confecționat dintr-o sârmă de CuEm (pentru TEz, bobina de

emisie este paralelă cu suprafața inspectată).

Partea de recepție conține lentila cu metamateriale de tip Swiss roll conic, un

ecran conductor cu o fantă circulară cu diametrul de 0,1 mm și o bobină de recepție cu

diametrul de 1 mm, plasată în planul focal al lentilei (R. Grimberg et al., 2011).

Swiss roll conic este realizat dintr-o folie de Cu de ordinul micrometrilor,

laminată împreună cu o folie de poliamidă cu grosimea de 12 μm fără adezivi pentru a nu

avea pierderi în radiofrecvență.

Acest traductor a fost proiectat să funcționeze într-o gamă e radiofrecvență de la

zeci de Hz la sute de MHz. În cazul de față, frecvența optimă de funcționare determinată

experimental este de 105 MHz, frecvență determinată de parametrii geometrici ai Swiss

roll conic (A. Savin et al., 2015). Traductorul a fost cuplat la un Network Spectrum

Impedance Analyser 4395A – Agilent USA.

Pentru a se asigura scanarea completă a suprafeței testate este necesar conectarea

senzorului la un sistem de deplasare automat XY de tip Newmark USA cu minim 2 grade

de libertate.

54


caracteristicilor mecanice

3.3.2.1. Determinări de rugozitate

Pentru experiment se va utiliza un echipament specializat (marca Mitutoyo

SJ 301), pentru măsurarea rugozităţii suprafeţei probelor finisate prin lustruire figura 3.11.

Figura 3.11. Echipamentul pentru testarea rugozităţii suprafeţei,

Mitutoyo SJ - 301 (Manual de utilizare, Surftest Mitutoyo SJ-201/301).

Rezultatele măsurătorilor constau în determinarea unor parametri topografici

(abaterea medie aritmetică a profilului evaluat, Rq; înălțimea maximă a profilului, Rz;

abaterea medie pătratică a profilului evaluat, Rq), care oferă informații despre calitatea

suprafeţei straturilor subțiri.

3.3.2.2. Microdurimetrie

Testarea microdurității la metale este utilă pentru o varietate de aplicații pentru care

măsurătorile de duritate nu sunt posibile: testarea materialelor foarte subţiri, cum ar fi folii,

măsurarea straturilor subţiri obţinute prin depuneri. Microdurimetul CV - 400DM (construit

de firma Bowers Metrology) utilizat în cadrul cercetărilor doctorale se află în cadrul

Facultății de Știința și Ingineria Materialelor din Iași, Departamentul de Tehnologii şi

Echipamente pentru Procesarea Materialelor figura 3.12.

Figura 3.12. Microdurimetrul Vickers CV - 400DM (Manual de utilizare Microdurimetrul

CV - 400DM).

55

Acesta se utilizează pentru teste realizate pe: componente de precizie mare din

oţeluri, metale neferoase, materiale compozite, table, placări, depuneri cu straturi subțiri,

suprafeţe oxidate, metalele laminate și pe materiale metalice supuse unor

tratamente termice.

Metoda Vickers constă în apăsarea unui penetrator cu o viteză redusă şi cu o

anumită forţă predeterminată F pe suprafaţa materialului de încercat.

3.3.2.3. Analiza microamprentării şi a aderenței suprafeţei depuse

Evaluarea proprietăților mecanice esențiale ale straturilor subţiri, se face prin

măsurarea a două caracteristici ale materialelor şi anume duritatea (H) şi modulul de

elasticitate Young (E) cu ajutorul tehnicii de amprentare, iar pe baza acestora se determină

indicele de elasticitate (H / E) (X. Xu et al., 2015).

Testele de microamprentare şi testele de aderență se vor efectua cu ajutorul unui

echipament pentru determinări tribologice şi mecanice, numit Universal Micro - Tribometer

(CETR - UMT - 2) care se află în dotarea Laboratorului de Tribologie de la Facultatea de

Mecanică din Iaşi.

Figura 3.13. Aparat pentru determinări mecanice şi tribologice Universal

Micro - Tribometer.

Microtribometrul CETR - UMT - 2 figura 3.13 este un echipament modular

care oferă posibilitatea testării: uzurii la scară micro, microamprentării, microaderenței

(scratch - test).


caracteristicilor chimice

3.3.3.1. Spectrometrie

Identificarea operativă a calității aliajelor metalice se poate realiza prin analize

spectrale cantitative, care permit identificarea tuturor elementelor chimice care intră în

componența unei probe de studiat, într-un timp scurt.

56

Figura 3.14. Spectrometrul Foundry Master (www.barodametalcast.com).

Cu ajutorul spectrometrului Foundry Master figura 3.14 dezvoltat de firma

Oxford Instruments, aflat în dotarea Facultăţii de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor,

laboratorul Proprietăţile materialelor metalice, în cadrul Departamentului de Tehnologii şi

Echipamente pentru Procesarea Materialelor, se poate realiza analiza spectrometrică

(compoziţia chimică) a materialului de bază.

Pentru determinarea cantitativă a elementelor de aliere din componența probelor

metalice, spectrometrul cu emisie optică Foundry Master poate analiza probe din cinci

baze de aliaje (Fe, Cu, Al, Sn, Ti). Aceste cinci baze sunt stocate în softul specific

(WASlab) de analiză şi au rolul de a crește precizia datelor. Timpul de efectuare a

analizelor spectrale cantitative este redus (cca. 3 minute / probă), oferind informații precise

privind compoziția chimică procentuală a probei metalice analizate.

3.3.3.2. Difractometrie cu radiații X

Difractometria cu radiații X reprezintă o tehnică non - distructivă utilizată la

identificarea şi determinarea calitativă și cantitativă a compuşilor chimici metalici şi

nemetalici numiţi și faze. Determinarea compuşilor chimici se va efectua pe difractometrul

de radiații X - X'Pert Pro MRD din cadrul laboratorului de Studiul Materialelor al

Facultăţii de Mecanică Iaşi, acesta fiind produs de PANalytical Olanda figura 3.15.

Figura 3.15. Difractometrul de radiații X - X’Pert Pro MRD (www.xrpd.eu, 2016).

57

Acești compuși se formează în materialele solide compacte cât şi în pulberi.

Identificarea fazelor se realizează prin compararea difractogramei de radiații X obținută pe

proba de test cu una din difractogramele din baza de date (actualizată periodic de către

firma producătoare a echipamentului).

Sistemul de difracție X - X’Pert Pro are următoarele elemente de bază: incinta de

lucru, goniometrul, tubul ceramic de radiații X (cu anod de Cu), răcitorul și module optice

pentru radiațiile X incidente.

3.3.3.3. Determinări de coroziune

Metodele electrochimice ajută la studierea fenomenului de coroziune al

acoperirilor, deoarece coroziunea aliajelor în fluide sunt de natură electrochimică.

Evaluarea comportamentului la coroziunea electrochimică a straturilor subțiri se va realiza

cu următoarele metode de analiză: voltametria ciclică şi spectroscopia de impedanţă

electrochimică, folosind un echipament VoltaLab 21.

Potenţiostatul VoltaLab 21, prezentat în figura 3.16, este produs de firma

Princeton Applied Research.

Figura 3.16. Potenţiostat VoltaLab 21 (Manual de utilizare, Potenţiostat VoltaLab 21).

Caracteristicile acestui potenţiostat sunt următorii (Manual de utilizare

Potenţiostat VoltaLab 21): tensiunea de ieşire: +/- 30 V; curentul maxim de ieşire: +/-1 A;

tensiunea de polarizare: +/-15 V; domeniul de potenţial: +/-2 V, +/-4 V, +/-8 V, +/-15 V;

9 domenii curent: 10 nA ÷ 1A; rezoluţie 0.003 % din domeniu; viteza maximă de baleiere:

20 V/s; capacitatea de eliminare a zgomotului prin selectarea filtrelor corespunzătoare.

Testele de evaluare ale rezistenţei la coroziune se vor realizata cu ajutorul unui

Potenţiostat (model VoltaLab 21), iar curbele potenţiodinamice au fost determinate cu

ajutorul software-ului VoltaMaster 4. Analizând corelaţia directă care există între curentul

măsurat între electrozi şi cantitatea de metal transferată în mediul coroziv, se poate

determina viteza de coroziune pe cale electrochimică.

3.3.3.4. Procesul de demineralizare

Fluidul utilizat în cadrul testelor de uzură hidroabrazivă va fi supus, înainte, unui

proces de demineralizare, pentru a e

hidroabrazivă (exp. coroziunea).

Fluidele demineralizate sunt utilizate în diferite domenii şi industrii,

preponderenţă în industria farmaceutică

iar în cazul termocentralelor pentru producerea aburului necesar antrenării turbinelor.

Demineralizarea se obţine la nivel industrial prin

demineralizare a apei), care permite îndepărtarea sărurilor dizolvate şi a event

impurităţi în procent de 90 ÷ 99 %.

Demineralizarea fluidului utilizat se va face cu ajutorul instalaţiei de

demineralizare a apei de tip Pat Mixt din cadrul companiei S.C. Careu S.A

Figura 3.17. Instalaţie de

Procedeul chimic de demineralizare presupune în primă fază utilizarea de răşini

schimbătoare de ioni care schimbă ionii de hidrogen şi hidroxid, cu anionii şi cationii

conţinuţi de fluid. Procesul de deminera

încărcate la maxim cu cationi (cum ar fi sodiu, calciu, fier

clorurile și sulfații) şi care nu mai au ioni de hidrogen

necesită reîncărcarea cu ioni H

neutralizare, preluând H și O disponibili în regeneran

Recipientul din fibră de sticlă conţine un pat mixt de ră

(anioni - cationi). Acesta este conectat la un panou de comandă care are rolul de a permite

controlul stării răşinilor.

58

Procesul de demineralizare


proces de demineralizare, pentru a evita apariția factorilor care influențeaz

hidroabrazivă (exp. coroziunea).

demineralizate sunt utilizate în diferite domenii şi industrii,

preponderenţă în industria farmaceutică și electronică (la producerea circuitelor integrate),

în cazul termocentralelor pentru producerea aburului necesar antrenării turbinelor.

Demineralizarea se obţine la nivel industrial prin osmoză inversă (cel mai uzual sistem de

demineralizare a apei), care permite îndepărtarea sărurilor dizolvate şi a event

impurităţi în procent de 90 ÷ 99 %.


demineralizare a apei de tip Pat Mixt din cadrul companiei S.C. Careu S.A

Instalaţie de demineralizare a fluidelor (www.demineralizare.ro).



conţinuţi de fluid. Procesul de demineralizare continuă până la epuizarea răşinilor, care

încărcate la maxim cu cationi (cum ar fi sodiu, calciu, fier și cupru) şi anioni (cum ar fi

şi care nu mai au ioni de hidrogen și hidroxid disponibili pentru schimb,

area cu ioni H și OH. Răşinile elimină cationii şi anionii prin tratamentul de

și O disponibili în regeneranţii chimici (HCl și NaOH).

Recipientul din fibră de sticlă conţine un pat mixt de rășini schimb

tioni). Acesta este conectat la un panou de comandă care are rolul de a permite


ția factorilor care influențează uzura

demineralizate sunt utilizate în diferite domenii şi industrii, cu

ă (la producerea circuitelor integrate),

în cazul termocentralelor pentru producerea aburului necesar antrenării turbinelor.

osmoză inversă (cel mai uzual sistem de

demineralizare a apei), care permite îndepărtarea sărurilor dizolvate şi a eventualelor


demineralizare a apei de tip Pat Mixt din cadrul companiei S.C. Careu S.A figura 3.17.

delor (www.demineralizare.ro).



lizare continuă până la epuizarea răşinilor, care

şi anioni (cum ar fi

și hidroxid disponibili pentru schimb,

ăşinile elimină cationii şi anionii prin tratamentul de

și NaOH).

șini schimbătoare de ioni

tioni). Acesta este conectat la un panou de comandă care are rolul de a permite


În literatura de specialitate pentru studiul hidrodinamicii, curgerii fluide

specifice mașinilor hidraulice și pentru studiul uzurii hidroabrazive a elementelor

componente ale turbinelor hidraulice sunt prezentate instala

hidrodinamicii(cum ar fi tunelele hidrodinamice dezvoltate de cei de la firma CREMHyG)

și de testare a hidroabraziunii prezentată în

inventatorii Preece și Brunton (C.M.

Figura 4.1.Instalația de testare a uzurii hidroabrazive cu disc rotitor și impact cu

Aceste două tipuri de instala

CREMHyG este proiectată doar pentru a vedea hidrodinamica curgerii fluidelor

pentru a testa uzura hidroabrazivă,este scumpă

de către Preece și Brunton nu are posibilitatea dea realiza mai multe tipuri de reglaje

reproduce condițiile reale de curgere ale fluidului pe suprafa

4.1. CONCEPEREA INSTALA

Ca urmare a dezavantajelor de ordin constructiv şi func

prezentate anterior a fost concepută

condiţii similare celor din func

Instalația concepută va fi utilizată pentru a

de bază, precum și probele depuse prin cele dou

Instalaţia concepută pentru testarea uzurii hidroabrazive trebuie să permită

realizarea următoarele tipuri de reglaje

59

CAPITOLUL 4


HIDROABRAZIVE

În literatura de specialitate pentru studiul hidrodinamicii, curgerii fluide

șinilor hidraulice și pentru studiul uzurii hidroabrazive a elementelor

componente ale turbinelor hidraulice sunt prezentate instalații de testare a


e testare a hidroabraziunii prezentată în figura 4.1, care a fost dezvoltată de către

și Brunton (C.M. Preece et al., 1980).

ția de testare a uzurii hidroabrazive cu disc rotitor și impact cu

jet de lichid.

ouă tipuri de instalații prezintă unele dezavantaje majore: instalaţia

CREMHyG este proiectată doar pentru a vedea hidrodinamica curgerii fluidelor

pentru a testa uzura hidroabrazivă,este scumpă și are dimensiuni mari;instala

Brunton nu are posibilitatea dea realiza mai multe tipuri de reglaje

reale de curgere ale fluidului pe suprafața paletelor de turbină.

4.1. CONCEPEREA INSTALAȚIEI

Ca urmare a dezavantajelor de ordin constructiv şi funcțional ale instala

concepută o instalație astfel încât uzura probelor s

condiţii similare celor din funcționare (a paletelor de turbină), dar realizate în laborator.

va fi utilizată pentru a testa la hidroabraziune probele din materialul

și probele depuse prin cele două metode (metoda PTJP


realizarea următoarele tipuri de reglaje:


În literatura de specialitate pentru studiul hidrodinamicii, curgerii fluidelor

șinilor hidraulice și pentru studiul uzurii hidroabrazive a elementelor

ții de testare a


, care a fost dezvoltată de către

ția de testare a uzurii hidroabrazive cu disc rotitor și impact cu

ă unele dezavantaje majore: instalaţia

CREMHyG este proiectată doar pentru a vedea hidrodinamica curgerii fluidelor și nu

și are dimensiuni mari;instalaţia proiectată

Brunton nu are posibilitatea dea realiza mai multe tipuri de reglaje și nu

a paletelor de turbină.

ional ale instalaților

ție astfel încât uzura probelor să aibă loc în

ă), dar realizate în laborator.

testa la hidroabraziune probele din materialul

ă metode (metoda PTJP și metoda EV).


60

� reglarea unghiului de incidență (unghiul de atac) (α). Este unghiul la care

este poziționată proba față de direcția generală de curgere a fluidului (figura 4.2).

Figura 4.2. Reglarea unghiului de incidență: 1- axa de simetrie a probei;2 - tijă cu filet și

mecanism de prindere a probei; 3 - unghiul de incidență; 4 - direcția de curgere a fluidului.

� viteza periferică veste viteza cu care fluidul din instalație se deplasează pe

circumferință. Circumferința de testare este data de distanța de la axul motorului la probă

(figura 4.3).

v = 2πR/t (4.1)

unde: R - raza;

t - timpul.

� reglarea distanței dintre axul motorului şi probă. În figura 4.3 este prezentată

reglarea distanței dintre axul motorului şi probă, care se poate realiza prin înșurubarea sau

deșurubarea tijei cu filet și mecanism de prindere a probei (2) ce favorizează mișcarea

acestuia (apropiind sau îndepărtând proba (1) de axul motorului (3)).

Figura 4.3. Reglarea distanței dintre axul motorului şi probă(vedere de sus):

1) probă; 2) tijă cu filet și mecanism de prindere a probei; 3) ax motor.

� reglarea distanţei probei faţă de baza rezervorului. Reglarea distanței probei

de față de baza rezervorului se face pentru a realiza diverse grade de uzură, deoarece în

partea mai apropiată de baza rezervorului densitatea de particule abrazive (carborund, nisip)

este mai mare decât în partea mai îndepărtată de baza rezervorului. Pe axul motorului (1)

sunt înfiletate tijele cu mecanismul de prindere (2) a probelor (3), iar reglarea distanței se

61

face prin poziționarea probelor pe o tijă mai apropiată sau mai îndepărtată față de baza

rezervorului figura 4.4.

Figura 4.4. Reglarea înălțimii (H) a probei față de baza rezervorului:

1)axul motorului; 2)tijă cu filet și mecanism de prindere a probei; 3) probă.

� reglarea vitezei de rotație a axului figura 4.5. Reglarea vitezei în vederea

obținerii unei turații variabile se face cu un potențiometru, astfel se poate regla viteza

necesară realizării unor teste de uzură hidroabrazivă diferite.

Ν = n/t [rot/min] = 300 [rot/min](4.2)

unde: N-viteza de rotație a axului;

n-numărul de rotații complet parcurse;

t - timpul.

Figura 4.5. Reglarea vitezei de rotație a motorului.

Valoarea vitezei motorului este evidențiată în chenarul de culoare roșie.

4.2.PROIECTAREA INSTALAȚIEI

Proiectarea părții mecanice a instalaţiei detestare a uzurii hidroabrazive, întâlnită

la paletelor de turbină şi a paletelor de ghidare,a fost făcută în Catia V5 (Dassault

Systemes CATIA P2 V5R19). Aceasta este alcătuită dintr-un rezervor cilindric din inox, în

interiorul căruia este imersat într-un lichid, cu particule abrazive, un ax care este acţionat

62

cu viteze diferite de un motor. La celălalt capăt al axului este realizat un sistem de prindere

pe care sunt montate probele (figura 4.6).

a)

b)

Figura 4.6. Instalaţia de testare a uzurii hidroabrazive proiectată în Catia: a) vedere de

ansamblu; b) detaliu.

Proiectarea părții electrice a fost realizată cu ajutorul programului Circuit Wizard

deoarece acest program oferă posibilitatea de a combina realizarea circuitului cu proiectarea

PCB (Printed Circuit Board - placă cu circuit imprimat), de asemenea se poate simula şi

realiza CAD/CAM întregul circuit, într-un singur program. Prin integrarea întregului proces

de proiectare, Circuit Wizard oferă instrumentele necesare pentru a produce un proiect

electronic de la început până la sfârşit, inclusiv testarea pe ecran a PCB înainte de construcția

propriu-zisă.

Schema bloc a instalației conține două circuite de alimentare:

� un circuit de alimentare pentru alimentarea motorului cu tura

acesta având o tensiune de 60 V;

� un circuit de alimentare pentru instrumentele de măsurare care au o tensiune

de alimentare de 18 V.

În figura 4.7 este prezentată schema bloc a instal

Circuit Wizard.

D – Celulă de redresare;C – Condensator de filtraj; RT – Regulator de tensiune; P – Potenţiometru; IM – Invertor de turaţie;V – Voltmetru; ST – Stabilizator de tensiune; TRM – Tahometru; Tt– Traductor de turaţie;

Figura 4.7.

Pe circuitul de alimentare de la re

siguranță şi un întrerupător. Prezenţa curentului de alimentare este semnalizată prin becul

B care este în paralel cu transformatorul de alimentare

60 de V ce urmează a fi transformat în curent continuu de către celula de redresare

condensatorul electric C.

63

circuit de alimentare pentru alimentarea motorului cu tura

acesta având o tensiune de 60 V;

un circuit de alimentare pentru instrumentele de măsurare care au o tensiune

este prezentată schema bloc a instalaţiei experimentale proiectată în

Celulă de redresare;

Invertor de turaţie;

de turaţie;

CE – Ceas; TR – Termometru; TC – Termocuplu; M – Motor; S – Siguranţă; I – Întrerupător; B – Semnalizator prezență tensiune; TM – Transformatorul sistemului de măsură;T – Transformatorul motorului.

Figura 4.7. Schema bloc a instalaţiei experimentale.

Pe circuitul de alimentare de la rețeaua cu o tensiune de 220V sunt montate o

ă şi un întrerupător. Prezenţa curentului de alimentare este semnalizată prin becul

care este în paralel cu transformatorul de alimentare T prevăzut cu un

de V ce urmează a fi transformat în curent continuu de către celula de redresare

circuit de alimentare pentru alimentarea motorului cu turație variabilă,

un circuit de alimentare pentru instrumentele de măsurare care au o tensiune

aţiei experimentale proiectată în

Transformatorul sistemului de măsură;

rimentale.

țeaua cu o tensiune de 220V sunt montate o

ă şi un întrerupător. Prezenţa curentului de alimentare este semnalizată prin becul

prevăzut cu un circuit secundar de

de V ce urmează a fi transformat în curent continuu de către celula de redresare D şi

64

Realizarea turației variabile a motorului se face prin intermediul unui regulator de

tensiune RT prevăzut cu potențiometrul P utilizat pentru reglarea tensiunii. Tensiunea

obținută este afișată de voltmetrul legat în paralel cu sursa, iar pentru semnalizarea

curentului de alimentare a motorului se folosește ampermetrul A legat în serie cu sursa.

Instalaţia este prevăzută cu un întrerupător IM, care realizează şi inversarea

sensului de mers al motorului reversibil de curent continuu. Stabilirea turației motorului M

se face prin intermediul unui traductor Tt compus dintr-un senzor magnetic montat pe

rotorul motorului, un senzor de proximitate montat pe partea fixă a motorului în

apropierea rotorului, pentru a prelua semnalul de pe senzorul de pe rotor, şi un modul cu

display care afișează numărul de rotații al motorului.

Circuitul de alimentare a instrumentelor de măsură este prevăzut cu un transformator

TM de reducere a tensiunii și un redresor cu stabilizator de tensiune ST care alimentează

circuitul electronic de măsurare a turației TRM prevăzut cu traductorul Tt. Tot la acest este

alimentat şi instrumentul electronic digital de măsurare a tensiunii şi a curentului.

Proiectarea şi verificarea circuitului electric al instalaţiei de testare a uzurii

hidroabrazive a straturilor subţiri a fost realizată cu programul Circuit Wizard 1.15 figura 4.8.

Figura 4.8. Schema electrică a instalaţiei de testare a uzurii hidroabrazive proiectată şi

testată cu ajutorul programului Circuit Wizard.

65

Proiectarea schițelor de circuit se realizează prin selectarea componentelor

necesare dintr-o bibliotecă de date care trebuie conectate între ele şi apoi apăsat

butonul „Play” pentru a începe procesul de simulare figura 4.9.

Figura 4.9. Schema de testare a circuitului electric a instalaţiei proiectată cu ajutorul

programului Circuit Wizard.

Cu ajutorul acestui program, în urma desenării circuitelor, s-a creat cu o funcție

automată a modelului circuitului electronic al instalaţiei de testare a uzurii hidroabrazive

folosind diferite diagrame.

4.3. REALIZAREA INSTALAȚIEI

În partea de realizare a instalației s-a executat instalaţia propriu-zisă şi panoul

de comandă şi control. Instalaţia propriu-zisă este formată din rezervor și motor de agitare

cu senzor tahometru.

Panoul de comandă şi control are următoarele elemente componente:

cronometru, buton oprire - pornire, afişaj tahometru, buton de reglare a vitezei,

66

comutator de reglare a direcţiei motorului, afişaj termocuplu, ampermetru cu voltmetru

figura 4.10 și figura 4.11.

Figura 4.10.Instalaţia de testare a uzurii hidroabrazive cu panoul de comandă şi control.

Figura4.11. Partea mecanică a instalaţiei de testare a uzurii hidroabrazive cu

elementele componente.

Datele tehnice ale elementelor componente utilizate în realizarea instalației sunt:

� Motor:

� puterea motorului 300 W;

� turația 0 ÷ 3000 rot/min;

� tensiunea de alimentare 60 V;

� intensitatea maximă a curentului 5 A.

67

Cuplul motor fiind constant dictat de rezistența hidraulică, turația motorului

este aproximativ constantă şi nu este necesar un regulator de turație conectat la un

stabilizator de tensiune.

� Transformatorul de alimentare a motorului:

� asigură alimentarea motorului pană la o tensiune de 60 V.

� Tahometrul:

� panou de afișare

• tensiunea: curent continuu 8 ÷ 24V;

• intervalul de măsurare a rotațiilor: 10 ÷ 9999 rot/min;

• frecvența: 100 Hz;

� senzor de proximitate:

• detecție: magnetică;

• distanța de detecție: 1 mm÷ 10 mm;

Figura 4.12. Schema de legare a tahometrului la circuitul electric.

� Voltmetrul şi ampermetrul digital

� tensiune de funcționare: curent continuu 4,5 ÷ 30V;

� intensitate de funcționare: < 20 mA;

� tensiune măsură: curent continuu 0 ÷ 100V;

� intensitatea măsurată: 0 ÷ 10 A.

Figura 4.13. Schema de legare a voltmetrului şi a ampermetrului digital la circuitul

electric.

68

În figura 4.14 sunt prezentate componentele din interiorul panoului de comandă şi

control.

Figura 4.14. Componentele din interiorul panoului de comandă şi control.

Pentru măsurarea temperaturii lichidului din rezervorul unde se produce uzura

hidroabrazivă este utilizat un termocuplu cu afişaj digital cu sursă proprie de curent. De

asemenea, sistemul de măsurare a timpului dispune de sursă proprie de curent.

Reglarea tensiunii în vederea obţinerii unei turații variabile se face cu un

stabilizator de tensiune electronic prevăzut cu 2 tranzistoare de putere legate în paralel şi

un tranzistor de comandă BD135 legat în sistem Darlington.

Instalația realizată are următoarele tipuri de reglaje:

� reglarea unghiului de incidență figura 4.15;

Figura 4.15. Reglarea unghiului de incidență.

� viteza periferică

Figura 4.16.

� reglarea distan

Figura 4.17.

� reglarea distanţei probei faţă de baza rezervorului

Figura 4.18. Reglarea înăl

69

viteza periferică v figura 4.16;

Figura 4.16. Reglarea vitezei periferice.

reglarea distanței dintre axul motorului şi probă figura 4.17

. Reglarea distanţei dintre axul motorului şi probă.

reglarea distanţei probei faţă de baza rezervorului figura 4.18

Reglarea înălțimii probei faţă de baza rezervorului.

h1

h2

figura 4.17;

Reglarea distanţei dintre axul motorului şi probă.

figura 4.18;

ţă de baza rezervorului.

70

� reglarea vitezei de rotație a axului figura 4.19;

Figura 4.19. Reglarea vitezei de rotaţie a motorului.

Odată trasate aceste diagrame pot fi uşor simulate şi animate permiţând testarea şi

rafinarea circuitului. În mod alternativ, Circuit Wizard Professional Edition oferă o gamă

variată de instrumente concepute pentru a analiza performanţa unui circuit PCB şi de

aranjare a plăci pe o singură faţă şi/sau faţă-verso figura 4.20.

Figura 4.20. Circuitul integrat al instalaţiei de testare a uzurii hidroabrazive: 1)

punte redresoare; 2) tranzistor de putere; 3) condensatori electrolitici; 4) tranzistori

de putere - BD 135; 5) borne de conexiune; 6,7) rezistență; 8,9,11) diodă; 12) by-pass;

13)circuit imprimat.

71

Circuitul Wizard Professional Edition este o soluţie completă şi fiabilă de proiectare

electronică care oferă diagrame de circuit şi care permite efectuarea simulării PCB.

4.4. TESTAREA INSTALAȚIEI

Pentru testarea instalației este necesar un volum total de 20 litri de apă

demineralizată în care sunt adăugate 2 kilograme de material abraziv (10 % din volumul

lichidului). În cazul testării s-au folosit particule de carbură de siliciu (carborund) şi nu

nisip, deoarece nisipul sau pietrișul de râu au formă rotunjită, ceea ce nu favorizează

abraziunea de contact, pe când carborundul are muchii ascuțite şi duritatea foarte ridicată

(figura 4.21 şi figura 4.22), ceea ce accentuează hidroabraziunea, reducând timpul de

efectuare a testelor.

a) b) c) Figura 4.21. Analiza microscopică a pulberilor de carborund: a) 100X; b) 200X; c) 400X.

a) b) c)

Figura 4.22. Analiza SEM a pulberilor de carborund: a) 250X; b) 750X; c) dimensiune

particule.

Probele se pot regla la diferite unghiuri de contact producând în același timp şi

agitarea lichidului împreună cu particulele hidroabrazive. Agitarea este necesară pentru a

împiedica procesul de decantare a particulelor abrazive.

72

CONCLUZII

Instalația concepută pentru testarea la uzură hidroabrazivă are un grad mare de

noutate, deoarece dispune de diverse tipuri de reglaje. Aceasta a fost realizată astfel încât

să satisfacă cerinţele experimentului și să permită o testare la uzură hidroabrazivă cât mai

apropiată de cazurile de funcționare a paletelor turbinelor hidraulice.

Probele utilizate pentru experiment pot fi fixate sub unghiuri de incidență diferite.

Poate fi variată şi distanța dintre probe și axul motorului, fapt care duce la realizarea de

viteze periferice diferite.

Probele pot fi montate la înălţimi diferite față de baza rezervorului,ceea ce duce la o

uzură hidroabrazivă diferită, deoarece în partea mai apropiată de baza rezervorului

densitatea de particule este mai mare decât în partea superioară a rezervorului.

Pentru încercări de hidroabraziune în lichid pot fi puse diverse cantități de particule

abrazive cum ar fi: nisip, pietriș de râu, carborund etc.

Fluidul folosit la experimente poate fi atât apa demineralizată cât şi apă din diverse

surse (râuri, lacuri de acumulare, apa marină etc.).

73

CAPITOLUL 5

CARACTERIZAREA MATERIALELOR

5.1. CARACTERIZAREA MATERIALULUI DE BAZĂ ȘI A

MATERIALELOR DE DEPUNERE

5.1.1. Alegerea materialului de bază

Ca material de bază pentru depuneri s-a utilizat un oţel inoxidabil special

GX3CrNi134 (DIN 1.6982),a cărui compoziţie chimică, prezentată în tabelul 5.1, a fost

determinată cu ajutorul Spectrometrului Foundry Master din dotarea Facultăţii de Ştiinţa şi

Ingineria Materialelor, Laboratorul Proprietăţile Materialelor Metalice.

Tabelul 5.1. Compoziţia chimică a materialului de bază, GX3CrNi134 (DIN 1.6982)

Element chimic Fe C Cr Ni Mn Mo restul

Procente, [%] 80,6 0,105 13 4,38 0,637 0,521 0,757

În vederea realizării depunerii prin metoda EV probele au fost rectificate şi

şlefuite pentru îndepărtarea rizurilor. Pentru depunerea cu metoda PTJP, probele au fost

sablate cu instalaţia de sablare Sealey SB974. De asemenea, probele au fost pregătite

metalografic pentru evidenţierea structurii.

Justificarea alegerii materialului de bază este dată de faptul că acest tip de oţel

inoxidabil special este utilizat în principal la elementele active (de mişcare de contact) şi de

transmitere a forţei (palete de turbine).

Oţelul inoxidabil special are o bună rezistenţă la coroziune, dar are caracteristici

slabe de rezistenţă mecanică la uzură de contact şi hidroabraziune. Din acest motiv este

importantă modificarea proprietăților de suprafaţă, prin realizarea depunerilor, fără a

scădea calităţile de refractaritate şi de rezistenţă la coroziune.

Analiza structurii materialului de bază GX3CrNi134 (oţel inoxidabil) este

prezentată în figura 5.1, acesta prezintă o structura aciculară martensitică printre care se

găsesc grăunți de Fα alungiți.

74

De asemenea din imaginea obținută pe microscopul optic din dotarea Facultății

de Știința și Ingineria Materialelor a probei martor atacate se observă prezența unor

zone cu oxizi figura 5.1.

Figura 5.1. Analiza microscopică a probei din oţel inoxidabil, 400 X, atac Nital 2 %.

În figura 5.2 sunt prezentate secţiuni ale diagramei ternare pentru aliajele Fe-Cr-Ni.

Cu linie verde sunt trasate zonele ce reprezintă procentele elementelor de aliere a oţelului

studiat (Cr - 13%; Ni - 4,5%; restul Fe).

a) b)

Figura 5.2. Digrama ternară a aliajelor Fe-Cr-Ni: a) diagrama ternară secţiune orizontală;

b) digrama ternară secţiune longitudinală în zona de interes pentru oţelul studiat.

Din diagramă se pot observa atât liniile de transformare în stare solidă,

figura 5.2 b, cât şi prezenţa unor soluţii solide şi compuşi intermetalici care influenţează

proprietăţile fizico-chimice şi mecanice ale aliajului studiat.

5.1.2. Alegerea materialelor de depunere

S-au ales,pentru depunerea de straturi subțiri, două tipuri de materiale:

� pulberi, tip Metco 71Ns şi Deloro 60 pentru depunerea prin metoda PTJP;

� electrozi, tip Metco71Nsşi Deloro 60 pentru depunerea prin metoda EV.

75

Materialele de depunere s-au ales pentru a realiza straturi subţiri dure, cu grad

ridicat de ancorare în substrat (coeficient de dilatare / contracţie apropiat strat - substrat în

vederea evitării exfolierii, dacă materialul de bază are coeficientul de dilatare mai mic

decât al stratului depus sau de fisurare când coeficientul de dilatare al substratului este mai

mare decât cel al stratului depus).

Pulberile au fost studiate la microscopul optic Zeiss, tip Axio Observer D1M, din

dotarea Facultăţii de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor, pentru evidenţierea formei granulelor.

Pulbere tip Metco 71Ns. Are formula chimică 88W2C/WC12Co şi are în

componenţă carbură de wolfram cu cobalt. Straturile depuse cu acesta au o bună rezistenţă

la eroziune şi rezistenţă la hidroabraziune.

Tabelul 5.2. Compoziţia chimică a materialului de depunere de tip Metco 71Ns

Element chimic W Co C

Procente, [%] restul 11,0 ÷ 13,0 3,6 ÷ 4,2

c) d)

Figura 5.3. Analiza microscopică (a, b)și analiza SEM a pulberilor de tip Metco71Ns

(c, d):a) 100 X, b) 200 X; c) dimensiune particule 125 X, d)dimensiune particule750X.

Se observă din figura 5.3 că pulberile de tip Metco 71Ns sunt de granulaţie foarte

fină, cu formă neregulată, în principal ovoidală.

Pulbere tip Deloro 60 Această pulbere este utilizată pentru acoperirea

pistoanelor de la pompe, inelelor de etanşare şi a pieselor unor maşini care intră în

76

contact de alunecare cu particulele abrazive, iar compoziția chimică a acesteia este

prezentată în tabelul 5.3.

Tabelul5.3.Compoziţia chimică a materialului de depunere de tip Deloro 60

Element chimic Ni B C Cr Si Fe

Procente, [%] restul 3,1 ÷ 3,5 0,7 14 ÷ 15 2 ÷ 4,5 4

Pulberile de tip Deloro 60 sunt pulberi metalice cu conţinut de bor de 3 %, care au

o formă de sferoidală,datorită tensiunii superficiale a materialului figura 5.4.

Figura 5.4. Analiza microscopică (a, b) și analiza SEM a pulberilor de tip Deloro 60 (c, d):

a) 100 X; b) 200 X; c) dimensiune particule 750X; d)dimensiune particule 5000X.

S-a ales această pulbere deoarece are în compoziție bor care creşte duritatea şi

tenacitatea materialului, chiar și în procente de numai 0,05%.


PULVERIZĂRII TERMICE ÎN JET DE PLASMĂ

În cadrul cercetărilor doctorale se va utiliza ca instalație de depunere prin metoda

PTJP echipamentul Sulzer Metco 9MCE.

Acesta funcționează în regim automatizat și permite reglarea parametrilor de

lucru, realizând straturi subțiri uniforme.

77

Parametrii de depunere ai metodei PTJP sunt pentru cele două tipuri de pulberi:

� tipul pistolului: 9MB;

� parametrii argonului: presiune - 5,17 bari; debitul de gaz - 138 m3/s;

� parametrii hidrogenului: presiune - 3,44 bari; debitul de gaz - 17 m3/s;

� parametrii electrici: curent continuu: intensitatea 400 A; tensiune 74 ÷ 80 V;

� distanța de pulverizare:≈0,1 m.

a) b)

Figura 5.5. Analiza stereomicroscopică a probelor depuse prin metoda PTJP:

a) cu Metco 71Ns, 150 X; b) cu Deloro 60, 150X.

În figura 5.5 este prezentat aspectul suprafeţelor depuse prin metoda PTJP atât cu

pulbere tip Metco 71Ns cât și cu Deloro 60, evidenţiindu-se aspectul granular al suprafeței,

care este mai accentuat în cazul depunerii cu Deloro 60.Acest lucru se datorează

dimensiunii mai mari a puberii de depunere.

Analizând suprafaţa probelor depuse prin metoda PTJP cu pulberi de tip Metco 71Ns

(având în compoziţie peste 80 % W) se observă că depunerea este compactă, cu stropi fini

datoraţi tensiunii superficiale mari a wolframului topit, cu puţine decolorări (pete galbene şi

roşii) care reprezintă oxizi de Co, W şi Fe absorbiți pe suprafaţă.

a) b) c)

Figura 5.6. Analiza microscopică a probei depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP;

a) 100 X; b) 200 X; c) 400 X.

Datorită temperaturii mari de topire a wolframului (34220C) se observă şi

microzone cu pulberi parţial topite figura 5.6.

78

În cazul depunerii cu pulbere tip Deloro 60 figura 5.7 care conţine preponderent

Ni (>70%) şi 14 ÷ 15% Cr, se observă o suprafaţă cu stropi aplatizați (tensiune superficială

mică) fără denivelări majore.

a) b) c)

Figura 5.7. Analiza microscopică a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP;

a) 100 X; b) 200 X; c) 400 X.

Prezenţa cromului este benefică pentru realizarea unei ancorări bune în substrat (Cr din

substrat fiind în procente similare). Nichelul se pretează bine la obţinerea de depuneri uniforme.


ELECTRODULUI VIBRATOR

Depunerea prin metoda EV este un proces de microaliere utilizat pentru

îmbunătățirea proprietăților de suprafață (rezistență la uzură și coroziune) și creșterea

fiabilității componentelor turbinelor hidraulice (palete).

Instalaţia, cu care s-au obținut straturile subţiri utilizând metoda EV, este de tip

Elitron 22A și prezintă 9 mărimi de amplitudini şi 6 regimuri de lucru.

Parametrii de depunere pentru metoda EV sunt:

� pentru depunerea cu Metco 71Ns: amplitudine 8; regim 4;

� pentru depunerea cu Deloro 60: amplitudine 9; regim 6.

a) b)

Figura 5.8. Analiza stereomicroscopică a probelor depuse prin metoda EV:

a) cu Metco 71Ns, 150X; b) cu Deloro 60,150X.

79

a ) b) c) Figura 5.9. Analiza microscopică a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV;

a) 100 X; b) 200 X; c) 400 X.

Analiza microscopică a depunerilor pulberilor de tip Metco 71Ns figura 5.9,

(W > 80 %) pe materialul de bază arată o suprafaţă cu aspect granular fin, cu

microparticule netopite înglobate în suprafaţă cu microexfolieri şi microaderenţe.

a) b) c)

Figura 5.10. Analiza microscopică a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV:

a) 100 X; b) 200 X; c) 400 X.

La analiza microscopică a depunerilor de tip Deloro 60figura 5.12,se observă o

suprafaţă cu stropi de topitură, aplatizați și fără asperități pregnante. Aceasta duce la o

scădere a uzurii hidroabrazive pe durate mici de timp deoarece particulele abrazive

alunecă pe suprafață.


UZURĂ HIDROABRAZIVĂ

În cadrul experimentului se va utiliza ca fluid de lucru apa de Argeș,

demineralizată la temperatura mediului ambiant şi cu adaos de suspensii solide

(carborund - în concentrații de 10%). În aceste condiţii mărimile specifice vor fi:

� Mărimea medie particulelor solide de carborund d= 104µm;

� Densitatea amestecului bifazic este ρn=10%.

80

Din testele efectuate pe apa de Argeș (probă de apă luată din zona Bucureștiului) a

rezultat faptul că aceasta este ușor alcalină şi are un conținut de oxigen dizolvat de peste

6,9 mg/l, iar valorile pH-ului sunt cuprinse între 7,29÷ 7,78. O observație notabilă este că

bicarbonatul de amoniu este complet absent, acesta fiind înlocuit de ioni ai clorului (Cl-) şi

într-o mai mică măsură de sulfat (SO4- ). În ciuda acestor factori mineralizarea a fost mai

mică de 450 mg/l.

Din cauza cantității reduse de materii organice consumul chimic de oxigen a

variat între 3,73 ÷ 13,2 mg/l. Conținutul de dioxid de carbon a apei de Argeș a variat de la

10 ÷ 69,3 mg/l. Ionii majori identificați în apă sunt bicarbonatul de amoniu (HCO3-),

împreună cu cationii de calciu (Ca2+) şi magneziu (Mg2

+).

Suspensiile minerale au avut valori cuprinse între 310 ÷ 1002 mg/l, în timp ce

duritatea totală a fost între 11,3 ÷ 51,2 mg/l, respectiv, cu o pondere de carbonați şi

bicarbonat de calciu de 79 ÷ 99,99%.

Apa de Argeș are un conținut de dioxid de carbon cuprins între 19 ÷ 39 mg/l şi

valorile de mineralizare în jur de 0,98 mg/l. Conținutul ionic a fost dominat de prezenţa

anionului bicarbonat (HCO3-), mineralizarea totală este cuprinsă între 39 % şi

respectiv 60,1%, urmat de cationi de calciu (Ca2+), cu procente de 13,3.

Valorile de reziduuri fixe au fost destul de scăzute, ele fiind cuprinse între

396 ÷ 1,184 mg/l. De asemenea, duritatea apei a fost ridicată (52 dH), în mod exclusiv

carbonic, ceea ce înseamnă că poate să dispară complet prin fierbere.

81

CAPITOLUL 6

CERCETĂRI PRIVIND DEPUNEREA DE STRATURI

SUBŢIRI ÎN VEDEREA ÎMBUNĂTĂŢIRII REZISTENŢEI LA

HIDROABRAZIUNE

6.1. ANALIZA STRUCTURALĂ A SUPRAFEŢEI

MATERIALULUI DE BAZĂ ȘI A STRATURILOR SUBȚIRI DEPUSE

6.1.1. Analiza suprafeţei materialului de bază și a straturilor

subțiri depuse utilizând microscopul electronic cu baleiaj

Investigarea completă a probelor depuse s-a efectuat pe un microscop

electronic cu baleiaj, model Vega Tescan LMH II. Acest microscop se află în dotarea

Facultății de Știința și Ingineria materialelor din cadrul laboratorului de

Microscopie Electronică.

6.1.1.1. Analiza SEM a probei martor

Ca material de bază s-a utilizat un oţel inoxidabil ferito-martensitic GX3CrNi134

(DIN 1.6982). Otelurile C-Cr, care au mai mult de 12% Cr şi un conţinut de 1% C sunt

denumite oţeluri inoxidabile.

Oţelurile inoxidabile cu 12% Cr conferă acestora proprietatea de a se acoperi cu

un strat pasivant în contact cu aerul şi apa, făcându-le rezistente la oxidare şi coroziune.

Stratul pasiv este format în principul din oxizi de Cr care sunt rezistenţi la acţiunea a

numeroase medii agresive.

În cazul celor două tipuri de depunere, suprafaţa probei nu trebuie să aibă o

rugozitate mică (luciu oglindă) deoarece în cazul metodei EV microasperitățile se topesc

mult mai uşor, creând microbăi metalice de aliere între probă şi materialul depus, ridicând

nivelul de aderenţă a stratului subțire depus.

În cazul depunerii prin metoda PTJP, suprafaţa probei trebuie să fie mai rugoasă

decât cea rezultată după rectificare, fiind necesare nu doar rizuri ci chiar microcratere

(obţinute după sablare) astfel încât picăturile jetului de plasmă să poată fi ancorate în

substrat atât prin componenta termică cât şi prin cea dinamică, lucru care nu s-ar realiza la

o suprafaţă netedă figura 6.1.

Figura 6.1. Analiza microscopică a

În imaginea 3D din

de bază datorate procesului de rectificare.

Figura 6.2

Aliajele Fe-C-Cr (din ca

elemente de aliere ca: nichel, molibden, cupru, mangan, titan, bor, aluminiu, aşa cum

82

Analiza microscopică a probei martor; a) 250 X; b) 750 X; c) 1250X; d) 5000 X.

În imaginea 3D din figura 6.2 se observă denivelări paralele pe suprafaţa materialului

de bază datorate procesului de rectificare.

Figura 6.2. Imaginea 3D a probei martor.

Cr (din care face parte și oțelul GX3CrNi134)


probei martor; a) 250 X; b) 750 X; c) 1250X; d) 5000 X.

se observă denivelări paralele pe suprafaţa materialului

GX3CrNi134) conţin și alte


83

reiese şi din spectrul EDX al probei martor, care au ca rol mărirea rezistenţei la

coroziune şi îmbunătăţirea comportării acestor oțeluri la solicitări mecanice figura 6.3.

a) b)

Figura 6.3. Analiza EDX pe o zonă de suprafață pe care s-a făcut repartiția elementelor

chimice: a) zona analizată; b) repartiția tuturor elementelor.

Este interesant modul cum cromul modifică transformările alotropice ale fierului

şi în consecinţă influenţa pe care o exercită asupra domeniilor de existenţă a diverşilor

constituenţi structurali ai oţelurilor.

Tabelul6.1. Compoziţia chimică EDX a materialului de bază

În aliajele Fe-C-Cr, prezenţa cromului duce la apariţia carburilor de crom de tipul

cementitei aliate (FeCr)3 şi carburi aliate CrxCy (Capitolul V, figura 5.1).

6.1.1.2. Analiza SEM a probei depuse cu Metco 71Nsprin metoda PTJP

Analizând imaginile obţinute la microscopul electronic cu baleiaj de pe

suprafaţa depunerii cu pulberi de tip Metco 71Ns depuse prin metoda PTJP se observă

Elemente % Fier 82,37

Crom 12,94 Nichel 3,08 Siliciu 1,54 Carbon 0,57 Altele 0,50

84

un aspect rugos al suprafeței cu multe, microadâncituri, microcratere și pulberi parțial

topite figura 6.4.

Figura 6.4. Analiza microscopică a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP:

a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.

Suprafaţa prezintă oxizi vizibili şi arderi de strat, adâncituri şi zone stratificate

caracteristice pulberii de W care se topeşte la temperaturi foarte ridicate, creând zone cu

oxizi şi material parţial topit în depuneri figura 6.4.

Figura 6.5. Imaginea 3D a probei depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP.

85

Imaginea 3D prezintă forma suprafeței probei depuse cu pulbere tip Metco 71Ns

prin metoda PTJP, aceasta fiind relativ compactă, fără exfolieri și fără aderențe figura 6.5.

a) b) Figura 6.6. Analiza EDX pe o zonă de suprafață pe care s-a făcut repartiția elementelor

chimice pe strat a probei depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP: a) zona analizată;

b) repartiția tuturor elementelor.

Tabelul 6.2. Compoziţia chimică EDX a probei depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP

Elemente % Wolfram 61,37 Oxigen 24,40 Carbon 9,84 Cobalt 1,97 Altele 2,40

Analiza compoziției chimice figura 6.6 determinată cu ajutorul sondei EDX

evidențiază o depunere relativ compactă de carbură de wolfram. Pe suprafață apar și zone

mari (în special adâncituri) cu oxizi și picături aplatizate sferoidale de cobalt, ceea ce oferă

informații despre faptul că pulberea conține particule separate de carbură de wolfram și

particule de cobalt.

6.1.1.3. Analiza SEM a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP

Spre deosebire de depunerea cu pulbere de tip Metco 71Ns (W>80%),

depunerile cu pulberi de Deloro 60 (Ni>70 %), prin metoda PTJP prezintă un aspect cu

picături multiple interţesute şi aplatizate.

Acest lucru se datorează tensiunilor superficiale mici ale picăturilor împroşcate

prin jet de plasmă, acestea ducând la realizarea unei aderenţe mai bune şi a unui aspect

86

mai neted al suprafeţei. În cazul picăturilor cu tensiune superficială ridicată, ca în cazul

pulberii de tip Metco 71Ns, picătura care se depune are o aderenţă mică figura 6.7.

Figura 6.7. Analiza microscopică a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP:

a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.

Figura 6.8. Imaginea 3D a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP.

87

Din imaginea 3D obţinută la SEM, pe suprafaţa depunerii cu pulbere de tip

Deloro 60 prin metoda PTJP, se observă un aspect rugos al acesteia cu multe exfolieri,

microfisuri și pulberi parțial topite figura 6.8.


chimice pe strat a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP: a) zona analizată;


Studiind repartiția nichelului de pe suprafața depunerii cu Deloro 60 figura 6.9 se

observă o distribuire bună a acestuia. De asemenea din analiza EDX de pe suprafața

depusă cu Deloro 60 prin metoda PTJP se observă că o concentrare mai mare de nichel

care se găsește în centrul picăturii şi mai puţin spre margine.

Din tabelul 6.3 cu compoziţia chimică EDX a probei depuse cu Deloro 60 prin

metoda PTJP se observă o scădere a procentului de bor la o valoare de aproximativ 1,5%

faţă de procentul de 3,6% specificat de firma producătoare.

Tabelul6.3. Compoziţia chimică EDX a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP

Elemente % Nichel 73,40 Crom 14,25 Fier 6,05

Carbon 2,28 Bor 1,58

Altele 2,44

Această scădere a borului se datorează punctului de topire mult mai scăzut decât

cel dezvoltat de jetul de plasmă, cea ce duce la arderea acestui într-o anumită proporție.

88

6.1.1.4. Analiza SEM a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV

Datorită temperaturii foarte ridicate de topire a wolframului acesta durifică

suprafaţa prin călire cu retopire şi formarea în exterior a unui strat amorf cu structură

vitroasă, figura 6.10. Aceasta duce la formarea de compuşi intermetalici duri de tipul

carburilor complexe formate cu fierul şi cu elementele de aliere precum Cr, Mn, dar şi cu

materialul de depunere care în cazul acesta este cobaltul. Picăturile de pe suprafaţa

materialului se formează ciclic şi relativ uniform urmând traiectoria spiralată a electrodului.

Dacă depunerile realizate ar fi fost cu un singur strat suprafaţa materialului ce s-

ar fi depus ar fi fost uşor vălurită având zone de rugozitate maximă pe marginile

picăturilor. Această rugozitate duce la creşterea uzurii hidroabrazive datorate

turbulenţelor create în apă. Picăturile formate prin metoda EV au formă aproape rotundă

având un menisc concav în zona de mijloc.

În figura 6.10 b se observă o suprafaţă care corespunde modelului de împroşcare,

ceea ce indică o pulverizare a picăturii topite în timpul depunerii. În cazul acestei depuneri

are loc o uniformizare a vârfurile obținute la prima trecere prin topirea vârfurilor, având loc

astfel şi o intensificare a microalierii wolframului, acesta este un element foarte greu fuzibil.

Figura 6.10. Analiza microscopică a probei depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV:

a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X

89

Din imaginea 3D din figura 6.11 a suprafeţei depuse prin metoda EV se observă

puţine maxime de rugozitate, această suprafaţă creată fiind în general netedă. Acest lucru

prezintă un real avantaj în cazul mişcărilor paletei, deoarece nu creează turbulenţe la

nivelul suprafeţei care pot deveni periculoase prin crearea de zone cavitaţionale.

Figura 6.11. Imaginea 3D a probei depuse cu Metco 71Nsprin metoda EV.

Imaginea 3D prezintă o suprafață relativ compactă, cu aspect vălurit figura 6.11.

Din harta de reprezentaţie a elementelor de pe suprafaţa piesei realizată cu

ajutorul sondei EDX, se observă prezenţa unor zone relativ întinse depuse cu W, care

provine din pulberea de Metco 71Ns, dar şi zone cu cantitatea ridicată de crom. Acest lucru

se datorează prezenţei unor compuşi chimici tip oxizi de crom sau carburi figura 6.12 b.

a) b)


chimice pe stratul probei depusă cu Metco 71Ns prin metoda EV: a) zona analizată;


90

Stratul depus cu Metco 71Ns este un strat dur și compact. Acest tip de material

formează carburi de wolfram care aderă foarte bine la substrat şi chiar topește o parte din

suprafaţa acestuia, energia de topire creează condiţii pentru o aliere superficială bună, iar

puterea de impact creează zone concave ce afectează planeitatea piesei.

Analizând compoziţia chimică prezentată în tabelul 6.4se poate observa prezenţa

wolframului într-un procent de aproximativ 39 %. Acest procent de wolfram este mai scăzut

decât la depunerea cu Metco 71 Ns prin metoda PTJP deoarece la acest tip de depunere se

creează microbăi de aliaj care conţine material de bază şi material de depunere.

Tabelul6.4. Compoziţia chimică EDX a probei depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV

Elemente % Fier 40,05

Wolfram 38,62 Crom 10,39 Cobalt 7,35 Nichel 2,56 Altele 1,02

Transferul termic la acest tip de electrozi cât și restul electrozilor pe bază

de carbură de wolfram este foarte mare și este datorat în special temperaturii

foarte ridicate de topire a wolframului.

Acest transfer termic favorizează înglobarea particulelor de carbon din

lamele în baia metalică, lucru întâlnit doar la electrozii pe bază de carbură de

wolfram.

6.1.1.5. Analiza SEM a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV

Pe suprafaţa depusă cu Deloro 60 se observă cratere, găuri datorate unei activităţi

mai intense din punct de vedere chimic între elementele chimice, componente ale

substratului şi ale electrodului care duc la formarea de bule cu gaze de ardere, oxizi şi

carburi figura 6.13.

Formarea de oxizi şi de carburi se datorează în special unei afinități mai ridicate a

nichelului decât cele ale wolframului (elemente chimice preponderente în cele două tipuri

de materiale Metco 71Ns și Deloro 60) față de carbon și oxigen.

91

Analiza de suprafaţă 3D arată o rugozitate mai mare a depunerii cu Deloro 60

decât a suprafeței acoperite cu Metco 71Ns prin metoda EV, deoarece electrodul de

Deloro 60 are tendinţa de a se lipi de substrat figura 6.13., ceea ce duce la smulgerea

unei părţi mici din materialul electrodului şi de a crea vârfuri (asperităţi) figura 6.14.

Figura 6.13. Analiza microscopică a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda EV:

a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.

Figura 6.14. Imaginea 3D a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda EV.

92

Din harta de distribuţie a elementelor realizată cu ajutorul sondei EDX se observă

că nichelul este distribuit în principal pe marginile picăturilor de depunere şi în mai mică

măsură pe zonele de mijloc ale picăturilor, lucru datorat dinamicii stropilor și a

temperaturii ridicate a arcului electric care duce la o topire a materialului de bază în zona

de contact dintre electrodul de nichel și materialul de bază, creând astfel un amestec între

acesta şi materialul electrodului figura 6.15.


chimice pe strat a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda EV: a) zona analizată;


De asemenea se observă în figura 6.15b prezenţa locală, în centrul picăturilor

formate prin depunerea cu metoda EV, a unor compuşi chimici ai cromului.

Tabelul6.5. Compoziţia chimică EDX a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda EV

Elemente % Nichel 72,40 Crom 13,86 Fier 10,12

Carbon 1,60 Bor 1,22

Altele 0,8

Din tabelul 6.5 cu compoziţia chimică EDX a probei depuse cu Deloro 60

prinmetoda PTJP se observă o creştere a procentului de fier de la o valoare de aproximativ

6,05% la o valoarea de 10,12% în cazul depunerii cu metoda EV, datorându-se

amestecului de material topit din materialul de bază cu cel al electrodului.

93

6.1.1.6.Analiza SEM a morfologiei stratului depus prin metoda EV

Studiul experimental al morfologiei picăturilor de depunere, la condiţii de formare

în funcţie de tipul sistemului picătură-substrat, a fost realizat datorită importanţei pe care o

are fiecare picătură pentru obţinerea unei acoperi calitative. Învelişul este format din

multiple picături parţial suprapuse şi care se formează în funcţie de traiectoria de deplasare

a electrodului. Când o picătură ajunge pe suprafaţa stratului are loc aplatizarea laterală a

fluidului care se comportă ca un lichid de-a lungul suprafeţei stratului ce apare, datorită

energiei cinetice.

Din figura 6.16 se observă că picătura este compactă, cu oxizi pe margine şi mai

puţini pe interior şi cu uşoare fisuri. Analizând forma picăturii, se observă pe zona centrală o

acoperire compactă şi cu microfragmente de electrod netopit semiînglobate în topitură. Zona

mediană a picăturii cuprinde margini neregulate datorate dinamicii împrăştierii cu o uşoară

denivelare de ridicare, care reprezintă marginile unui menisc format de cele două zone.

a) b)

Figura 6.16. Analiza formei picăturii formate în urma depunerii prin metoda EV.

Zona exterioară cuprinde stropii ce formează marginile picăturii care s-au răcit

rapid în contact cu suprafaţa substratului, formând o zonă cu rugozitate ridicată. Picăturile

se formează aleatoriu în funcţie de mişcările electrodului şi temperatura acestuia, care

depinde de tensiunea şi intensitatea de lucru al regimului. Studiind imaginea mărită a unei

picături figura 6.16 se observă prezenţa denivelărilor mai accentuate în zona porţiunilor cu

W netopit (porţiuni aderenţe) precum şi crăpături destul de vizibile prezentate în zona de

mijloc şi în zona intermediară mai puţin pe margine. Acest lucru se poate datora

coeficientului de dilatare diferit dintre wolfram/nichel şi substratul din oţel.

Toate aceste zone sunt delimitate prin cercurile galbene din figura 6.17. Pentru

fiecare zonă este calculată şi aria ei interioară (pe suprafaţă circulară, nu inelară). Picătura

are formă ovoidală, relativ compactă cu un grad de împrăştiere nu foarte mare. Acest lucru

poate fi datorat caracteristicilor de topire

temperaturi ridicate, deci rămâne în stare lichidă mai puţin timp (secunde)

Figura 6.17. Analiza unei picături

În timpul depunerii apar procese complexe de aliere care se petrec atât în timpul

formării şi solidificării băii de topire cât şi în timpul difuz

electrodului în substrat.

a)

Figura 6.18. Forma picăturii: a) imagine SEM; b) imagine 3D a suprafeţei.

Imaginea 3D a picăturii formate la suprafaţa probei depuse realizate prin metoda

EV este prezentată în figura 6.18 b

o zonă centrală mult mai netedă, cu uşor menisc, iar celelalte zone fiind mai puţin întinse,

având arii circulare mult mai mici.

Compuşii chimici formaţi în baia metalică au temperatura de solidificare mult mai

mare decât a wolframului ceea ce arată că rămân în formă dizolvată mai mult timp şi

găsi împroşcaţi la periferia picăturii, lucru care se poate vedea în

sunt redate cele trei zone de evoluţie a picăturii: zona primară de formare a băii metalice

impact, zona secundară de tranziţie şi zona a treia de împrăştiere.

94


poate fi datorat caracteristicilor de topire-solidificare ale wolframului care se solidifică la

deci rămâne în stare lichidă mai puţin timp (secunde)

Analiza unei picături formate la depunerea prin metoda E


formării şi solidificării băii de topire cât şi în timpul difuz

b)

Forma picăturii: a) imagine SEM; b) imagine 3D a suprafeţei.


figura 6.18 b. Din punct de vedere a morfologiei, picătura reprezintă


având arii circulare mult mai mici.


framului ceea ce arată că rămân în formă dizolvată mai mult timp şi

găsi împroşcaţi la periferia picăturii, lucru care se poate vedea în imaginea

sunt redate cele trei zone de evoluţie a picăturii: zona primară de formare a băii metalice

impact, zona secundară de tranziţie şi zona a treia de împrăştiere.


solidificare ale wolframului care se solidifică la

deci rămâne în stare lichidă mai puţin timp (secunde) figura 6.17.

formate la depunerea prin metoda EV.


formării şi solidificării băii de topire cât şi în timpul difuziei elementului

Forma picăturii: a) imagine SEM; b) imagine 3D a suprafeţei.


logiei, picătura reprezintă



framului ceea ce arată că rămân în formă dizolvată mai mult timp şi se pot

imaginea SEM în care

sunt redate cele trei zone de evoluţie a picăturii: zona primară de formare a băii metalice la

95

Formele picăturilor realizate prin depunere cu cei doi electrozi de Metco 71Ns şi

Deloro 60 sunt bine evidenţiate, ele prezentând microadâncituri pe mijloc datorate topirii şi

solidificării rapide.

6.1.2. Analiza grosimii straturilor depuse


metoda PTJP

În figura 6.19 este prezentată secțiunea prin stratul depus cu Metco 71Ns prin

metoda PTJP. Se observă în imaginea obținută la microscopul cu baleiaj, structura stratului

depus care este neuniformă cu goluri şi oxizi la interfața strat-substrat, lucru ce afectează

aderența depunerii pe materialul de bază.

a ) b)

c) d)

Figura 6.19. Analiza straturilor subțiri depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP:1- strat, 2 -

substrat; a), b) microstructura obținută la microscopul optic; c) analiza SEM a grosimii de strat;

d) analiza tip mapare EDX a ansamblului strat-substrat.

În figura 6.19 este prezentată maparea EDX a zonei de atac strat-material de bază și

se observă o prezență considerabilă a elementului de wolfram în depunere. Stratul depus cu

Metco 71Ns prin metoda PTJP este relativ subțire, cu o grosime de aproximativ 73µm.

96

Stratul depus prezintă o ușoară neuniformitate de-a lungul interfeței şi o

puternică delimitare între strat şi substrat, observându-se chiar şi prezența unui start

subțire de oxizi pe linia de separare. Aceasta afectează aderența depunerii, iar

neuniformitatea structurii are un impact negativ asupra refractarității (neuniformității la

răcire-încălzire). Jetul de plasmă nu creează structuri tranzitorii de material topit strat-

substrat, ci doar a structurii formate din picături aplatizate datorate dinamicii împroșcării

care sunt lipite de suprafaţa probei.

Figura 6.20. Analiza EDX în linie a probei depusă cu Metco 71Ns prin metoda PTJP.

Analiza EDX în linie arată că există wolfram în zona stratului și lipsește în zona

de contact dintre materialul de bază și substrat figura 6.20.


metoda PTJP

În figura 6.21 a și b sunt prezentate microstructurile în secțiune a probelor cu

depuneri tip Deloro 60 prin metoda PTJP. Se observă o delimitare precisă între strat şi

substrat având inserate între ele şi un strat subțire de oxizi. Configuraţia substratului de

grăunţi ferito-martensitici diferă de configuraţia stratului depus ce se prezintă sub formă de

picături aplatizate amorfe lipite prin topire parţială. În figura 6.21 c) este prezentată

imaginea SEM în care este dată valoarea grosimii de strat a depunerii cu Deloro 60 prin

metoda PTJP. După cum se observă grosimea de strat este de aproximativ 370µm, aceasta

fiind 7 ori mai mare decât depunerea cu Metco 71Ns realizată prin metoda PTJP. O

asemenea diferență de grosime poate fi datorată dimensiunilor mult mai mari ale pulberilor

de Deloro 60 în comparație cu dimensiunea pulberilor de Metco 71Ns. Din analiza

imaginilor SEM şi maparea EDX se observă prezența în strat a nichelului (doar în strat nu

şi în substrat sau la interfață) precum şi a unor mici zone cu bor dispersate în întreg stratul,

97

iar spre exteriorul stratului depus acesta este repartizat liniar în cantități mai mari și mai

compacte figura 6.21 d).

a) b)

c) d) Figura 6.21. Analiza straturilor subțiri depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP: 1- strat,

2- substrat; a), b)microstructura obținută la microscopul optic: c)analiza SEM a grosimii

de strat; d)analiza tip mapare EDX a ansamblului strat-substrat;

Figura 6.22. Analiza EDX în linie a probei depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP.

Analiza în linie din figura 6.22 arată o prezență ridicată de Ni în strat dar şi de Cr care

se găsește în aceeași măsură şi în substrat. Se observă de asemenea între strat şi substrat o zonă

de oxizi, poroasă şi necompactă care influențează negativ aderența stratului.

98


metoda EV

În figura 6.23 sunt prezentate microstructurile probelor din oțel inoxidabil depuse

cu electrod de tip Metco Ns71 depuse prin metoda EV.

a) b)

c) d)

Figura 6.23. Analiza straturilor subțiri depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV: 1- strat,

2 - substrat; a), b)microstructură obținută la microscopul optic; c)analiza SEM a grosimi

de strat; d) analiza tip mapare EDX a ansamblului strat-substrat;.

Se observă că stratul depus este relativ subțire de aproximativ 10µm.Din

figura 6.23 a și b în care sunt prezentate analizele SEM se observă că este o ușoară zonă

de trecere între stat şi substrat (zonă influențată termic cu granulaţie mai fină ce face

trecerea atât ca proprietăți cât şi ca structură spre zona depusă creând o zonă intermediară

de semiaderență între strat şi substrat).

Se remarcă lipsa stratului de oxizi între strat şi substrat şi chiar a oxizilor din strat

ceea ce duce la o mai bună compactitate şi la proprietăți de rezistență mecanică mai bună.

În imaginile SEM cu analiza EDX se observă în strat prezența Cr şi a W şi o bună gradare

între concentrații, trecerea făcându-se treptat.

99

Figura 6.24. Analiza EDX în linie a probei depusă cu Metco71Ns prin metoda EV.

Analiza în linie figura 6.24 arată prezenţa constantă a Cr în strat şi în substrat şi

de asemenea prezenţa W în strat.

6.1.2.4. Analiza grosimii de strat a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV

În figura 6.25 a și b este prezentată microscopia optică a depunerii cu Deloro 60 prin metoda

EV. În imagine este prezintă un strat relativ compact cu o grosime de aproximativ 30µm

a) b)

c) d)

Figura 6.25. Analiza straturilor subțiri depuse cu Deloro 60 prin metoda EV: 1- strat,

2 - substrat;a), b)microstructura obținută la microscopul optic; c)analiza SEM a

grosimi de strat; d) analiza tip mapare EDX a ansamblului strat-substrat.

În figura 6.25 d unde este prezentată analiza

prin metoda EV se observă un strat de tranzi

depunerii de microbăi de topitură strat

de coerență structurală.

Acestea este benefică atât aderenţei depunerii cât

proprietăților fizico - chimice, coeficientului de contrac

şi rupere etc. Astfel se evită apari

tenacitate mai bune.

Figura 6.26. Analiza EDX în linie a probei depusă cu Deloro 60 prin metoda EV

Analiza EDX figura 6.26

arată, creșterea procentului de Ni pe zona stratului de depunere în detrimentul Fe și Cr. Se

observă și faptul că stratul depus este coerent cu substratul, neexistând oxizi între strat

substrat, ancorarea făcându

materialul electrodului.

6.1.3. Examinarea electromagnetică cu ajutorul curen

Pentru a identifica

electromagnetic realizat dintr

obținute au fost prelucrate cu

Figura 6.27. Răspunsul traductorului electromagnetic la trecerea peste proba martor100

unde este prezentată analiza EDX pe probă depusă cu Deloro

prin metoda EV se observă un strat de tranziție ce s-a format prin crearea în timpul

robăi de topitură strat-substrat ce duc la crearea unei zone

Acestea este benefică atât aderenţei depunerii cât și pentru uniformizarea

chimice, coeficientului de contracție - dilatare, rezisten

etc. Astfel se evită apariția microfisurilor din strat şi la caracteristici de

Analiza EDX în linie a probei depusă cu Deloro 60 prin metoda EV

figura 6.26 în linie a probei, depusă cu Deloro 6

șterea procentului de Ni pe zona stratului de depunere în detrimentul Fe și Cr. Se

ă stratul depus este coerent cu substratul, neexistând oxizi între strat

substrat, ancorarea făcându-se bine datorită prezenței Ni și în materialul de baz

6.1.3. Examinarea electromagnetică cu ajutorul curen

identifica crăpăturile din strat și substrat, s-a utilizat un nou tip de

electromagnetic realizat dintr-unmetamaterial denumitSwiss roll conic

ținute au fost prelucrate cuajutorul soft-ului Matlab 2014b.

Răspunsul traductorului electromagnetic la trecerea peste proba martor

EDX pe probă depusă cu Deloro 60

a format prin crearea în timpul

substrat ce duc la crearea unei zone

și pentru uniformizarea

dilatare, rezistenței la curgere

şi la caracteristici de

Analiza EDX în linie a probei depusă cu Deloro 60 prin metoda EV.

depusă cu Deloro 60 prin metoda EV

șterea procentului de Ni pe zona stratului de depunere în detrimentul Fe și Cr. Se

ă stratul depus este coerent cu substratul, neexistând oxizi între strat și

ței Ni și în materialul de bază și în

6.1.3. Examinarea electromagnetică cu ajutorul curenților turbionari

a utilizat un nou tip de traductor

Swiss roll conic, iar rezultatele

Răspunsul traductorului electromagnetic la trecerea peste proba martor.

101

Analiza probei martor prezintă zone cu pori în strat, ca urmare a gazelor care se

formează la procesul de depunere. Realizarea acestor pori în interiorul stratului, şi nu la interfața

strat-substrat, nu afectează major caracteristicile de rezistență mecanică şi de duritate.

a) b)

Figura 6.28. Răspunsul traductorului electromagnetic la trecerea peste proba depusă cu

Metco 71Ns prin: a) metoda PTJP; b) metoda EV.

Comparativ cu metoda EV, depunerea prin metoda PTJP prezintă o aderență mult

mai slabă pentru Metco 71Ns figura 6.28a și b, comparativ cu Deloro 60 figura 6.28 d, în

condițiile în care la 5 treceri proba cu acoperire Deloro 60 suferă o suprafață mai compactă

a materialului de depunere.

a) b)

Figura 6.29.Răspunsul traductorului electromagnetic la trecerea peste proba depusă cu

Deloro 60 prin: a) metoda PTJP; b) metoda EV.

Pentru depunerea cu Metco71Ns prin metoda EV, figura 6.29 a, se observă un

profil mai ascuțit al fazei semnalului iar din punct de vedere al aderenței la suport, există

zone în care este posibil ca stratul să nu aibă o aderență foarte bună acest lucru fiind

marcată pe grafic prin zonele galbene.

Din analiza fazei semnalului se observă că din punct de vedere al aderen

suport proba depusă cu Deloro 60 prin metoda EV este cea mai bună, semnalul dat de

traductorul electromagnetic cu metamateriale

Figura 6.30.Diferența între amplitudinile semnalelor la depunerea Deloro 60 prin cele

Rezultatele traductorului electromagnetic sunt confirmate şi de răspunsul în

amplitudine, în condițiile în care s

utilizat de echipament. Compararea

Matlab 2014b. Acesta a constat în compararea diferen

recepționat de traductorul cu metamateriale și a magnitudinii semnalului pentru depuner

prin metoda EV și PTJP pentru proba depusă cu Deloro 60.

Din imagini se observă că cea mai bună aderen

prin metoda EV, aceasta este

depuse cu Deloro 60 prin metod

cu Deloro 60 prin metoda PTJP.

6.1.4. Determinarea rugozităţii suprafeţei

Rugozitatea suprafeţei este o componentă a texturii suprafeţei. Aceasta este

cuantificată prin abaterile în direcţia vector

forma sa ideală.

Rugozitatea în general este considerată a fi o componentă de frecvenţă înaltă pe

lungimi scurte de undă a suprafeţei de măsurat.

Verificarea rugozită

acesteia este prea mică, atunci aderen

este prea mare atunci există pericolul ca vârfurile să rămână neacoperite.

102

Din analiza fazei semnalului se observă că din punct de vedere al aderen


ectromagnetic cu metamateriale fiind prezentat în figura 6.

ța între amplitudinile semnalelor la depunerea Deloro 60 prin cele

doua metode.


țiile în care s-a utilizat un alt soft de comparare de imagini decât c

lizat de echipament. Compararea imaginilor figura 6.30 s-a realizat cu soft

2014b. Acesta a constat în compararea diferențelor amplitudinilor semnalului

ționat de traductorul cu metamateriale și a magnitudinii semnalului pentru depuner

pentru proba depusă cu Deloro 60.

Din imagini se observă că cea mai bună aderență o are proba depusă cu Deloro

sta este și cea mai compactă. Amplitudinea de imagine a probei

depuse cu Deloro 60 prin metoda EV diferă cu 56,80% față de amplitudinea probei depuse

cu Deloro 60 prin metoda PTJP.

6.1.4. Determinarea rugozităţii suprafeţei


cuantificată prin abaterile în direcţia vectorului normal al unei suprafeţe reale d


lungimi scurte de undă a suprafeţei de măsurat.

Verificarea rugozității este importantă în procesele de depunere. D

acesteia este prea mică, atunci aderența stratului la substrat va scădea, iar dacă valoarea


Din analiza fazei semnalului se observă că din punct de vedere al aderenței la


figura 6.29b.

ța între amplitudinile semnalelor la depunerea Deloro 60 prin cele


un alt soft de comparare de imagini decât cel

a realizat cu soft-ul

țelor amplitudinilor semnalului

ționat de traductorul cu metamateriale și a magnitudinii semnalului pentru depunerile

e proba depusă cu Deloro 60

de imagine a probei

ă de amplitudinea probei depuse


ului normal al unei suprafeţe reale de la


ă în procesele de depunere. Dacă valoarea

ădea, iar dacă valoarea


Cercetările experimentale au fost efectuate pe cinci probe, atât pe proba m

cât și pe probele acoperite.

Tabelul6.

Tip de depunere Nr. încercare

Probă nedepusă

Ra Rz Rq

1 1,4 10,56 3,78

2 1,7 12,38 1,56

3 1,6 11,18 2,03

Media 1,57 11,37 2,46

Rz- variația rugozită

medii pătratice

În urma testelor realizate şi a va

mai bine în evidenţă rezultatele obţinute, aceste rezultate fiind prezentate în

6.32şi6.33. Aceste teste de rugozitate au fost realizate deoarece există o strânsă legătură între

rugozitatea unui material şi rezistenţa acestuia la hidroabraziune şi la coroziune.

Figura 6.31. Analiza comparativă a rugozităţii medii R

Rugozitatea pieselor rectificate este mică, caracterizată prin vâr

refulate (tip sinusoidal). Piesele rectificate nu necesită şlefuire pentru a obţine o suprafaţă

fină deoarece atât depunerile

suprafeţe cu un anumit grad de rugozitate pentru a

obţine rezultate cât mai concludente ale valorilor R

103

Cercetările experimentale au fost efectuate pe cinci probe, atât pe proba m

.

6.6. Valorile obţinute ale rugozităţii (ANEXA1)

Depunere prin metoda PTJP Depunere Metco 71Ns Deloro 60 Metco 71Ns

Ra Rz Rq Ra Rz Rq Ra Rz Rq

3,93 12,82 5,12 7,23 39,67 9,44 5,27 33,18 6,92

3,54 11,77 5,03 7,93 44,02 9,97 5,58 33,77 7,11

4,11 13,78 5,32 8,21 44,59 10,3 5,05 33,01 6,63

3,86 12,79 5,16 7,79 42,76 9,91 5,30 33,32 6,89

ății medii; Ra- variația abaterii medii aritmetice; R

În urma testelor realizate şi a valorilor obţinute au fost create grafice pentru a pune

mai bine în evidenţă rezultatele obţinute, aceste rezultate fiind prezentate în

. Aceste teste de rugozitate au fost realizate deoarece există o strânsă legătură între

ea unui material şi rezistenţa acestuia la hidroabraziune şi la coroziune.

Analiza comparativă a rugozităţii medii Rz (μm) pentru proba martor

4 tipuri de depuneri.

Rugozitatea pieselor rectificate este mică, caracterizată prin vâr


fină deoarece atât depunerile prin metoda PTJP cât şi cele prin metoda EV

suprafeţe cu un anumit grad de rugozitate pentru a favoriza aderenţa stratului.

obţine rezultate cât mai concludente ale valorilor Ra, Rz şi Rq s-au realizat pe fiecare probă

Cercetările experimentale au fost efectuate pe cinci probe, atât pe proba martor,

(ANEXA1)

Depunere prin metoda EV Ns Deloro 60 Rq Ra Rz Rq

6,92 5,27 29,91 6,47

7,11 5,01 29,44 6,07

6,63 5,52 30,14 6,89

6,89 5,27 29,83 6,48

ția abaterii medii aritmetice; Rq- variația abaterilor

lorilor obţinute au fost create grafice pentru a pune

mai bine în evidenţă rezultatele obţinute, aceste rezultate fiind prezentate în figurile 6.31,

. Aceste teste de rugozitate au fost realizate deoarece există o strânsă legătură între

ea unui material şi rezistenţa acestuia la hidroabraziune şi la coroziune.

(μm) pentru proba martor şi cele

Rugozitatea pieselor rectificate este mică, caracterizată prin vârfuri şi adâncituri


prin metoda EV se realizează pe

favoriza aderenţa stratului. Pentru a

au realizat pe fiecare probă

câte 3 teste în aceleaşi condiţii, care mai apoi au fost puse sub forma unui grafic pentru a fi

mai uşor observate diferenţele dintre valorile rugozităţilor.

Parametrul Rz este înălţimea în

absolute ale înălţimilor celor de mai sus proeminenţe

goluri în limitele lungimii de referinţă.

mică rugozitate a avut-o proba martor cu o valoare R

acoperirea cu Metco 71Ns prin metoda

μm. Valoarea cea mai mare

metoda PTJP.

Depunerile realizate

depunerilor cu Metco 71Ns şi Deloro 60, acestea având valori apropiate

respectiv 29,83 μm.

Depunerile prin metoda

celor două tipuri de depun

înregistrată dintre toate cele patru tipuri de depunere, depunerea cu Deloro

mai mare valoare înregistrată. Această diferenţă

diferită a particulelor pulberilor de depunere,

Parametrul Ra este abaterea medie aritmetică a profilului şi reprezintă valoarea

medie a modulului profilului măsurat faţă de linia medie.

Figura 6.32. Analiza comparativă a abaterii medii

proba martor şi cele 4 tipuri de depuneri.

Studiind graficul comparativ al rugozităţii

rugozitate mică o are proba nedepusă (R

104


ţele dintre valorile rugozităţilor.

este înălţimea în n puncte a profilului şi anume media valorilor

absolute ale înălţimilor celor de mai sus proeminenţe n/2 şi a celor mai adânci

goluri în limitele lungimii de referinţă. După cum se observă din figura 6.3

o proba martor cu o valoare Rz de 11,37 μm, urmat

acoperirea cu Metco 71Ns prin metoda PTJP care are o valoare de aproximativ 12,79

cea mai mare a lui Rz, de 42,76 μm,o are depunerea cu

Depunerile realizate prin metoda EV au o variaţie mai mică a rugozităţii R

Ns şi Deloro 60, acestea având valori apropiate

prin metoda PTJP au variaţii mari ale valorilor rugozităţii R

celor două tipuri de depuneri, dacă depunerea cu Metco 71Ns are cea mai mică valoare

înregistrată dintre toate cele patru tipuri de depunere, depunerea cu Deloro

mai mare valoare înregistrată. Această diferenţă poate fi cauzat

ulelor pulberilor de depunere, care au granulaţii diferite.

este abaterea medie aritmetică a profilului şi reprezintă valoarea

profilului măsurat faţă de linia medie.

iza comparativă a abaterii medii aritmetice ale profilului R

proba martor şi cele 4 tipuri de depuneri.

Studiind graficul comparativ al rugozităţii figura 6.32

rugozitate mică o are proba nedepusă (Ra = 1,57 μm), urmată de depunerea


puncte a profilului şi anume media valorilor

/2 şi a celor mai adânci n/2

figura 6.31 cea mai

de 11,37 μm, urmată de

care are o valoare de aproximativ 12,79

depunerea cu Deloro 60 prin

au o variaţie mai mică a rugozităţii Rz a

Ns şi Deloro 60, acestea având valori apropiate, 33,32 μm şi

ale valorilor rugozităţii Rz ale

Ns are cea mai mică valoare

înregistrată dintre toate cele patru tipuri de depunere, depunerea cu Deloro 60 are cea

ată de dimensiunea

care au granulaţii diferite.

este abaterea medie aritmetică a profilului şi reprezintă valoarea

aritmetice ale profilului Ra (μm) pentru

2se observă că o

ată de depunerea prin metoda

PTJP cu pulbere tip Metco

pulbere tip Deloro 60 are o rugozitate mare (R

microtulburenţe, având şi un rezultat mai slab în timpul experimen

hidroabraziune (Capitolul V

Rugozităţi medii au depunerile prin metoda EV

electrod tip Metco 71Ns şi R

acestora fiind un lucru pozitiv

Parametrul Rq este r

distribuţiei înălţimilor profilului.

Figura 6.33. Analiza comparativă a rugozităţii medii pătratice R

Dacă în cazul parametrilor R

standard a distribuţiei înălţimilor profilului (R

tipuri de depunere e mai mică,

Topirea suprafeţei,

formează mai bine când suprafaţa de contact este mai mare (suprafaţa nu e netedă ci are

vârfuri). Importanţa rugozităţii în cazul curgerii fluidului (apă) pe suprafaţă la o rugozitate

nu foarte netedă apar turbulenţe ce accentuează hidroabraziunea prin antrenarea

particulelor în suspensie şi lovirea lor de suprafeţele plane.

formează un filtru de lichid cu vector zero (strat limită) ce constituie o protecţie dar care

favorizează mişcarea din apropierea sa. La o rugozitate medie stratul limită este mic şi

funcţionează cu rol pozitiv pentru protecţia suprafeţei neîncetând mişcarea iar turbulenţele

nu apar sau apar cu mică intensitate, eventual cu amortizarea pe lungi

105

cu pulbere tip Metco 71Ns (Ra = 3,86 μm). Depunerea prin metoda PTJP

are o rugozitate mare (Ra = 7,78 μm) care duce la formarea de

microtulburenţe, având şi un rezultat mai slab în timpul experimen

hidroabraziune (Capitolul VII).

gozităţi medii au depunerile prin metoda EV (Ra = 5,30 μm

şi Ra = 5,27 μm depunere cu electrod tip Deloro

acestora fiind un lucru pozitiv.

este rugozitatea medie pătratică și reprezintă abaterea standard a

distribuţiei înălţimilor profilului.

Analiza comparativă a rugozităţii medii pătratice Rq (μm) pentru proba

martor şi cele 4 tipuri de depuneri.

Dacă în cazul parametrilor Rz şi Ra variaţia valorilor este mare, în cazul abaterii

standard a distribuţiei înălţimilor profilului (Rq), variaţia valorilor rezultate ale celor patr

tipuri de depunere e mai mică, aceasta fiind cuprinsă între 5,16 ÷ 6,48 μm

Topirea suprafeţei, în principal a vârfurilor, şi baia metalică de microsudură se



netedă apar turbulenţe ce accentuează hidroabraziunea prin antrenarea

particulelor în suspensie şi lovirea lor de suprafeţele plane. La o suprafaţă prea netedă se

formează un filtru de lichid cu vector zero (strat limită) ce constituie o protecţie dar care



nu apar sau apar cu mică intensitate, eventual cu amortizarea pe lungimea paletei.

prin metoda PTJP cu

= 7,78 μm) care duce la formarea de

microtulburenţe, având şi un rezultat mai slab în timpul experimentului de

= 5,30 μm), depunere cu

= 5,27 μm depunere cu electrod tip Deloro 60), constanţa

ă abaterea standard a

(μm) pentru proba

variaţia valorilor este mare, în cazul abaterii

), variaţia valorilor rezultate ale celor patru

μm figura 6.33.

, şi baia metalică de microsudură se



netedă apar turbulenţe ce accentuează hidroabraziunea prin antrenarea

La o suprafaţă prea netedă se

formează un filtru de lichid cu vector zero (strat limită) ce constituie o protecţie dar care nu



mea paletei.

106

6.2. DETERMINAREA CARACTERISTICILOR MECANICE

6.2.1. Determinarea caracteristicilor de microduritate ale

substratului și ale straturilor depuse

Microdurimetrul utilizat în cadrul cercetărilor doctorale este de tip CV-400 DM din

cadrul Facultăţii de Știinţa şi Ingineria Materialelor din Iaşi, Departamentul de Tehnologii şi

Echipamente pentru Procesarea Materialelor din cadrul laboratorului de deformări plastice.

Testele experimentale au fost efectuate pe 5 probe diferite, atât pe proba martor cât si pe

probele depuse. Analiza aspectelor legate de procesele de deformare ale stratului superficial

s-a realizat cu ajutorul metodei Vickers, iar probele au fost încercate la un nivelul de

solicitare de 50gf (HV50).

Tabelul6.7. Valorile obţinute în urma testelor de microduritate

Figura 6.34. Analiza comparativă a microdurităţii probei martor și a celor 4 tipuri de

depuneri obţinute.

Din analiza graficului de variaţie a microdurității figura 6.34 se observă că toate

cele patru depuneri au microdurități mai mari decât a materialului de bază care are o

duritate de aproximativ 280 HV.

MartorMetco 71 NS -

jet de plasmăDeloro 60 - jet de

plasmăMetco 71 NS -

electrod vibrartorDeloro 60 -

electrod vibrartor

1 280.6 487.7 853 304 366.12 287.6 437.1 869.6 300.1 367.33 281.8 456.5 899.8 308.8 365.2

Nr.Tip probă

Valoare duritate HV

107

Depunerea cu Deloro 60 este cea mai dură depunere din toate cele patru tipuri de

depuneri. Din figura 6.34 se observă de asemenea că ambele tipuri de depunere prin

metoda EV au o duritate mai mare decât cele depuse cu metoda PTJP.

Testele de microduritate s-au realizat datorită grosimii mici a stratului de ordinul

micronilor. Penetratorul microdurimetrului a fost acţionat în secţiunea probei depuse şi nu

pe suprafaţa de depunere. Prin testele de microduritate realizate cu ajutorul

microdurimetrului în secţiune s-a dorit să se afle valoarea microdurității doar a stratului

depus şi nu a întregului ansamblu strat-substrat, astfel încât valorile obţinute să nu fie

influenţate de duritatea materialului de bază.

Figura 6.35. Amprenta lăsată de microdurimetrul Vickers pe proba martor.

Probele depuse prin metoda PTJP cu Metco 71Ns au o microduritate de aproximativ 450

HV, fiind mai puţin dure în comparație cu probele depuse prin metoda PTJP cu Deloro 60

care are duritatea de aproximativ 870 HV.

Figura 6.36. Amprentele lăsate de microdurimetrul Vickers pe probele depuse cu:

a),b) Metco 71Ns şi Deloro 60 prin metoda PTJP; c), d)Metco 71Ns şi Deloro 60 prin

metoda EV.

Depunerea cu Metco 71

de aproximativ 304 HV decât cea cu Deloro 60 depusă prin aceeaşi metodă care are

microduritatea de aproxim

valoarea cea mai mică dintre

poate concluziona că depunerile cu Deloro 60 sunt mai du

71Ns pentru ambele metode de depunere.

6.2.2. Analiza de microamprentare a probei martor

depunerilor

Microamprentările s

tribologice şi mecanice, numit Universal Micro

dotarea Laboratorului de Tribologie de la Facultatea de Mecanică din Iaşi.

Cu ajutorul tehnicii de amprentare se evaluează proprietăţile mecanice ale

straturilor subţiri, prin măsurarea a două caracteristici: duritatea (H) şi modulul de

elasticitate Young (E), iar pe baza acestora se determină: indicele de elasticitate (H/E) şi

rezistenţa la deformare plastică (H3/E2) a acestora (X.

Modulul de elasticitate poate fi determinat cu ajutorul aparatului anterior amintit

care calculează acest indicator cu ajutorul parametrilor următori: forţa de apăsare

adâncimea amprentei lăsate

Cu ajutorul acestor parametri se calculează

unde:

S - este rigiditatea de contact;

A - proiecţia ariei de contac

υ – coeficientul Poisson al probei testate;

γ – factor de corecţie.

Testele de microamprentare se realizează în patru paşi:

1) se aplică o forţă constantă mică de aproximativ 1 % din forţa maximă de

amprentare pe probă, timp de 20 d

108

u Metco 71Ns depusă prin metoda EV are o microduritate mai mică,


microduritatea de aproximativ 366 HV. Depunerea cu Metco 71Ns pri

valoarea cea mai mică dintre toate cele patru tipuri de depuneri. Din analiza durităţilor se

poate concluziona că depunerile cu Deloro 60 sunt mai dure decât depunerile cu Metco

Ns pentru ambele metode de depunere.

Analiza de microamprentare a probei martor

Microamprentările s-au efectual cu ajutorul unui echipament pentru determinări

tribologice şi mecanice, numit Universal Micro-Tribometer (CETR-UMT


hnicii de amprentare se evaluează proprietăţile mecanice ale



eformare plastică (H3/E2) a acestora (X. Xu et al., 2015).


care calculează acest indicator cu ajutorul parametrilor următori: forţa de apăsare

adâncimea amprentei lăsate de penetrator h şi aria proiectată la suprafaţa

Cu ajutorul acestor parametri se calculează modulul de elasticitate

este rigiditatea de contact;

proiecţia ariei de contact pe suprafaţa epruvetei;

coeficientul Poisson al probei testate;

factor de corecţie.

Testele de microamprentare se realizează în patru paşi:

se aplică o forţă constantă mică de aproximativ 1 % din forţa maximă de

amprentare pe probă, timp de 20 de sec.;

are o microduritate mai mică,


71Ns prin metoda EV are

toate cele patru tipuri de depuneri. Din analiza durităţilor se

re decât depunerile cu Metco

Analiza de microamprentare a probei martor și a

au efectual cu ajutorul unui echipament pentru determinări

UMT-2) care se află în


hnicii de amprentare se evaluează proprietăţile mecanice ale




care calculează acest indicator cu ajutorul parametrilor următori: forţa de apăsare P,

şi aria proiectată la suprafaţa A.

modulul de elasticitate:

(6.2)

se aplică o forţă constantă mică de aproximativ 1 % din forţa maximă de

109

2) în această etapă forţa de amprentare a crescut liniar până la valoarea maximă

timp de 30 de sec.;

3) se menţine valoarea maximă de apăsare pentru 20 de sec.;

4) forţa de apăsare este scăzută cu o viteză liniară până atinge valoarea zero.

6.2.2.1. Analiza de microamprentare pentru proba martor

După parcurgerea etapelor de lucru şi după înregistrarea acestora de către program

au fost trasate curbele de amprentare a probei martor şi ale probelor depuse.

Figura 6.37. Curba de microamprentare (forță - adâncime) pentru proba martor.

În tabelul 6.7 sunt prezentate valorile Modulului lui Young şi a durităţii obţinute

prin analiza de microamprentare a probei martor în urma trasării curbelor de

microamprentare prezentate în figura 6.37.

Tabelul6.7. Valorile modulului lui Young şi a durităţii în urma testelor de

microamprentare

Teste de microamprentare

Proba martor

Modulul lui Young (GPa) Duritatea (GPa) 48,34 0,79 44,25 0,70 46,54 0,76

Pentru a fi mai uşor comparate durităţile obţinute prin microamprentare pot fi

convertite în unităţi Vickers utilizând tabele de conversie.

110

6.2.2.2. Analiza de microamprentare pentru probele depuse cu Metco 71Ns

prin metoda PTJP

În figura 6.38 este prezentată curba de variație a forței în raport cu adâncimea

amprentării în cazul probelor acoperite cu Metco 71Ns prin metoda PTJP.

Figura 6.38. Curba de microamprentare (forță - adâncime) pentru probele depuse cu

Metco 71Ns prin metoda PTJP.

Modulul de elasticitate obţinut în urma testelor de microamprentare este de

aproximativ 12 GPa, valoare mai mică decât a probei martor, iar duritatea obţinută este de

0,6 GPa, de asemenea mai mică - tabelul 6.8.

Tabelul 6.8. Valorile modulului lui Young şi a durităţii în urma testelor de

microamprentare pentru probele depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP


Metco 71Ns prin metoda PTJP

Modulul lui Young (GPa) Duritatea (GPa)

12,07 0,62

12,36 0,69 12,24 0,67

Aceste teste de microamprentare au fost realizate cu o forţă de apăsare de 5N, iar

pe fiecare probă s-au realizat câte trei teste.

111

6.2.2.3. Analiza de microamprentare pentru probele depuse cu Deloro 60

prin metoda PTJP

În figura 6.39 este prezentată curba de variație a forței în raport cu adâncimea de

apăsare pe cazul depunerii cu Deloro 60 prin metoda PTJP.


Deloro 60 prin metoda PTJP.

Prin depunerea cu straturi subțiri s-a dorit realizarea de materiale dure care să

crească rezistenţa la uzură hidroabrazivă. Aşa cum se ştie legătura dintre duritate şi

rezistenţa la uzură hidroabrazivă cât şi la uzură uscată este de cele mai multe ori

direct proporţională.

Tabelul6.9. Valorile modulului lui Young şi a durităţii în urma testelor de

microamprentare pentru probele depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP


Deloro 60 prin metoda PTJP

Modulul lui Young (GPa) Duritatea(GPa) 11,90 1,42

11,28 1,38 11,45 1,41

În tabelul 6.9 este prezentat modulul de elasticitate obţinut în urma testelor de

microamprentare care este de aproximativ 11,5 GPa, valoare mai mică decât a probei

112

martor, iar duritatea obținută este de 1,4 GPa, mai mare decât a probei martor şi a probei

depuse cu Metco 71Ns.

6.2.2.4. Analiza de microamprentare pentru probele depuse cu Metco 71Ns

prin metoda EV

În figura 6.40 este prezentată curba de variație a forței în raport cu adâncimea

amprentării în cazul probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV.

Figura 6.40. Curba de microamprentare (forță - adâncime) pentru probeledepuse cu

Metco 71Ns prin metoda EV.

După cum se observă din tabelul 6.10 valorile de duritate au crescut de

aproape 2 ori faţă de a materialului de bază. Dacă materialul de bază are valori

apropiate de 0,7 GPa, probele depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV au valori

cuprinse între 1,38÷1,65 Gpa.

Tabelul 6.10. Valorile modulului lui Young şi a durităţii în urma testelor de microamprentare

pentru probele depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV


Metco 71Ns prin metoda EV

Modulul lui Young (GPa) Duritatea(GPa) 16,98 1,65

13,28 1,38

14,56 1,53

Duritatea crescută a depunerii cu Metco 71Ns prin metoda EV este datorată

prezenţei carburii de wolfram din stratul format.

113

6.2.2.5. Analiza de microamprentare pentru probele depuse cu Deloro 60

prin metoda EV

Analiza comportării la microamprentare şi la deformare locală poate oferi date în

ceea ce privește comportarea mecanică cum ar fi rezistenţa la rupere şi modulul

de elasticitate figura 6.41.


Deloro 60 prin metoda EV.

Duritatea evaluată prin microamprentare a avut valori cuprinse între 1,55 GPa şi

2,15 GPa, iar modulul de elasticitate a variat între 65,46 GPa şi 72,12 GPa. Pentru ca

adâncimea de penetrare să fie mai mică decât grosimea stratului depus cu Deloro 60 prin

metoda EV, forţa de apăsare trebuie să fie cât mai mică deoarece penetratorul nu trece prin

strat. Rezultatele obţinute depus cu Deloro 60 prin metoda EV sunt prezentate în tabelul 6.11.

Tabelul 6.11. Valorile modulului lui Young şi a durităţii în urma testelor de

microamprentare pentru probele depuse cu Deloro 60 prin metoda EV


Deloro 60 prin metoda EV

Modulul lui Young Duritatea (GPa) 65,46 1,55 72,12 2,15 73,56 2,21

114

Duritatea crescută a depunerii cu Deloro 60 prin metoda EV este datorată

compactităţii stratului depus.

Din tabelul 6.12 coloana cu modulul lui Young se observă că depunerea cu

Deloro 60 prin metoda EV este cea mai elastică depunere din toate cele patru tipuri de

depuneri, având o valoare medie de aproximativ 68,5 GPa.

Tabelul 6.12. Valorile modulului lui Young în urma testelor de microamprentare

Teste de microamprentare - Modulul lui Young Modulul lui Young (GPa)

Proba martor 48,34 Metco 71Ns prin metoda PTJP 12,07 Deloro 60 prin metoda PTJP 11,90 Metco 71Ns prin metoda EV 16,99 Deloro 60 prin metoda EV 65,46

Din tabel se observă că depunerile prin metoda EV nu au diferenţe foarte mari de

elasticitate. Dacă depunerea cu Metco 71Ns prin metoda EV are valori medii ale elasticităţii

de aproximativ 15 GPa, depunerea cu Deloro 60 prin metoda EV are valori ale elasticităţii de

aproximativ 5 ori mai mari, având o valoare maximă a elasticităţii de 72,12 GPa.

Figura 6.42. Analiza comparativă a Modulului lui Young la microamprentare pentru

proba martor și probele depuse.

Probele depuse prin metoda PTJP au valori ale elasticităţii mici şi apropiate,

depunerea cu Metco 71Ns are o valoare maximă de 12,36 GPa, iar depunerea cu Deloro 60

are o valoare maxima de 11,90 GPa figura 6.42.Din analiza comparativă a elasticităţii

115

(Modulul lui Young), se observă că trei din cele patru depuneri au module de elasticitate

mai mici decât a materialului de bază, care are un modul de elasticitate mai mare, acesta

fiind aproximativ 44,6 GPa, excepţie făcând depunerea cu Deloro 60 prin metoda EV care

are o valoare mai mare.

Din tabelul 6.13 se observă că ambele tipuri de depunere realizate prin metoda EV

au o duritate medie mai mare decât cele depuse prin metoda PTJP. Depunerea cu Deloro

60 prin metoda EV este cea mai dură depunere dintre cele patru tipuri, având o valoare

medie de aproximativ 1,9 GPa.

Tabelul 6.13. Valorile durității în urma testelor de microamprentare

Teste de microamprentare - Duritatea Duritatea(GPa)

Proba martor 0,80 Metco 71Ns prin metoda PTJP 0,63 Deloro 60 prin metoda PTJP 1,42 Metco 71Ns prin metoda EV 1,65 Deloro 60 prin metoda EV 1,56

Figura 6.43.Analiza comparativă a durității la microamprentare pentru proba martor și

probele depuse.

Din analiza comparativă a durității la microamprentare pe suprafaţa depusă

figura 6.43 se observă că trei dintre cele patru depuneri au durităţi mai mari decât a

materialului de bază, care are o duritate de aproximativ 0,8 GPa, excepţie făcând

depunerea cu Metco 71Ns prin metoda PTJP care are o valoare mai mică. Probele depuse

prin metoda EV cu Metco 71

aproximativ 1,65 GPa. Din analiza microamprent

poate concluziona că depunerile

metoda PTJP comparativ pe

6.2.3. Determinarea

Testele de aderenţă s

tribologice şi mecanice, numit Universal Micro

dotarea laboratorului de Tribologie de la Facultatea de Mecanică din Iaşi

programului echipamentului

variaţia forţei de răspuns Fx(N), variaţia

frecare, Ff(N) şi variaţia coeficientului de frecare, COF.

Metoda folosită pentru a testa cele

utilizate în cadrul tezei de doctorat este cea a încărcării progresive.

viteza de deplasare a penetratorului care este egală cu l

variază liniar de la 0 ÷ 19 N. Durata de încărcare a fost de 10 secun

realizat încercarea de aderen

6.2.3.1. Analiza de aderen

Din analiza datelor de pe diagrama de încărcare

depus amorsează fisuri foarte fine la o forţă F

6,3 ÷ 7,1 mm de la startul testului.

Figura 6.44. Graficul încercării la aderenţă a

116

cu Metco 71Ns au o duritate mare a ansamblului strat

,65 GPa. Din analiza microamprentărilor obţinute pe suprafaţa depusă, se

ă depunerile prin metoda EV sunt mai dure decât depunerile prin

comparativ pentru fiecare material de depunere.

6.2.3. Determinarea aderenţei straturilor depuse

Testele de aderenţă s-au efectuat cu ajutorul unui echipament pentru determinări

tribologice şi mecanice, numit Universal Micro - Tribometer (CETR-UMT

dotarea laboratorului de Tribologie de la Facultatea de Mecanică din Iaşi

programului echipamentului s-au calculat şi s-au reprezentat grafic următorii pa

variaţia forţei de răspuns Fx(N), variaţia forţei de încărcare normală, Fz (N), variaţia forţei de

Ff(N) şi variaţia coeficientului de frecare, COF.

Metoda folosită pentru a testa cele 4 probe depuse cu Metco 71Ns şi Deloro 60

în cadrul tezei de doctorat este cea a încărcării progresive. Parametrii de testare sunt:

tratorului care este egală cu l mm/s, forţa de încărcare normală care

19 N. Durata de încărcare a fost de 10 secunde şi lungimea pe care s

aderență a fost de 10 mm.

Analiza de aderență a probelor depuse cu Metco71Ns prin metoda

lor de pe diagrama de încărcare figura 6.44 se observă că stratul

ri foarte fine la o forţă Fz de aproximativ 4,8 N, adică la distan

7,1 mm de la startul testului.

Graficul încercării la aderenţă a probelor depuse cu Metco 71Ns

prin metoda PTJP.

ului strat - substrat de

pe suprafaţa depusă, se

re decât depunerile prin

au efectuat cu ajutorul unui echipament pentru determinări

UMT-2) care se află în

dotarea laboratorului de Tribologie de la Facultatea de Mecanică din Iaşi. Cu ajutorul

grafic următorii parametrii:

(N), variaţia forţei de

depuse cu Metco 71Ns şi Deloro 60

Parametrii de testare sunt:

mm/s, forţa de încărcare normală care

de şi lungimea pe care s-a

71Ns prin metoda PTJP

se observă că stratul

adică la distanță de

probelor depuse cu Metco 71Ns

117

Apariția fisurilor foarte fine apar la o distanță cuprinsă între 6,2 ÷ 6,4 mm, de la

startul testului de aderență.

Figura 6.45. Testele de aderență şi analiza profilometrică a probelor depuse cu

Metco 71Ns prin metoda PTJP: a) zona mediană a zgârieturii; b) zona finală a zgârieturii; c)

imagine SEM pentru zona finală a zgârieturii; d) analiza EDX pentru zona finală a zgârieturii.

Din analiza profilometrică a probei depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP se

observă că în zona testului de aderență adâncimea urmei lăsate de către vârful

penetratorului este de aproximativ 5µm, iar în zona de la sfârșitul testului este de 15µm.

În figura 6.45 c, imaginile SEM prezintă urmele rezultate în urma testelor de

aderență şi prezintă o bună comportare elasto-plastică a materialului de bază, de asemenea

nu sunt identificate fisuri de profunzime şi fisuri transversale.

Figura 6.46. Analiza EDX pe zona finală a zgârieturii.

Analiza EDX pe zona finală a zgârieturii

scădere a procentului de wolfram

6.2.3.2. Analiza de aderen

Variaţiile forţelor Fx şi Ff arată răspunsul materialului, adică reacţiunea acestuia

la acţiunea forţei Fz crescătoare.

Figura 6.47. Graficul încercări

În momentul amorsării fisurilor în stratul depus cu Deloro 60 se înregistrează o

creștere a COF de la 0,05 la 1,4, iar forța de frecare Ff crește de la 0,025N la peste 1,6 N

figura 6.47.

Figura 6.48. Teste

Deloro 60 prin metoda PTJP

imagine SEM pentru zona finală a zgârieturii; d) analiz

118

zona finală a zgârieturii figura 6.45 d și figura 6.

scădere a procentului de wolfram și o creștere ușoară a procentului de cobalt.

6.2.3.2. Analiza de aderență a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP


la acţiunea forţei Fz crescătoare.

Graficul încercării la aderenţă a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda


ștere a COF de la 0,05 la 1,4, iar forța de frecare Ff crește de la 0,025N la peste 1,6 N

Testele de aderență şi analiza profilometrică a probe

PTJP: a) zona mediană a zgârieturii; b) zona finală a zgârieturii;

zona finală a zgârieturii; d) analiza EDX pentru zona finală a zgâ

figura 6.46, se observă o

rocentului de cobalt.

depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP


probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP.


ștere a COF de la 0,05 la 1,4, iar forța de frecare Ff crește de la 0,025N la peste 1,6 N

probelor depuse cu

i; b) zona finală a zgârieturii; c)

zona finală a zgârieturii.

Faptul că majoritatea microfisurilor

lăsate de către vârful penetratorului pe suprafa

PTJP, indică o bună compatibilitate între strat

procesului avansat de ecruisare.

Figura 6.

Peste zona zgârieturi realizate în urma testelor de aderen

EDX în linie (a se vedea săgeata verde din

în evidență o inversare a cantită

prin metoda PTJP, cu cea a fierului. Acest lucru se datorează străpungeri

de către penetrator care ajunge în sup

cantitate mare de fier.

6.2.3.3. Analiza de aderenţă a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV

În figura 6.50 se observă amorsarea unor microfisuri spre marginea zgârieturi

făcute de penetrator odată cu cre

a stratului.

Figura 6.50.Graficul încercării la aderenţă ale

119

l că majoritatea microfisurilor figura 6.48 c se dezvoltă

lăsate de către vârful penetratorului pe suprafața stratului depus cu Deloro 60 prin metoda

, indică o bună compatibilitate între strat și substrat, fisurile apar în substrat din cauza,

procesului avansat de ecruisare.


Peste zona zgârieturi realizate în urma testelor de aderență s

n linie (a se vedea săgeata verde din figura 6.49). Acestă analiză EDX în lin

ă o inversare a cantității se nichel de pe suprafața stratului depus, cu Deloro 60

, cu cea a fierului. Acest lucru se datorează străpungeri

de către penetrator care ajunge în suprafața materialului de bază, care are în componen


se observă amorsarea unor microfisuri spre marginea zgârieturi

dată cu creșterea forţei de apăsare, cea ce indică o mică fragi

Graficul încercării la aderenţă ale probelor depuse cu Metco71Ns

metoda EV.

se dezvoltă în cavitatea urmei

ța stratului depus cu Deloro 60 prin metoda

par în substrat din cauza,


ă s-a realizat analiza

Acestă analiză EDX în linie pune

stratului depus, cu Deloro 60

, cu cea a fierului. Acest lucru se datorează străpungerii stratului depus

ă, care are în componență o


se observă amorsarea unor microfisuri spre marginea zgârieturii

ţei de apăsare, cea ce indică o mică fragilitate

probelor depuse cu Metco71Ns prin

120

Urma obţinută prin testul de aderenţă efectuat pe proba depusă cu Metco 71Ns

prin metoda EV s-a analizat la SEM.

Figura 6.51. Testele de aderență şi analiza profilometrică a probelor depuse cu

Metco 71Ns prin metoda EV: a) zona mediană a zgârieturii; b) zona finală a zgârieturii; c)

imagine SEM pentru zona finală a zgârieturii; d) analiza EDX pentru zona finală a zgârieturii.

Din analiza profilometrică realizată pe proba depusă cu Metco 71Ns prin

metoda EV figura 6.51 b se observă că adâncimea lăsată de vârful penetratorului în urma

testului de zgâriere este mai mare 40µm.

Figura 6.52. Analiza EDX pe zona finală a zgârieturii

De asemenea, în figura 6.52 se observă că pe zona zgârieturii sunt evidențiate

elemente chimice ale substratului. După cum se observă în zona zgârieturii, analiza EDX

prezintă o inversare a elementelor chimice, wolfram și nichel.

6.2.3.4. Analiza de aderenţă a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV

Din analiza testelor de aderen

EV figura 6.53 a rezultat o variaţie medie a coeficientului de freca

forţei de răspuns (Fx), de 8,98 N

Figura 6.53. Graficul încercării la aderenţă ale

Aceste valori indică o aderen

metoda EV la substrat.

Figura 6.54. Testele de aderen

prin metoda EV: a) zona mediană a zgârieturi

pentru zona finală a zgârieturii; d) analiz

Din imaginea obținut

poanson pe stratul depus cu Deloro 60 prin metoda

înseamnă că stratul este dur

121


Din analiza testelor de aderență efectuate pe probele depuse cu Deloro 60 prin metoda

a rezultat o variaţie medie a coeficientului de frecare (COF) de 1,64, o medie a

forţei de răspuns (Fx), de 8,98 N și o variaţie medie a forţei de frecare (Ff), de 7,921 N.

Graficul încercării la aderenţă ale probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV.

Aceste valori indică o aderență foarte bună a stratului depus cu Deloro 60 prin

de aderență şi analiza profilometrică a probelor depuse cu Deloro 60

a) zona mediană a zgârieturii; b) zona finală a zgârieturii;

zona finală a zgârieturii; d) analiza EDX pentru zona finală a zgârieturii.

ținută la SEM figura 6.54 c se observă că urma lăsată de către

poanson pe stratul depus cu Deloro 60 prin metoda EV are o adâncime foarte mică

ratul este dur și cu o aderență bună.


ă efectuate pe probele depuse cu Deloro 60 prin metoda

re (COF) de 1,64, o medie a

ţie medie a forţei de frecare (Ff), de 7,921 N.

depuse cu Deloro 60 prin metoda EV.

bună a stratului depus cu Deloro 60 prin

lor depuse cu Deloro 60

i; b) zona finală a zgârieturii; c) imagine SEM


se observă că urma lăsată de către

are o adâncime foarte mică, ceea

122


Analiza EDX în linie nu evidenţiază o variaţie a elementelor chimice în dreptul

zonei zgâriate ceea ce înseamnă că penetratorul nu a trecut prin strat, deci nu a ajuns

în substrat.

6.3. DETERMINAREA CARACTERISTICILOR CHIMICE

6.3.1. Caracterizarea chimică prin difracție de raze X (XRD)

Determinarea compuşilor chimici s-a efectuat cu ajutorul difractometrului de raze X

”X`PERT PRO MRD” din cadrul laboratorului de Studiul Materialelor al Facultăţii de

Mecanică Iaşi. Difracţia cu raze X reprezintă o tehnică non-distructivă utilizată la identificarea

şi determinarea calitativă și cantitativă a compuşilor chimici metalici şi nemetalici numiţi și

faze. Aceşti compuşi se formează în materialele solide compacte cât şi în pulberi.

6.3.1.1. Analiza XRD a probei martor

Proba martor are o structură monofazică inegalizată a aliajului Inconel 750 CG,

care este cubică cu volum centrat, grup spaţial Im3m.

Figura 6.56. Identificarea compușilor de pe proba martor.

123

6.3.1.2. Analiza XRD a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP

Proba depusă cu Metco 71Ns prin metoda PTJP are ca fază compusul

αWC(W2C), cu structura hexagonală ce aparţine grupului spaţial P3m1 cu 2 constante

de reţea: a=b=2,997Å si c=4.728Å figura 6.57.

a)

b)

Figura 6.57. Identificare compușilor de pe proba depusă cu Metco 71Ns prin

metoda PTJP: a) Ni – Cr – Fe, WC; b) Co – WC, WC.

124

Depunerea cu Metco 71Ns are posibile urme ale unei faze: fier, nichel, crom,

care are forma structurii: cub cu feţe centrate, acesta fiind o fază minoritară tip Fm3m

(<5%), cu compoziţia chimică Ni75Cr15Fe8 iar restul Si, Mn, Mo, C. Faza principală

de tip W2C (aliat cu Co- wolframul substituie cobaltul) - structura 304 la marginea de

grăunţi apare fenomenul de coroziune Inconel - (material de bază) are structura unui

oţel austenito-martensitic.

6.3.1.3. Analiza XRD a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP

În figura6.58 se observă că trei dintre maximele principale sunt ale

constituentului Cr0,19Fe0,7Ni0,11. Structura este cubică cu fețe centrate și este foarte

apropiată de cea austenitică clasică iar constanta de rețea este de 3,59 Å.

Figura 6.58. Identificarea compușilor de pe probele depuse cu Deloro 60 prin

metoda PTJP.

Ca fază secundară s-a identificat o carbură dublă de Fe și Cr. De asemenea s-a

identificat o fază secundară BNi2 cu o structură de tip tetragonal (grup spațial Gs I4/mcm) și

o fază minoritară de tipul Cr15.58Fe7.42C6care are o structură hexagonală.

6.3.1.4. Analiza XRD a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV

Analize XRD a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda electrodului

vibrator au o singura fază identificată care este cubică cu feţe centrate Fm3m, cu o

125

constantă de reţea apropiată de cea a aliajului ANSI 304 care are compoziţia chimică

Cr0.13Fe0.7Ni0.11, figura 6.59.

Figura 6.59. Identificarea compușilor de pe probele depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV.

6.3.1.5. Analiza XRD a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV

Proba depusă cu Deloro 60 prin metoda EV are o singură fază majoră în proporţie

de peste 90 %, este un cubic cu volum centrat şi grup spaţial Im3m.

Figura 6.60. Identificarea compușilor de pe probele depuse cu Deloro 60 prin metoda EV.

Posibil ca faza secundară să fie W3O cu o structură cubică Pm3n (celula primitivă).

6.3.2. TESTE DE ELECTROCOROZIUNE A PROBEI MARTOR

PROBELOR DEPUSE

Datele de impedanţă electrochimică pentru proba martor

obţinute la diverse perioade de timp: 10 min, 1 h, 10 h

prezentate în figura 6.

a) b)Figura 6.61. Diagrama Nyquist

diferite perioade de timp în ploaie acid

a) b)Figura 6.62. Diagramele Bode pentru

diferite perioade de timp în ploaie acid

În cazul probei martor ambele diagrame de impedan

singure constante de timp. Astfel modelarea datelor experimentale s

circuitului echivalent prezentat în

tabelul 6.14. Se constată o scădere a valorii rezisten

rezistența transferului de sarcin

126

6.3.2. TESTE DE ELECTROCOROZIUNE A PROBEI MARTOR

Datele de impedanţă electrochimică pentru proba martor și pentru probele depuse

obţinute la diverse perioade de timp: 10 min, 1 h, 10 h, în ploaie acid

figura 6.61 (diagrame Nyquist) şi figura 6.62 a-b (diagrame Bode).

a) b) Diagrama Nyquist pentru: a) proba martor;b) probele depuse; me

diferite perioade de timp în ploaie acidă, pH 5,4.

a) b) Diagramele Bode pentru:a) proba martor; b) probele depuse; me

diferite perioade de timp în ploaie acidă, pH 5,4.

În cazul probei martor ambele diagrame de impedanță indic

singure constante de timp. Astfel modelarea datelor experimentale s-a efectuat cu ajut

circuitului echivalent prezentat în figura 6.63, iar rezultatele sunt prezentate

o scădere a valorii rezistenței, R1, care în acest caz reprezint

a transferului de sarcină. Stratul pasiv nu se mai formează în caz

6.3.2. TESTE DE ELECTROCOROZIUNE A PROBEI MARTOR ȘI A

și pentru probele depuse

ploaie acidă, pH 5.4 sunt

b (diagrame Bode).

pentru: a) proba martor;b) probele depuse; menţinute

b) probele depuse; menţinute

ă indică prezența unei

a efectuat cu ajutorul

iar rezultatele sunt prezentate în

n acest caz reprezintă

. Stratul pasiv nu se mai formează în cazul depunerilor

127

prin metoda PTJP. În ambele diagrame se poate distinge existenţa a două constante de timp

care împart domeniul frecvenţelor în două zone. Aceste două constante de timp sunt puse

în evidență de cele două semicercuri în diagrama Nyquist și de prezența a două maxime în

diagrama de fază Bode. Spectrele obţinute au fost interpretate prin modelarea datelor cu un

circuit echivalent ale căror elemente de circuit descriu proprietăţile fizice şi electrochimice

ale suprafeţei celor patru probe imersate în ploaie acidă simulată, pH 5,4. Circuitul

echivalent care a fost asociat acestui model fizic este ilustrat în figura 6.63.

Figura 6.63.Circuitul echivalent (CE) utilizat în filtrarea datelor experimentale obţinute.

Figura 6.64.Schema atacului chimic a unui strat depus utilizat în filtrarea datelor

experimentale obţinute pentru suprafețele acoperite menţinute în ploaie acidă, pH 5,4.

În acest circuit echivalent Rsol(R1Q1)(R2Q2), Rsol - reprezintă rezistența soluției,

R1 - rezistența transferului de sarcină, iar R2-rezistența stratului de produși de coroziune

figura 6.64. De asemenea, pentru a lărgi sfera de aplicabilitate a modelului, în locul

capacităților ideale au fost introduse elementele de fază constantă corespunzătoare stratului

dublu electric, Q1 şi stratului de produși de coroziune, Q2. Valorile coeficientului χ2 sunt

cuprinse între 10-4 şi 8 x 10-4, ceea ce indică faptul că corelarea datelor din circuitul

echivalent ales s-a realizat în limitele unor erori cuprinse între 1,5% şi 3%. Valorile

128

parametrilor electrici ai circuitului echivalent pentru aceste aliaje menținute la diferite

perioade de timp în ploaie acidă simulată, pH 3,4 sunt prezentate în tabelul 6.14.

Pentru toate cele trei tipuri de depuneri studiate (una dintre cele patru tipuri de

depuneri, mai precis cea depusă cu Metco 71Ns prin metoda PTJP nu a mai fost studiată

din cauza rezultatelor foarte slabe la electrocoroziune), se observă din datele prezentate în

tabelul 6.14comportarea lor la electrocoroziune în ploaie acidă a acestora. Se constată că

ambele rezistențe ale transferului de sarcină (R1) cât şi rezistenţa stratului de produși de

coroziune (R2) sunt mici, de ordinul a 103kΩ cm2 și scad cu timpul de imersare.

În urma imersării în ploaie acidă, pH 5,4 proba martor neacoperită și probele

depuse au stratul pasiv deteriorat. Din datele prezentate în tabelul 6.14se constată că

rezistența transferului de sarcină este de 20 de ori mai mare în cazul probei neacoperite față

de cea acoperită cu Deloro 60 prin metoda PTJP. Exponentul n2prezintă valori mici

datorate rugozității stratului de produși de coroziune.

Tabelul 6.14.Parametrii circuitului echivalent pentru probele acoperite și neacoperite

imersate la diferite perioade de timp în ploaie acidă pH 5,4

Proba R1

(Ω cm2) Q1(F cm-2 sn-1) n1 R2(Ω cm2) Q2(F cm-2 sn1) n2

După 10 minute de la imersare Probă martor 44,6 x 103 1,9 x 10-5 0,81 - - - Deloro 60 prin metoda PTJP 2,2 x 103 3,5 x 10-5 0,82 1,1 x 103 3,8 x 10-4 0,75 Metco 71Ns prin metoda EV 13,2 x103 2,5 x 10-5 0,82 1,5 x 103 3,8 x 10-4 0,77 Deloro 60 prin metoda EV 22 x 103 2,3 x 10-5 0,81 1,7 x 103 3,8 x 10-4 0,77 După60 minute de la imersare Probă martor 41,4 x 103 1,9 x 10-5 0,81 - - - Deloro 60 prin metoda PTJP 1,9 x 103 3,6 x 10-5 0,81 1,1 x 103 3,8 x 10-5 0,73 Metco 71Ns prin metoda EV 3,2 x103 3,1 x 10-5 0,81 1,1 x103 3,7 x 10-5 0,75 Deloro 60 prin metoda EV 19,1 x 103 2,4 x 10-5 0,81 - - - După600minute de la imersare

Proba martor 22,5 x 103 2,3 x 10-5 0,81 - - - Deloro 60 prin metoda PTJP 1,5 x 103 4,1 x 10-5 0,80 1,1 x 103 3,9 x 10-5 0,69 Metco 71Ns prin metoda EV 1,4 x 103 4,1 x 10-5 0,80 1,1 x 103 3,9 x 10-5 0.72 Deloro 60prin metoda EV 8,1 x 103 2,9 x 10-5 0,80 4,3 x 103 3,3 x 10-5 0,75

În tabelul 6.14 se observă că rezistenţa la coroziune R1 a probei martor este mai

ridicată decât a probelor acoperite, lucru justificat prin faptul că în cazul acoperirilor apar

pile galvanice (2 sau mai multe tipuri de metale în soluţie).

Cu ajutorul microscopiei electronice se constată apariția produșilor de coroziune

figura 6.65 mai ales în cazul depunerilor cu Deloro 60 prin metoda PTJP. De asemenea

129

pentru toate cele 4 probe, coroziunea este uniformă, dar mai puțin vizibilă pentru proba

Deloro 60 prin metoda EV.

Figura 6.65.Analizele SEM a probelor imersate timp de 600de minute în ploaie acidă,

pH 5,4: a) probă martor; b) probă depusă cu Deloro 60metoda PTJP; c) probă depusă cu

Metco 71Ns prin metoda EV; d) probă depusă cu Deloro 60 prin metoda EV.

Cea mai bună rezistenţă la agenţi chimici o are proba acoperită cu Deloro 60 prin

metoda EV. Se observă că depunerile de Deloro 60 şi Metco 71Ns prin metoda EV sunt

mult mai bune din punct de vedere al rezistenţei la coroziune decât cele depuse

prin metoda PTJP.

Depunerea prin metoda PTJP cu pulberi tip Metco 71Ns a fost atât de

dezavantajoasă încât rezultatele nici nu au mai fost trecute în tabel şi pe grafic.

130

Figura 6.66. Analizele SEM a probelor imersate timp de 600 de minute în ploaie acidă,

pH 5,4: a) probă martor; b) probă depusă cu Deloro 60 prin metoda PTJP; c) probă

depusă cu Metco 71Ns prin metoda EV; d) probă depusă cu Deloro 60prin metoda EV.

Depunerile prin metoda PTJP au o structură a stratului mai puţin compactă decât

cea prin metoda EV, iar prezenţa golurilor şi a oxizilor în interiorul stratului depus şi la

interfaţa cu materialul de bază înrăutăţeşte proprietăţile la agresiuni chimice.

Depunerile prin metoda EV, în special cele cu Deloro 60 (aliaj pe bază de Ni) au o

bună rezistenţă la agresiunea agenţilor chimici, datorită compactităţii stratului exterior şi a

proprietăţilor anticorozive ale Ni care se găseşte în procent mai mare de 70% în strat.

131

CONCLUZII

Din analiza la microscopul electronic şi optic a secţiunilor se observă că probele

cu depuneri prin metoda PTJP au dezavantajul prezenţei unui strat de oxizi aproape

compact între strat şi substrat în cazul ambelor tipuri de pulberi, lucru ce slăbeşte

considerabil rezistenţa stratului.

La depunerea prin metoda EV între stratul depus şi substrat există o zonă de

trecere, zonă intermediară formată prin topire într-o baie metalică comună a materialului

de depunere şi a materialului de bază. Această zonă de trecere este deosebit de benefică

deoarece ancorează bine stratul exterior şi prezintă caracteristici fizico-chimice şi mecanice

de trecere între cele ale stratului şi substratului (coeficient de dilatare variabil, coeficient de

transfer termic variabil etc.) şi coerenţă structurală.

Acest avantaj lipseşte de la depunerea prin metoda PTJP,acesta având o trecere

bruscă de la strat la substrat cu o denivelare clară fără zone de trecere existând astfel

pericolul compactării diferite în caz de solicitare termică sau mecanică a stratului de

substrat (se comportă ca două materiale diferite).

Depunerea de W poate fi realizată cu succes prin metoda EV deoarece arcul

electric dintre catod şi anod are o temperatură de peste 11000 0C, care duce la o topire bună

a wolframului care are a temperatură de topire de 3600 0C.

La depunerea cu electrod de wolfram durificarea suprafeţei se realizează, o dată

prin călirea superficială datorată încălzirii foarte rapide cu picături de wolfram topit şi o

dată prin microaliere, favorizată de baia metalică care este formată atât din elementele

electrodului cât şi din suprafaţa oţelului inoxidabil pe care se depune.

Depunerile obţinute prin metoda EV sunt alcătuite din multiple picături unice,

care se formează într-o ordine dependentă de mişcarea relativă a electrodului.

Prin metoda PTJP sunt realizate straturi mult mai groase decât prin metoda EV.

Grosimea de strat la depunerea prin metoda PTJP poate varia în funcţie de numărul de

treceri al jetului de plasmă.

Acoperirile cu Deloro 60 prin prin metoda PTJP oferă o aderenţă bună la substrat şi

o duritate mare de aproximativ 59 ÷ 62 HRC a noului ansamblu strat - substrat obţinut.

La depunerea prin metoda PTJP rugozitatea este influenţată de granulaţia

pulberilor. La depunerea cu Deloro, care are o granulaţie mai grosolană, rugozitatea

132

este mai mare (Ra = 7,79 μm) faţă de depunerea cu Metco 71Ns, care are o rugozitate

mai mică (Ra = 3,86 μm), datorită pulberii mai fine.

Rugozităţile medii se întâlnesc la metoda EV lucru datorat, atât tehnologiei de

depunere, cât şi formării băii de topire strat - substrat care aplatizează forma picăturilor ce

constituie stratul de depunere. Cu cât suprafaţa este mai netedă, cu atât rezistenţa la

hidroabraziune şi coroziune este mai mare.

La o suprafaţă rugoasă apar multiple turbulenţe locale ce accentuează hidroabraziunea

pe zona respectivă. În cazul coroziunii o suprafaţă cu rugozitate ridicată este mai mare decât o

suprafaţă netedă crescând zonele de contact între agentul agresiv chimic şi probă.

Depunerile cu Metco 71Ns au wolfram în compoziţie mai mult de 80 %, ceea ce

duce la obţinerea de straturi deosebit de dure. Analiza microdurităţii arată însă o duritate

mai ridicată a depunerii cu Deloro 60 care are ca principal component chimic

nichelul 70 %, care se datorează prezenţei borului. Acest element, chiar în procente mai

mici de 0,2 %, duce la creşterea durităţii, rezistenţei mecanice şi tenacităţii.

Procentul de bor, în cazul depunerii cu Deloro 60, este de 3,1 ÷ 3,5 %, cantitate

suficient de mare să formeze compuşi complecşi, duri de Fe, Cr, Ni şi Mo, chiar după ce a

fost ars parţial în procesul de depunere. Analizând mai atent compoziţia chimică a celor

două tipuri de depunere se observă că Deloro 60 are în compoziţie şi o cantitate

semnificativă de bor, care este şi elementul principal care face ca depunerea cu Deloro 60

să fie mai dură decât cea cu Metco 71Ns.

133

CAPITOLUL VII

UZURA HIDROABRAZIVĂ

7.1. TESTELE DE UZURA HIDROABRAZIVĂ

Testele de uzură hidroabrazivă au fost realizate cu ajutorul instalaţiei concepută şi

prezentată în capitolul IV, folosind ca mediu de testare apa demineralizată cu suspensii de

carborund. Mediul de hidroabraziune şi parametrii de lucru ai instalaţiei sunt

prezentaţi ȋn tabelul 7.1.

Tabelul 7.1. Parametrii de lucru ai instalaţiei

Denumire Simbol Unitate de

masura Valoare

Detalii rezervor Diametrul rezervorului D [mm] 300

Nivelul de umplere H [mm] 150 Nivelul de umplere/diametrului rezervorului H/D [-] 1/2

Tip de agitator Unghi de incidență Ua grade 4x45°

Diametrul agitatorului (axa centrală a probei) D [mm] 120 Proporţie adimensională a diametrului D/D [-] 0.6

Înălţimea medie de instalare a agitatorului Ha [mm] 40 Înălţimea relativă de instalare a agitatorului H/D [-] 0.267

Informaţii testare Numărul de rotaţie Nr [rot/min] 300

Viteza periferică a agitatorului Vp [m/s] 3,1

Durata testului (între două măsurători) t [min] 300 Numărul de probe n [-] 4

Instalația este alcătuită dintr-un rezervor cilindric din inox, în interiorul căruia este

imersat într-un lichid, cu particule abrazive, un ax care este acţionat cu o viteze de un motor.

La celălalt capăt al axului este realizat un sistem de prindere pe care sunt montate probele.

Probele au fost cântărite iniţial cu ajutorul balanţei analitice, apoi după fiecare

testare la uzură hidroabrazivă au fost cântărite din nou pentru a se vedea pierderea de masă

(diferenţa dintre masa iniţială a probei şi masa după testare). Perioada dintre o cântărire şi

cealaltă este de 10 ore pentru primele zece teste, iar pentru următoarele cinci teste

este de 100 de ore.

Toate valorile rezultate în urma cântăririi şi calculării diferenţelor de masă, după

ce probele au fost supuse testelor de uzură hidroabrazivă, au fost înregistrate în tabelul 7.2.

134

Analizând graficele de uzură hidroabrazivă în care sunt reprezentate valorile

obținute până la 100 de ore de testare, se observă că până la această perioadă apare o uzură

hidroabrazivă mai intensă la toate probele testate, lucru datorat uzurii vârfurilor de

rugozitate a probelor.

Rugozitatea probelor este relativ mare, din cauza de metodelor de depunere

(metoda PTJD şi metoda EV) care formează pe suprafaţa probelor aderenţe, suprapuneri de

material de depunere, stropi parţial topiţi şi înglobaţi în microbăile metalice

solidificate, oxizi etc. Aceste proeminenţe de pe suprafaţă în timpul testării în lichidul cu

particule abrazive creează microturbulențe ce erodează puternic zona de exterior smulgând

oxizi şi stropi parţial topiţi, formaţi în urma depunerii prin cele două metode.

După primele 10 teste, adică după primele 100 de ore a avut loc netezirea

suprafeţelor, datorită şlefuirii vârfurilor mari de uzură. Astfel, se observă o scădere a

intensităţii uzurii hidroabrazive, panta curbelor scăzând la jumătate. Comparând rezistenţa

la uzură hidroabrazivă a probelor testate se observă că proba nedepusă are o uzură mai

mare decât probele depuse, pentru cazul în care sunt testate mai mult de 100 de ore. Proba

cu rezultatele cele mai bune la testele de uzură hidroabrazivă au fost cele care au fost

depuse cu Deloro 60 prin metoda EV.

Se observă că depunerile prin metoda PTJP au rezistenţa la hidroabraziune mai

slabă decât probele depuse prin metoda EV pe perioade scurte de funcţionare, însă acest

lucru poate fi remediat printr-o depunere mult mai mare, lucru posibil la acest tip de

depunere şi mai puţin la depunerea prin metoda EV, unde grosimea de strat poate ajunge la

o valoare de la care nu mai poate crește.

Uzura hidroabrazivă mai crescută, pe perioade scurte de timp, a depunerilor prin

metoda PTJP se datorează neuniformităţii stratului depus care prezintă numeroase maxime

de rugozitate. De asemenea, suprafaţa depusă prin metoda PTJP este formată din

numeroase micropicături formate în urma dezintegrării unor picături mai mari.

Dezintegrarea se datorează vitezei foarte mari a jetului de plasmă format şi a forţelor de

contact foarte mari a picăturilor care se lovesc de materialul de bază.

Micropicăturile astfel formate sunt mai mult integrate în suprafaţa materialului

deoarece, datorită dimensiunilor foarte mici, se răcesc foarte repede şi se solidifică aproape

instant când ajung pe suprafaţa de depunere, ele rămânând sub formă sferică. Această

formă sferică duce la zone de contact şi de adeziune foarte mici.

135

Tabelul 7.2. Masa probelor după testele de uzură hidroabrazivă la 100 de ore de testare

Probe

Numar de ore (h)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Greutate (g)

Probă martor

13.0791 13.0568 13.0455 13.0343 13.0281 13.0172 13.0091 12.9988 12.9907 12.9848 12.9724

12.5411 12.5235 12.5083 12.4979 12.4906 12.4864 12.4789 12.4708 12.4655 12.4601 12.4515

13.3159 13.2902 13.2779 13.2665 13.2576 13.2497 13.2408 13.2305 13.2221 13.2142 13.2033

Metco 71Ns - metoda PTJP

12.7815 12.7639 12.7523 12.7443 12.7346 12.73 12.7243 12.7169 12.7094 12.7043 12.6951

12.8002 12.7778 12.7596 12.7513 12.7395 12.7314 12.7219 12.7124 12.7035 12.6947 12.6838

12.3098 12.2783 12.2631 12.2501 12.2366 12.2303 12.2194 12.2123 12.2047 12.1938 12.1845

Deloro 60 - j metoda PTJP

13.0715 13.0623 13.0578 13.0532 13.0485 13.0445 13.0366 13.0315 13.0269 13.0212 13.0103

13.0385 13.0204 13.0159 13.0105 13.0043 13.0001 12.9929 12.9894 12.9781 12.9688 12.9591

13.0529 13.0324 13.0285 13.0215 13.0139 13.0064 12.9996 12.9943 12.9836 12.9772 12.9709

Metco 71Ns –metoda EV

12.5695 12.5584 12.5432 12.5363 12.5291 12.5244 12.5189 12.5093 12.5017 12.4953 12.4864

12.4571 12.5592 12.4398 12.4347 12.4296 12.4231 12.4188 12.4127 12.4073 12.4012 12.3995

12.9745 12.9676 12.9619 12.9578 12.9518 12.9455 12.9405 12.9353 12.9302 12.927 12.921

Deloro 60 -metoda EV

11.2819 11.2721 11.2709 11.267 11.2619 11.2581 11.2548 11.2501 11.2469 11.2407 11.2365

12.4192 12.4192 12.4192 12.4192 12.4192 12.4192 12.4192 12.4192 12.4192 12.4192 12.4192

12.7163 12.7057 12.7006 12.6974 12.6934 12.6894 12.6846 12.6806 12.6756 12.6697 12.6641

136

Tabelul 7.3. Pierderea de masă după testele de uzură hidroabrazivă la 100 de ore de testare

Probe

Numar de ore (h)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Greutate (g)

Probă martor

0 0.0223 0.0336 0.0448 0.051 0.0619 0.07 0.0803 0.0884 0.0943 0.1067

0 0.0176 0.0309 0.04 0.0481 0.0547 0.0622 0.0703 0.0756 0.081 0.092

0 0.0257 0.038 0.0494 0.0583 0.0662 0.0751 0.0854 0.0938 0.1017 0.1126


0 0.0176 0.0292 0.0372 0.0469 0.0515 0.0572 0.0646 0.0721 0.0772 0.0864

0 0.0224 0.0406 0.0489 0.0607 0.0688 0.0783 0.0878 0.0967 0.1055 0.1164

0 0.0315 0.0467 0.0597 0.0732 0.0795 0.0904 0.0975 0.1051 0.116 0.1253

Deloro 60 - metoda PTJP

0 0.0092 0.0137 0.0183 0.023 0.0269 0.0349 0.04 0.0446 0.0503 0.0612

0 0.0181 0.0226 0.028 0.0342 0.0384 0.0456 0.0491 0.0604 0.0697 0.0794

0 0.0205 0.0244 0.0314 0.039 0.0465 0.0533 0.0586 0.0693 0.0757 0.082

Metco 71Ns– metoda EV

0 0.0135 0.0263 0.0332 0.0404 0.0451 0.0506 0.0602 0.0678 0.0742 0.0831

0 0.0103 0.0173 0.0224 0.0275 0.034 0.0383 0.0444 0.0498 0.0559 0.0688

0 0.0069 0.0126 0.0167 0.0227 0.029 0.034 0.0392 0.0443 0.0475 0.0535

Deloro 60 – metoda EV

0 0.0098 0.011 0.0149 0.02 0.0238 0.0271 0.0318 0.035 0.0412 0.0454

0 0.0032 0.0071 0.009 0.0129 0.0167 0.0206 0.0238 0.027 0.0315 0.0373

0 0.0106 0.0157 0.0189 0.0229 0.0269 0.0317 0.0357 0.0407 0.0466 0.0522

137

Tabelul 7.4. Masa probelor după testele de uzură hidroabrazivă la 500 de ore de testare

Probe

Număr de ore (h)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500

Masa (g)

Probă martor 13.0791 13.0568 13.0455 13.0343 13.0281 13.0172 13.0091 12.9988 12.9907 12.9848 12.9724 12.9359 12.9066 12.8761 12.8478


12.8002 12.7778 12.7596 12.7513 12.7395 12.7314 12.7219 12.7124 12.7035 12.6947 12.6838 12.6632 12.6421 12.6206 12.5971

Deloro 60 -metoda PTJP

13.0385 13.0204 13.0159 13.0105 13.0043 13.0001 12.9929 12.9894 12.9781 12.9688 12.9591 12.9383 12.9146 12.8939 12.8747

Metco 71NS – metoda EV

12.4571 12.5592 12.4398 12.4347 12.4296 12.4231 12.4188 12.4127 12.4073 12.4012 12.3995 12.3775 12.3515 12.3302 12.3025


11.2819 11.2721 11.2709 11.267 11.2619 11.2581 11.2548 11.2501 11.2469 11.2407 11.2365 11.2165 11.1944 11.1749 11.1543

Tabelul 7.5. Pierderea de masă după testele de uzură hidroabrazivă la 500 de ore de testare

Probe

Număr de ore (h)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500

Pierderea de masă pe probă (g)

Probă martor 0 0,0223 0,0336 0,0448 0,051 0,0619 0,07 0,0803 0,0884 0,0943 0,1067 0,1432 0,1725 0,203 0,2313

Metco 71Ns - metoda PTJP 0 0,0224 0,0406 0,0489 0,0607 0,0688 0,0783 0,0878 0,0967 0,1055 0,1164 0,137 0,1581 0,1796 0,2031

Deloro 60 - metoda PTJP 0 0,0181 0,0226 0,028 0,0342 0,0384 0,0456 0,0491 0,0604 0,0697 0,0794 0,1002 0,1239 0,1446 0,1638

Metco 71Ns – metoda EV 0 0,0103 0,0173 0,0224 0,0275 0,034 0,0383 0,0444 0,0498 0,0559 0,0688 0,0796 0,1056 0,1269 0,1546

Deloro 60 – metoda EV 0 0,0098 0,011 0,0149 0,02 0,0238 0,0271 0,0318 0,035 0,0412 0,0454 0,0654 0,0875 0,107 0,1276

138

Tabelul 7.6. Pierderea de masă pe probă după testele de uzură hidroabrazivă (•10-3g/probă)

Probe

Număr de ore (h)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500

Uzura pe probă (•10-3g/probă)

Probă martor 0 22 34 45 51 62 70 80 88 94 108 143 173 203 231 Metco 71Ns - metoda PTJP

0 22 41 49 61 69 78 88 97 105 116 137 158 180 203

Deloro 60 - metoda PTJP

0 18 23 28 34 38 46 49 60 70 79 100 124 145 164

Metco 71Ns – metoda EV

0 10 17 22 27 34 38 44 50 56 69 80 106 127 155


0 10 11 15 20 24 27 32 35 41 45 65 88 107 128

Tabelu 7.7. Uzura hidroabrazivă pe unitatea de suprafață după teste (•10-3g/cm2)

Probe Număr de ore (h)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500

Uzura pe probă (•10-3g/cm) Probă martor 0 11 17 22 26 31 35 40 44 47 54 72 86 102 116

Metco 71Ns - metoda PTJP 0 11 20 24 30 34 39 44 48 53 58 68 79 90 102 Deloro 60 - metoda PTJP 0 9 11 14 17 19 23 25 30 35 40 50 62 72 82 Metco 71 Ns - metoda EV 0 5 9 11 14 17 19 22 25 28 34 40 53 63 77

Deloro 60 - metoda EV 0 5 6 7 10 12 14 16 18 21 23 33 44 54 64

Aceste caracteristici ale suprafeţei duc la posibilitatea smulgerii oxizilor şi a

particulelor cu aderenţă mică ceea ce duce la o uzură hidroabrazivă mai mare a probelor

depuse prin metoda PTJP. Un rol important îl au, aşa cum am menţionat anterior, şi gazele

înglobate în stratul depus, în principal ale dioxidului de carbon CO

Gazele formează pori în stratul depus prin metoda PTJP, ceea care duce la

scăderea fiabilităţii stratului depus. Picăturile formate pe suprafaţa de depunere prin

această metodă, împreună cu oxizii de pe suprafaţă, creează microturbulenţe în apa din

instalația de testare, care smulg picăturile de pe suprafaţă

Figura 7.1. Prezentarea schematică a curenţilor turbionari datoraţi neuniformităţilor de

Se observă astfel că atât pulberile de Deloro 60 cât şi electrozii de Deloro 60

folosiți produc straturi mai bune din punct de vedere al rezistenţei la hidroabraziune decât

cele realizate folosind Metco 71Ns atât ca pulberi cât şi ca electrozi pentru cele două

metode de depunere (metoda PTJP, respectiv metoda EV).

Metco 71Ns are ca principal element

3000 0C, găsindu-se în stare vâscoasă (parţial topit) atât la metoda PTJP cât şi la depunerile

prin metoda EV. Deloro 60 conţine ca element principal Ni, care are o bună aderenţă şi

formează, la depunerea prin met

unor tensiuni superficiale mari ale picăturilor topite.

a)

Figura 7.2. Schema de reprezent

depunerea prin metoda EV

Tensiunea superficială a picăturilor de Metco 71Ns este mai mare, ceea ce face ca

suprafaţa depusă cu acest material

picături sferoidale figura 7.2

139


culelor cu aderenţă mică ceea ce duce la o uzură hidroabrazivă mai mare a probelor


înglobate în stratul depus, în principal ale dioxidului de carbon CO2.

ază pori în stratul depus prin metoda PTJP, ceea care duce la



re, care smulg picăturile de pe suprafaţă figura 7.1.

Prezentarea schematică a curenţilor turbionari datoraţi neuniformităţilor de

pe suprafaţă.


straturi mai bune din punct de vedere al rezistenţei la hidroabraziune decât


metode de depunere (metoda PTJP, respectiv metoda EV).

Metco 71Ns are ca principal element W, care se topeşte la temperaturi de peste

se în stare vâscoasă (parţial topit) atât la metoda PTJP cât şi la depunerile


formează, la depunerea prin metoda EV, picături plane bine înglobate în suprafaţă, datorită

unor tensiuni superficiale mari ale picăturilor topite.

a) b)

Schema de reprezentare a tensiunilor superficiale ale picăturilor formate la

prin metoda EV: a) depunerea cu Metco 71Ns; b) depunerea cu Deloro 60.


suprafaţa depusă cu acest material să fie rugoasă cu denivelări neaplatizate formate din

figura 7.2.


culelor cu aderenţă mică ceea ce duce la o uzură hidroabrazivă mai mare a probelor


ază pori în stratul depus prin metoda PTJP, ceea care duce la



Prezentarea schematică a curenţilor turbionari datoraţi neuniformităţilor de


straturi mai bune din punct de vedere al rezistenţei la hidroabraziune decât


W, care se topeşte la temperaturi de peste

se în stare vâscoasă (parţial topit) atât la metoda PTJP cât şi la depunerile


oda EV, picături plane bine înglobate în suprafaţă, datorită

are a tensiunilor superficiale ale picăturilor formate la

: a) depunerea cu Metco 71Ns; b) depunerea cu Deloro 60.


să fie rugoasă cu denivelări neaplatizate formate din

140

Figura 7.3. Uzura hidroabrazivă pe unitatea de suprafaţă după 100 ore de testare.

141

Figura 7.4. Uzura hidroabrazivă pe unitatea de suprafaţă după 500 ore de testare.

Cercetări privind rezistența la uzură hidroabrazivă a straturilor subţiri depuse pe aliaje Fe-C

142

7.2. ANALIZA SEM A PROBELOR TESTATE LA UZURĂ

HIDROABRAZIVĂ LA 500 ORE

7.2.1. Analiza SEM a probei martor din oțel inoxidabil testată la

hidroabraziune la 500 ore

Din imaginile SEM ale probei martor supusă testelor care au durat 500 h se observă

urme fine de uzură hidroabrazivă figura 7.5 a și b.

Figura 7.5. Analiza microscopică a probei martor testată la hidroabraziune la 500 h:

a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.

Uzura hidroabrazivă este vizibilă și se caracterizată prin adâncituri refulate și găuri

fine figura 7.5 c și d cu forme colțuroase provocate de loviturile particulelor carborundului și

asemănătoare colțurilor acestuia.

Din harta de repartiție a elementelor realizată cu ajutorul analizei EDX se observă

prezenţa unor zone cu adâncituri în care apar particule cu fine de carborund, deoarece după


143

cum se observă din harta elementelor în aceste zone apar identificate cantități mai mare de

carbon figura 7.6.


chimice: a) zona analizată; b) repartiția tuturor elementelor.

Aceste particule fine de carborund au fost dislocate din particule mai mari care mai

apoi s-au înglobat în materialul de bază.

7.2.2. Analiza SEM a probelor depuse prin metoda PTJP testate la


7.2.2.1. Analiza SEM a probei depuse cu Metco71Ns prin metoda PTJP testate la


Uzura hidroabrazivă este vizibilă pe depunerile prin metoda PTJP cu pulbere tip

Metco 71Ns. Aderențele și oxizii au fost primele care s-au desprins de pe suprafață figura 7.7.

a) b)


144

c) d)

Figura 7.7. Analiza microscopică a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP

testate la hidroabraziune la 500 h: a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.

a) b)


chimice pe strat a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda PTJP testate la

hidroabraziune la 500 h: a) zona analizată; b) repartiția tuturor elementelor.

Din analiza EDX figura 7.8 se observă faptul că uzura puternică a îndepărtat parțial

stratul depus. Se constă de asemenea şi apariția de suprafață a contaminatului tip depunere de

oxizi de Na datorate apei.

7.2.2.2. Analiza SEM a probelor depuse cu DELORO 60 prin metoda PTJP

testate la hidroabraziune la 500 ore

Depunerile cu pulbere tip Deloro 60 depuse prin metoda PTJP au o uzură

neuniformă, aceasta fiind mai pronunțată printre picături şi stropii ce se formează.

Zonele dintre picături au o hidroabraziune mai puternică datorită turbulențelor care apar


145

la contactul apei demineralizate din instalația de testare a uzurii hidroabrazive cu

denivelările de la nivelul suprafeţei formate de picături figura 7.9.

Figura 7.9. Analiza microscopică a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP testate

la hidroabraziune la 500 h: a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.

a) b)


chimice pe strat a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda PTJP testate la hidroabraziune

la 500 h: a) zona analizată; b) repartiția tuturor elementelor.

Din analiza EDX figura 7.10 realizată pe proba depusă Deloro 60 prin metoda PTJP

se observă ca suprafața depusă are zone întinse nichel (pe zona unde picăturile au fost


146

compacte) iar acolo unde suprafața depusă nu a fost compactă (la marginea picăturilor sau

între picături) hidroabraziunea s-a manifestat mai pregnant, care au dus la apariția unor zone

cu o cantitate mare de fier.

Din harta de distribuție a elementelor chimice figura 7.10 realizată cu ajutorul sondei

EDX se observă și prezența unor cantități mari de siliciu între picături, acesta provenind din

carbura de siliciu.

7.2.3. Analiza SEM a probelor depuse prin metoda EV testate la hidroabraziune la 500 ore

7.2.3.1. Analiza SEM a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV testate

la hidroabraziune la 500 ore

Depunerile prin metoda EV tip Metco 71Ns au o suprafaţă mai puțin rugoasă decât

cele cu depuneri prin metoda PTJP, lucru avantajos pentru hidroabraziune pentru că nu apar

vizibile aderențe și oxizi, necreându-se astfel premisa apariției turbulențelor figura 7.11.

Figura 7.11. Analiza microscopică a probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV testate

la hidroabraziune la 500 h: a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.


147

a) b)


chimice pe stratul probelor depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV testate la hidroabraziune


Probele depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV rezistă bine, wolframul creând o

vitrifiere a suprafeţei datorate topirii şi solidificării rapide, starea amorfă ducând la obţinerea de

cruste dure, dar neuniforme.

Neuniformitatea creează vârfuri care sunt şlefuite de particulele de carborund din mediul

de hidroabraziune, ceea ce face să scadă uşor rezistenţa la hidroabraziune.

7.2.3.2. Analiza SEM a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV testate la


Proba care rezistă cel mai bine la hidroabraziune este proba depusă prin metoda

EV cu Deloro 60. Acest lucru se datorează compatibilității stratului depus și aderenței

nichelului la substrat (care conține și el 4% Ni), ceea ce duce la o compatibilitate strat -

substrat forte bună. Acest lucru se datorează, în principal, prezenţei borului, care este în

cantitate suficientă pentru a crește proprietăţile mecanice de duritate şi tenacitate și pentru a

forma boruri complexe, dure, mici ca dimensiuni, plasate pe marginile grăunţilor ferito -

martensitici ai materialului de bază, chiar dacă s-a pierdut parţial prin ardere.

În anumite cazuri precipitatele de bor, măresc duritatea și cresc limita de

curgere, astfel încât materialele devin mai rezistente mecanic. În acest context putem

spune ca borul în combinație cu nichelul creează premisele obțineri unui strat de

depunere cu o tenacitate bună, cu o aderență bună la substrat și cu o rezistență

ridicată la hidroabraziune.


148

Figura 7.13. Analiza microscopică a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV

testate la hidroabraziune la 500 h: a) 250 X; b) 750 X; c) 1250 X; d) 5000 X.

Borurile simple sau complexe, se găsesc poziționate la marginea grăunților sub

formă de lanțuri microprecipitate figura 7.13.


chimice pe strat a probelor depuse cu Deloro 60 prin metoda EV testate la hidroabraziune


Analiza EDX figura 7.14 realizată după testele de hidroabraziune evidențiază,

prezența unui strat de depunere relativ uniform din punct de vedere al compoziției chimice cu

mici zone cu oxizi în interiorul porilor.


149

CONCLUZII

Viteza de depunere prin metoda PTJP este mult mai mare decât la depunerea prin

metoda EV, ceea ce duce la obținerea unei structuri cu multe neuniformităţi pe suprafaţă cum

ar fi stropi, oxizi, aderenţe goluri, oxidări în interiorul stratului depus şi particule de oxizi

între strat şi substrat. Proprietăţile stratului obţinut vor fi dependente de reacţiile chimice de la

interfaţă şi în acelaşi timp acestea duc la formarea de compuşi variaţi, care la rândul lor

influenţează proprietăţile învelişurilor.

În cazul unei tensiuni superficiale mari posibilitatea smulgerii de către turbulenţele

din zona activă a peletelor este mai mare (cazul depunerii cu Metco 71Ns prin metoda

PTJP) iar atunci când tensiunea superficială a picăturii este mai mică aderenţa este mai

mare. Depunerile prin metoda PTJP sunt mai puţin rezistente, apropiindu-se ca valoare cu a

materialului de bază.

Probele depuse cu Metco 71Ns prin metoda EV rezistă bine, wolframul creând o

vitrifiere a suprafeţei datorate topirii şi solidificării rapide, starea amorfă ducând la obţinerea

de cruste dure, dar neuniforme. Neuniformitatea creează vârfuri care sunt şlefuite de

particulele de carborund din mediul de hidroabraziune, ceea ce face să scadă uşor rezistenţa

la hidroabraziune.

O rezistenţă foarte bună la uzură hidroabrazivă o are proba depusă cu Deloro 60 prin

metoda EV. Acest lucru se datorează, în principal, prezenţei borului, care este în cantitate

suficientă pentru a crește proprietăţile mecanice de duritate şi tenacitate și pentru a forma

boruri complexe, dure, mici ca dimensiuni, plasate pe marginile grăunţilor ferito - martensitici

ai materialului de bază, chiar dacă s-a pierdut parţial prin ardere.

Din punct de vedere a uzurii hidroabrazive se constată că o mai mare importanţă o

are structura fizico - chimică a materialului depus decât rugozitatea materialului.


150

CONCLUZII FINALE, CONTRIBUȚII PERSONALE,

PERSPECTIVE DE CERCETARE

CONCLUZII FINALE

Prin finalizarea acestei teme îmi propun să obţin un ansamblu metalic compus din

materiale depuse cu straturi subţiri cu proprietăţi bune de uzură hidroabrazivă, de duritate, de

rezistenţă la coroziune, pentru a putea fi folosite în industria chimică, în industria

medicamentelor şi în industria producătoare de energie electrică. În industrie aceste materiale

depuse cu straturi subţiri pot avea utilităţi diverse cum ar fi: industria pompelor de apă

murdară, industria constructoare de utilaje agricole, la crearea de palete de turbine ale

hidrocentralelor, industria petrochimică, industria navală (elicea vapoarelor).

Din cele prezentate poate concluziona că:

� în ultimul timp s-a realizat o perfecţionarea şi o extinderea a tehnicilor moderne

de depunere a straturilor subțiri;

� din punct de vedere economic, aceste tehnologii au o eficiență foarte ridicată în

comparație cu metodele tradiționale;

� în ultimii ani s-a înregistrat o creştere spectaculoasă a aplicațiilor industriale în

care sunt folosite;

� procedeul de depunere prin pulverizare termică în jet de plasmă permite

depunerea unei diversităţi mari de materiale;

� oţelurile inoxidabile sunt cel mai des folosite în construcția turbinelor hidraulice

� creşterea rezistenței la uzură hidroabrazivă se poate realiza prin tratamente

termice sau depuneri de straturi superficiale mult mai rezistente;

� oţelurile aliate cu nichel de pana la 6% , conduce la micşorarea cantităţii de

ferită până la 2-4% fapt ce conduce la îmbunătăţirea rezistenţa la uzură

hidroabrazivă;

� materiale cele mai utilizate în construcția paletelor de turbină sunt oțelurile

inoxidabile speciale: 5NiCr180, 10 TiNiCr 180 și 30Cr 130 care sunt un

materiale rezistent la coroziune dar care sunt mai puţin dure deci nu foarte

rezistent la uzură hidroabrazivă.


151

� o buna rezistenţa la uzură hidroabrazivă o au straturile depuse cu aliaje pe bază

de wolfram, care are în componenţă carbon şi cobalt și cu aliaje pe bază de

nichel, care are în compoziţie crom și bor;

� cu cât duritatea materialului de bază pe care se va depune stratul pe bază de

wolfram, care are în componenţă carbon şi cobalt și stratul pe bază de nichel,

care are în compoziţie crom şi bor, utilizat la realizarea de acoperiri dure este

mai dur, cu atât materialul va avea o rezistenţă mai bună la uzura

hidroabrazivă.

� construcția turbinelor hidraulice a cunoscut o dezvoltare destul de rapidă în

ultima jumătate de secol;

� s-a realizat o diversificarea metodelor constructive ale turbinelor hidraulice, de

asemenea s-au îmbunătățit constructiv și rotoarele cât și palete acestora;

� turbinele cu acţiune de tip Pelton (P), s-au dezvoltat foarte repede, realizându-se

unele turbine de putere foarte mare, ca, de exemplu 110 MW;

� piesa din componenţa turbinelor şi pompelor hidraulice care este supusă cel mai

mult hidroabraziune este rotorul şi paletele sale;

� uzura hidroabrazivă poate fi definita ca fiind un fenomen complex care apare la

generatoarele şi motoarele hidraulice prin care se tranzitează fluide ce conțin

particule abrazive;

� la turbinele Pelton, cel mai des apare fenomenul de uzura la sistemului duză şi

rotor.

� particulele care provoacă cele mai mari daune la paletele rotorului turbinei

Pelton sunt cele mari de 0,5 mm. Acestea provocând uzură hidroabrazivă la

intrarea în paletă și în cavitatea acesteia.

� la turbinele Francis sistemul paletelor de ghidare este extrem de afectat de

fenomenul uzurii hidroabrazive, datorită vitezei absolute mari și a accelerării, iar

regiunea de admisie a rotorului este predispusă la o distribuție incorectă a jetului

de apă lucru poate provoca grave uzuri hidroabrazive, locale la intrare, datorită

nisipului cu granulație fină;

� rugozităţile medii se întâlnesc la metoda electrodului vibrator lucru datorat, atât

tehnologiei de depunere, cât şi formării băii de topire strat-substrat ce

aplatizează forma picăturilor ce constituie stratul de depunere.


152

� la depunerea cu jet de plasmă rugozitatea este influenţată de granulaţia

pulberilor. La depunerea cu Deloro, care are o granulaţie mai grosolană,

rugozitatea este mai mare (Ra = 7,79 μm) faţă de depunerea cu Metco, care are o

rugozitate mai mică (Ra = 3,86 μm), datorită pulberii mai fine.

� depunerile cu Metco 71Ns au wolfram în compoziţie mai mult de 80%, ceea ce

ar trebui să ducă la obţinerea de straturi deosebit de dure. Analiza microdurităţii

arată însă o duritate mai ridicată a depunerii cu Deloro 60 care are ca principal

component chimic nichelul, 75%, acest lucru datorându-se prezenţei borului.

Acest element, chiar în procente mai mici de 0,2%, duce la creşterea durităţii,

rezistenţei mecanice şi tenacităţii.

� procentul de bor, în cazul pulberilor de Deloro 60, este de 3,1 ÷ 3,5%, o cantitate

suficient de mare să formeze compuşi complecşi, duri de Fe, Cr, Ni şi Mo, chiar

după ce a fost ars parţial în procesul de depunere. Analizând mai atent

compoziţia chimică a celor două tipuri de depunere se observă că Deloro 60 are

în compoziţie şi o cantitate semnificativă de bor, care este şi elementul principal

care face ca depunerea cu Deloro 60 să fie mai dură decât cea cu Metco 71Ns.

� probele depuse cu Metco 71Ns prin metoda electrodului vibrator rezistă bine,

wolframul creând o vitrifiere a suprafeţei datorate topirii şi solidificării rapide,

stare amorfă ducând la obţinerea de cruste dure dar neuniforme.

Neuniformitatea creează vârfuri ce sunt şlefuite de particulele de carborund din

mediul de hidroabraziune, ceea ce face să scadă uşor rezistenţa la

hidroabraziune. Mai puţin rezistente sunt depunerile jet de plasmă, apropiindu-

se ca valoare cu a materialului de bază.

� electrodul tip Deloro 60 conține 15 % Cr, 3 % B, 75 % Ni, de asemenea și

materialul de bază conține Ni, Cr, ceea ce duce la o aderență foarte

bună între acestea.

� Ni are o tensiune superficială mică și formează la topire și la depunere pe strat

picături aplatizate înglobate parțial (făcând parțial parte din microbăile de

topitură strat-substrat). Electrodul tip Deloro 60 are coeficient de dilatarea-

contracție apropiat de cel al materialului de bază și atunci suprafața depusă este

mai compactă și fără microfisuri aparente.


153

� combinația în strat a nichelului cu borul (depunerea cu Deloro 60 prim

metoda EV) duce la obținerea unui strat compact, fără microcrevase sau

vârfuri proeminenţe cu o bună ancorare în strat și o tenacitate ridicată.

Rezultatele la hidroabraziune implică o rezistență la șocuri mecanice cauzată

de particulele solide (pulbere de carborund), o rezistență la spargere și la

smulgere date de forma colțuroasă (și forța apei).

� depunerile prim metoda EV cu Deloro 60 (cu 75% Ni) comparativ depunerea cu

Metco 71Ns și cu depunerile prim metoda PTJP, formează suprafețe cu puțini

oxizi și puține aderențe spre deosebire de celelalte depuneri unde se întâlnesc

oxizi complecși și gaze înglobate în stratul depus sau în principal între strat și

substrat (depunerile realizate prin metoda PTJP).

� Ni nu are o duritate ridicată dar pentru rezistență la hidroabraziune mai

importantă la hidroabraziune este aderența la substrat, tenacitatea, calitate

stratului depus (să fie fără microaderențe, microfisuri, goluri și arderi). Aderența

bună e dată de nichel iar tenacitatea este dată de prezenţa borului.

� borul poate forma microprecipitate pe bază de bor cu dimensiuni foarte mici,

la fel și compuși de azot și au ca efect principal creșterea tenacității, deoarece

favorizează alunecarea planelor cristaline la nivel intergranular pe

spațiile dintre grăunții.

CONTRIBUȚII PERSONALE

Aplicabilitatea acestei teme reiese din faptul odată cu punerea în practică a rezultatului

obținut acesta poate avea ca efect creșterea fiabilității paletelor turbinelor hidraulice Francis.

Investigaţiile materialelor realizate prin depuneri de straturi subțiri depuse pe oțelul

inoxidabil special GX3CrNi134 (DIN 1.6982), utilizat la realizarea paletelor de turbină

Francis, au avut drept scop evidenţierea creşterii proprietăţilor fizico-chimice și mecanice

ale ansamblului strat - substrat.

Aceste investigaţii se vor realiza pe materialul bază care este oțelul inoxidabil special

GX3CrNi134 (DIN 1.6982) și pe materialele de depunere care sunt: un aliaj pe bază de

wolfram, care are în componenţă carbon şi cobalt (Metco 71Ns) și un aliaj pe bază de nichel,

care are în compoziţie crom și bor (Deloro 60), iar acesta vor pune în evidenţă caracteristicile


154

structurale şi proprietăţile chimice şi mecanice ale ansamblul strat - substrat, rezultate care

vor putea fi utilizate în domeniul uzurii hidroabrazive.

Principalele contribuții personale sunt:

� am concepută o instalație de testarea la uzură hidroabrazivă cu un grad mare

de noutate, deoarece dispune de diverse tipuri de reglaje cum ar fi: unghiului

de incidență, distanța dintre probe, viteză periferică diferite, înălţimea diferită

față de baza rezervorului.

� am realizată o instalație care să satisfacă cerinţele experimentului și să permită o

testare la uzură hidroabrazivă cât mai apropiată de cazurile de funcționare a

paletelor turbinelor hidraulice.

� am pregătit metalografic suprafaţa materialelor prin şlefuire, lustruire fină şi

atacată cu reactiv (Nital).

� am caracterizat din punct de vedere microstructural, chimic și mecanic

omogenitatea stratului superficial depus.

� am cerceta structurile metalografice a materialelor cu ajutorul microscopului

optic, care apoi au fost investigate cu tehnici moderne: analiza 2D/3D prin

microscopie electronică.

� am analizat microscopic depunerile cu Metco 71Ns depuse prin metoda PTJP ,

iar acestea au o suprafaţă cu aspect granular fin, cu microparticule netopite

înglobate în suprafaţă cu microexfolieri şi microaderenţe.

� am analizat microscopic depunerile cu Deloro 60 prin metoda PTJP iar acestea

prezintă un aspect cu picături multiple interţesute şi aplatizate.

� am depus cu succes straturi subțiri cu Metco 71Ns (WC cu Co) prin metoda cu EV

deoarece arcul electric dintre catod şi anod are o temperatură de peste 11000 0C, care

duce la o topire bună a wolframului care are a temperatură de topire de 3600 0C.

� am realizat prin metoda PTJP straturi mult mai groase decât prin metoda EV,

grosimea de strat la depunerea cu jet de plasmă poate varia în funcţie de

numărul de treceri al jetului de plasmă.

� am obținut de straturi subțiri cu Deloro 60 prin metoda PTJP cu o aderenţă

foarte bună la substrat şi o duritate mare de aproximativ 59-62 HRC a noului

ansamblu strat-substrat obţinut.


155

� am examinat electromagnetică cu ajutorul curenților turbionari straturile depuse

și din imaginile obținute prin prelucrare se observă că cea mai bună aderență o

are proba depusă cu Deloro 60 prin metoda EV, aceasta fiind și cea mai

compactă.

� am făcut teste de rugozitate pe depunerile obținute prin metoda PTJP și s-a

observat variaţii mari ale valorilor rugozităţii Rz ale celor două tipuri de

depuneri (Metco 71Ns și Deloro 60), această diferenţă poate fi cauzată de

granulaţiile diferite ale pulberilor.

� am determinat valorile rugozității pentru a vedea cum influențează aceasta

uzura hidroabrazivă, deoarece o rugozitate mare duce la crearea de

microturbulențe care accentuează hidroabraziunea.

� am analizat microduritățile obținute pe cele 4 depuneri și am observă că toate

cele patru depuneri au microdurități mai mari decât a materialului de bază care

are o duritate de aproximativ 280 HV și că depunerile cu Deloro 60 sunt mai

dure decât depunerile cu Metco 71Ns pentru ambele metode de depunere.

� am realizat teste de microamprentare și am comparat elasticitatea depunerilor

obținute (Modulul lui Young), si s-a observă că trei din cele patru depuneri au

module de elasticitate mai mici decât a materialului de bază (acesta fiind de

aproximativ 44,6 Gpa) excepţie făcând depunerea cu Deloro 60 prin metoda EV

care are o valoare mai mare.

� am identificat prin testele de microaderență că cea mai bună aderența la substrat

o are stratul depus cu Deloro 60 prin metoda EV.

� am realizat teste de electrocoroziune și am identificat că cea mai bună

rezistenţă la agenţi chimici o are proba acoperită cu Deloro 60 prin metoda

EV, de asemenea se observă că depunerile de Deloro 60 şi Metco 71Ns prin

metoda EV sunt mult mai bune din punct de vedere al rezistenţei la coroziune

decât cele depuse prin metoda PTJP.

� am constatat în urma testelor de hidroabraziune că o rezistenţă foarte bună la

uzură hidroabrazivă o are proba depusă cu Deloro prim metoda electrodului

vibrator. Acest lucru se datorează, în principal, prezenţei borului, care este în

cantitate suficientă pentru a crește proprietăţile mecanice de duritate şi tenacitate

și pentru a forma boruri complexe, dure, mici ca dimensiuni, plasate pe


156

marginile grăunţilor ferito-martensitici ai materialului de bază, chiar dacă s-a

pierdut parţial prin ardere.

PERSPECTIVE DE CERCETARE

Tema abordează mai multe domenii de cercetare de mare interes științific. Acesta

poate crea perspectivele unor noi direcții de cercetare cu caracter de noutate pe plan tehnic:

� pe baza studiilor realizate prin diverse metode de depunere prin metalizare

termică se recomandă cercetări ulterioare care pot fi utilizate pentru aplicații

diverse cum ar fi pompe de noroi sau agitatoare chimice, care amestecă lichide

cu conținut mare de particule abrazive.

� domeniul depunerilor suprafețelor metalice prin pulverizare în jet de plasmă

este foarte mare, cu diverse posibilitatea de modificare a parametrilor

parametri de depunere (distanța de pulverizare, presiunea gazului purtător al

pulberi, tipul de pulbere folosit, arii de depunere, etc.) și posibilitatea de a

obține o diversitate de suprafețe depuse cu proprietăți foarte bune din punct de

vedere mecanic, fizic și chimic.

� cu ajutorul celor două metode de depunere (metoda PTJP și metoda EV) pot fi

depuse o varietate de materiale pe numeroase materiale de bază.

� după depunerile realizate prin aceste două metode se pot încerca tratamente de

recoacere de difuzie pentru o mai bună ancorare și o grosime de strat mai mare.

� instalația realizată poate fi folosită pentru testarea uzurii hidroabrazive prin

varierea unor parametri cum ar fi: înălțimea față de baza rezervorului, viteza

periferică a probei, distanța față de axul motorului etc.

BIBLIOGRAFIE


157

1. Alexandru I., Popovici R., Călin M., Bulancea V., Alexandru A., Baciu C., Cojocaru V.,

Carcea I., Paloșanu G., (1997), Alegerea și utilizarea materialelor metalice, Ed. Didactică

și pedagogică, București, pag .265÷263;

2. Anton, I., (1979), Turbine Hidraulice; Editura Facla, Timişoara, pag. 123÷134;

3. Avram P., (2015), Îmbunătăţirea proprietăților fizico-mecanice ale rolelor de ghidare

prin depuneri termice, Iași pag. 87÷93;

4. Axinte M, Perju M., Nejneru C., Ţugui C. A., (2013) Unconventionally Microstructure

Behaviour Analysis For W1.8507, International Conference TEME, Analele Universității

Dunărea de Jos din Galați, ISSN 1453-083X, pag. 18÷22;

5. Bartha I., (1991), Masurarea vitezei fazei lichide și solide a amestecurilor eterogene în

conducte, Hidrotecnica, vol. 36, pag. 56÷62;

6. Bordeaşu I., (2006), Eroziunea cavitaţională a materialelor, Editura Politehnica,

Timişoara pag. 78÷62;

7. Bordeaşu I., Bădărău R., Oancă O., (2012), Consideraţii privind criteriile de evaluare a

rezistenţei materialelor la eroziune cavitaţională, Ştiinţă și Tehnică, an XII, vol. 22, ISSN

2067-7138, Bucureşti pag. 127÷134;

8. Brânzea N., (2016), Tehnici de recondiționare prin metalizare - Laborator RRP, pag. 3÷4;

9. Brekke, H., Wu, Y. L., B. Y. Cai, (2002), Design of hydraulic machinery working in sand

laden water, Book series on Hydraulic machinery, Vol. 2 pag. 53÷64;

10. Campbell F.C., (2008) Nickel and Cobalt, Elements of Metallurgy and Engineering

Alloys (ASM International), pag. 547÷561;

11. Campbell F.C., (2012), Titanium Alloys, Lightweight Materials: Understanding the Basics

(ASM International), pag. 223÷298;

12. Câmpian V.C., (2003), Turbine hidraulice de mică putere şi microturbine. Principii de

funcţionare. Soluţii constructive, Editura Orizonturi Universitare, ISBN 973-638-036-X,

Timişoara, pag. 23÷28;

13. Chebotkevich L.A.,. Ognev A.V, (2015) The thermal evaporation method for thin film

growth, Methodological manual, Educational electronic edition, pag. 23.

14. Chen Y., Gu F., Zheng G., Liu Y., (2014), Temperature's optical tomography diagnosis of

arc plasma jet flowing into air, Optik - International Journal for Light and Electron

Optics, Volum 125, pag. 3051÷3054;


158

15. Chen, Z, Zhou, Y., (2016) Surface modification of resistance welding electrodes by

electro-spark deposited composite coatings: Part II. Metallurgical behavior during

welding. Surface and Coatings Technology, pag. 2419÷2430;

16. Cilento T., Schenkel M., Yun C., Mishra R., Chatty J. Li. K., R. (2010) Gauthier,

Simulation of ESD protection devices in an advanced CMOS technology using a TCAD

workbench based on an ESD calibration methodology Microelectronics

Reliability, Volume 50, Issues 9–11, pag. 1367÷1372;

17. Ciobanu B., (2003), Cercetări privind influența parametrilor microgeometriei suprafețelor

active asupra performanțelor mașinilor hidraulice, Teza de doctorat; pag. 137÷139;

18. Ciobanu, B., (2008), Turbomaşini hidraulice – Partea I Hidrogeneratoare, Iaşi, pag. 108÷109;

19. Claudel A., Blanquet E., Chaussende D., Boichot R., Doisneau B., Berthomé G., Crisci A.,

Mank H., Moisson C., Pique D., Pons M., (2011), Investigation on AlN epitaxial growth and

related etching phenomenon at high temperature using high temperature chemical vapor

deposition process, Journal of Crystal Growth, Volume 335, pag. 17÷24;

20. Coates G., (2009), Nickel-Containing Stainless, Steels Advanced Materials & Processes,

Volume 167, pag. 29÷32;

21. Crook P., (2005), Corrosion of Nickel and Nickel-Base Alloys, ASM Handbook Volume

13B, Corrosion: Materials (ASM International), pag. 228÷251;

22. Dahalhaug O. G, SkareP. E., (2009), Development of a sediment resistive Francis runner,

Hydro 2009: Progress - Potential - Plans, Lyon, France: The International Journal on

Hydropower & Dam pag. 6÷9;

23. Deynse V. A., Cools P., Leys C., Morent R., De Geyter N., (2015) Surface modification of

polyethylene in an argon atmospheric pressure plasma jet, Surface and Coatings

Technology, Volum 276, 25, pag. 384÷391;

24. Drevet R., Legros C., Bérardan D., Ribot P., Dragoé D., Cannizzo C., Barthés-Labrousse

M.G., Chaussé A., Andrieu M., (2014), Metal organic precursor effect on the properties

of SnO2 thin films deposited by MOCVD technique for electrochemical applications

Surface and Coatings Technology, pag. 234÷241;

25. Florea J., Petrovici T., Robescu D., Stamatoiu D., (1987), Dinamica fluidelor polifazice și

aplicațiile tehnice, Ed. Tehnica , București pag. 409÷430;

26. Florescu I. (2007), Maşini hidraulice - Note de curs pentru uzul studenţilor, Editura

Alma Mater, Bacău, pag.18÷19;


159

27. Gadow R., Floristán M., (2015) Manufacturing engineering in thermal spraying by

advanced robot systems and process kinematics, Future Development

of Thermal Spray Coatings, pag. 259÷280;

28. Gohil P. P., Saini R.P., (2014), Coalesced effect of cavitation and silt erosion in

hydro turbines - A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews,

Volume 33, pag. 280÷289;

29. Grajales D.H.M., Ospina C.M.G., Tschiptschin A.P., (2009), Mesoscale plasticity

anisotropy at the earliest stages of cavitation-erosion damage of a high nitrogen

austenitic stainless steel, Wear, vol.267, pag. 99÷103;

30. Hanning F., Engelber D.L., (2014), Metallographic screening of grain boundary

engineered type 304 austenitic stainless steel, Materials Characterization, Volum 94,

pag. 111÷115;

31. Helbig, U.; Horlacher, H., Schnutterer, C., Engler, T., (2005), Möglichkeiten zur

Erhöhung der Festigkeit abrasions beanspruchter Betonoberflächen bei Wasserbaulichen

Anlagen, Die Bautechnik, pag. 82;

32. Hironobu U. (2015), Gas-phase diagnoses in catalytic chemical vapor deposition (hot-

wire CVD) processes, Thin Solid Films Volume 575, pag. 3÷8;

33. Hopulele I., Nejneru C., Axinte M., Perju M. C., Tugui C. A., (2015), Researches on the

emulsified oil synthetic quenching environment, International Conference New

Technologies and Products in Machine Manufacturing Technologies, Tehnomus Journal,

ISSN-1224-029X, pag. 143-149;

34. Hung W. C., Chen J-Z., (2015), Ultrafast atmospheric-pressure-plasma-jet processed

conductive plasma-resistant Y2O3/carbon-nanotube nanocomposite, Journal of Alloys

and Compounds, Volum 651, pag. 357÷362;

35. Kozîrev S.P., (1979), Uzura hidroabrazivă a metalelor sub efectul cavitației,

Moskova, pag. 14÷17;

36. Marra F., Baiamonte L., Bartuli C., Pulci G., Valente M. (2016) Tribological behaviour

of alumina - titania nanostructured coatings produced by air plasma spray technique,

Chemical Engineering Transactions, pag. 23÷24,

37. Mercier F., C. Coindeau S., Lay S., Crisci A., Benz M., Thierry Encinas T., Boichot R.,

Mantoux A., Jimenez C., Weiss F, Blanquet E., (2014), Niobium nitride thin films


160

deposited by high temperature chemical vapor deposition, Surface and Coatings

Technology, Volume 260, pag. 126÷132;

38. Metehan E., Ishak K., (2010), Electrochemical Reduction of Tungsten Compounds to

Produce Tungsten Powder, Metallurgical and Materials Transactions B, pag. 798÷804;

39. Neopane, H. P., (2010) Sediment erosion in hydro turbines, PhD thesis, Norwegian

University of Science and Technology (NTNU) Trondheim, Norway, Faculty of

Engineering Science and Technology, Department of energy and process

engineering, pag. 62÷69;

40. Neopane, H. P., Dahlhaug O. G., Thapa B., (2007) Alternative Design of a Francis

Turbine for sand-laden water, International Conference on Small Hydropower - Hydro Sri

Lanka, Sri Lanka, Kendy, pag. 78÷99;

41. Neopane, H. P., Dahlhaug Ole. G, and M. Eltvik, (2010) Numerical prediction of particle

shape factor effect on sediment erosion in Francis turbine blades, 6th International

conference on hydropower, Tromso Norway, pag. 31÷49;

42. Neopane, H. P.,. Dahlhaug O. G, Thapa B, (2009) Experimental examination of the effect

of particle size and shape in hydraulic turbines, Waterpower XVI, Spokane, Washington,

USA: HCI, pag. 131÷49;

43. Neopane, H. P.,Dahlhaug O. G, Cervantes M., (2011) Sediment Erosion in Hydraulic

Turbines, Global Journal of researches in engineering Mechanical and mechanics

engineering Volume 11 Issue 6 Version 1.0, pag. 131÷49;

44. Ohring, M., (2015) The Materials Science of Thin Films, Academic Press Inc., Harcourt

Brace Jovanovich, Publishers pag. 178÷179;

45. Okamoto H., (2008) C-W Carbon-Tungsten, Journal of Phase Equilibria and Diffusion,

Volume 29, pag. 543 ÷ 544;

46. Palamarciuc I., Galusca D., Tugui C. A., Nutescu C., (2015), Contamination of steels in

petroleum products, International Conference BRAMAT, Advanced Materials Research

Vol. 1128, pag. 378÷383;

47. Pădurean I., (2005) Cercetări asupra măririi rezistenţei la eroziune cavitaţională a

rotoarelor de turbină, Teză de doctorat, Universitatea Politehnica Timişoara, pag. 1÷9;

48. Pădurean I., (2007) Experimental researches upon cavitation erosion resitance of the austenitic

stainless steel heat treating by solution treatment and nitriding, Scientific Bulletin of the


161

“Politehnica” University of Timisoara, Transactions on Mechanics, vol. 52 (66), Timişoara, pag.

1÷6;

49. Perju M. C, Tugui C.A., Nejneru C., (2015) Assessment of Synthetic Quenching Media

for Hardening, International Conference, Innovative Research, Key Engineering Materials

Vol. 660, pag. 143 ÷ 149;

50. Perju M.C., Nejneru C., Gălușcă D-G., Agop M., (2010) Straturi subțiri: descărcări în

impuls, pag. 66÷67;

51. Preece C.M.; Brunton J.H., (1980), Liquid impact erosion of Al-Mg and Al-Cu alioys,

WEAR vol.60, pag. 249÷308;

52. Preece C.M.; Brunton J.H., Lawn R.F., (1980), A comparison of liquid impact erosion and

cavitation erosion, WEAR, vol.60, no 1, pag 269÷284;

53. Radek N., Bartkowiak K., (2011) Laser Treatment of Cu-Mo Electro-Spark Deposited

Coatings, Physics Procedia, Volum 12, pag. 499÷505;

54. Robescu D., Florea J., (1985), Hidrodinamica instalaților de transport hidropneumatic și de

depoluare a apei și aerului, Ed. Didactică și pedagogică, Bucureșți, pag. 301÷307;

55. Rojinschi V., Ognean Th., (1997) Cartea operatorului din stații de epurare a

apelor uzate, Ed. Tehnică București, pag. 45÷48;

56. Scheichl B., Neacşu I.A, Kluwick A., (2015), A novel view on lubricant flow

undergoing cavitation in sintered journal bearings, Tribology International, pag.1÷9;

57. Subramanyam G., Cole M. W., Sun N. X., Kalkur T. S., Sbrockey N. M., Tompa G. S., Guo X.,

Chen C., Alpay S. P., Rossetti G. A. Jr., Dayal K., Chen L.Q., and Schlom D. G., (2013)

Challenges and opportunities for mulţi-funcţional oxide thin films for voltage tunable radio

frequency/microwave components, Journal of Applied Physics 114, pag.191÷201;

58. Suchánek J., Kuklík V., Zdravecká E., (2009), Influence of microstructure on erosion

resistance of steels, Wear Volume 267, pag. 2092÷2099;

59. Terana L.A., Apontea R.D., Muñoz-Cubillosa J., Roaa C.V., Coronadoa J.J.,

Ladinoa J.A., Larrahondob F.J., Rodrígueza S.A., (2016), Analysis of economic

impact from erosive wear by hard particles in a run-of-the-river hydroelectric plant

Energy Volume 113 pag. 1188÷1201;

60. Thapa B., (2004), Sand erosion in hydraulic machinery, PhD thesis, Trondheim:

Norwegian University of Science and Technology, Faculty of Engineering

Science and Technology, pag. 59÷62;


162

61. Tsai M-L, C-C Fang, Le L-Y., (2014), Numerical simulation of the temperature

distribution in a planetary MOCVD reactor, Chemical Engineering and Processing:

Process Intensification, Volume 81, pag. 48÷58;

62. Tugui C.A, Axinte M., Nejneru C., Vizureanu P., Perju M.C., Chicet D., (2015) Active

Screen Plasma Nitriding Efficiency and Ecology, Applied Mechanics and Materials,

Volume: 657, pag. 369÷373,.

63. Tugui C.A, Nejneru C, Achiței D. C., Palamarciuc I., Sandu A.V., (2014) TheAnalysis of

the Alloy AlCu4Mg1,5Mn Used in the Construction of Utility Aircrafts, International

Conference AFASES, Brașov, AFASES 2014, ISSN-L:2247-3173, pag. 111÷116;

64. Tugui C.A, Nejneru C., Găluşcă D. G., Perju M.C., Axinte M., Cimpoeşu N., Vizureanu P.,

(2015), The influence of the al deposition by MOC-CVD method on stainless steel thermal

conductivity depending on the substrate roughness, International Conference BRAMAT,

Journal of optoelectronics and advanced materials-17, pag. 855÷861;

65. Tugui C.A, Vizureanu P., Nejneru C., Perju M. C., Axinte M., (2015) Quality surface

modification for refractory stainless steel by tungsten deposition, using electro-spark

deposition method, IMANE - Innovative Manufacturing Engineering International

Conference, Applied Mechanics and Materials, Vols. 809-810, pag. 417÷422;

66. Uetz, H, (1986) Abrasion und Erosion, München Wien: Carl Hanser Verlag pag. 26÷29;

67. Watjen, J.I., Liu, X.L., Zhao, B., and Zhang, Z.M., (2016), A Computational Simulation of

Using Tungsten Gratings in Near-Field Thermophotovoltaic Devices,” 5th ASME

Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer International Conference, Singapore, pag. 24÷39;

68. Xu X., Zwaag S., X. Wei, (2015), A novel multi-pass dual-indenter scratch test to unravel

abrasion damage formation in construction steels, Wear, Volum 322÷323, pag. 51÷60;

69. Yang B., Lawn C., (2013) Three-dimensional effects on the performance of a vertical axis

tidal turbine,Ocean Engineering, Volume 58, pag. 1÷10;

70. Yang F.H., (2014) Modern metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) reactors

and growing nitride-based materials, Nitride Semiconductor Light-Emitting Diodes

(LEDs), pag. 27÷65;

71. Yang X., Wei L., Song W., Bi-feng Z., Zhao-hui C., (2012) Microstructures and

mechanical s of CVD-SiC coated PIP-C/SiC composites under high temperatur, Surface

& Coatings Technology 209, pag.197÷202;


163

72. Yong Q., Fenglei G., Lili D., Yu Z., Daoquan T., Dongzhi Y., (2015) A novel label -free

and enzyme-free electrochemical aptasensor based on DNA in situ metallization,

Biosensors and Bioelectronics, Volume 74, 15, pag 483÷490;

73. Yuri V. Shevtsov, Boris М. Kuchumov, Vladimir N. Kruchinin, Evgeni V. Spesivtsev, Igor F.

Golovnev, Igor K. Igumenov, (2015), Features of oxide layer formation in high-aspect slot

structures by means of MOCVD, Journal of Crystal Growth, Volume 414, pag. 135÷142;

74. Zafar S., Kumar S. A., (2016), Abrasive and erosive wear behaviour of nanometric WC

12Co microwave clads Wear, Volumes 346–347, pag 29÷45;

75. Zijlstra A, Fernandez Rivas D., Gardeniers J.G.E., Versluis M., Lohse D., (2015),

Enhancing acoustic cavitation using artificial crevice bubbles, Ultrasonics,

Volume 56, pag. 512÷523.

**

76. Manual de utilizare Potenţiostat VoltaLab 21, VoltaLab Electrochemical Research

Equipament, Radiometer analytical, A Hach Company Brand, pag. 6;

77. Manual de utilizare VEGA II LMH, Scanning Electron Microscope Instructions For Use, pag. 25;

78. Manual de utilizare, CETR-UMT-2, Innovation with Integrity Tribology and Mechanical

Testing, CETR-UMT, Bruker, pag. 5;

79. Manual de utilizare, FORCIPOL 2V , Grinding & Polishing Forcilol, , pag. 3;

80. Manual de utilizare, Metacut M250/350, Metkon Metallography pag. 4;

81. Manual de utilizare, Sealey SB974 Sealey power Products, , Instructions for: Shot Blasting

Cabinet Model No: SB974.V3, pag. 1;

82. Manual de utilizare, Surftest Mitutoyo SJ-201/301 Portable surface roughness tester

surftest SJ-201/301, pag.16;

83. Manual de utilizare, Zeiss, tip Axio Observer D1M ,Microscopy from Carl Zeiss, Axio

Observer, Precise Analysis, Senang, Material Microscopy, Zeiss, pag.16.

***

84. DIN 50320:1979: (1979) Verschleiß: Begriffe, Systemanalyse von Verschleißvorgängen,

Gliederung des Verschleißgebietes, (zurückgezogen);

85. DIN EN 14483-1-4: (2004) Emails und Emaillierungen, Bestimmung der Beständigkeit

gegen chemische Korrosion


164

86. ISO 28721-4:2010:(2010)Vitreous and porcelain enamels, Glass-lined apparatus for

process plants, Part 4: Quality requirements for glass-lined flanged steel pipes and flanged

steel fittings;

87. ISO 6370:1991: (1991)Vitreous and porcelain enamels, Determination of the resistance to

abrasion, Part 1: Abrasion testing apparatus.

****

88. www.demineralizare.ro, (2016);

89. www.flovel.net, (2016);

90. www.gft-ev.de/tribologie, (2016);

91. www.measure-all.com, (2016);

92. www.metapress.com, (2016);

93. www.metkon.com, (2016);

94. www.mnm.physics.mcgill.ca, (2016);

95. www.nanofocus.com, (2016);

96. www.plasmajet.ro, (2016);

97. www.rivers.bee.oregonstate.edu, (2016);

98. www.sablare.com, (2016);

99. www.sio2med.com, (2016);

100. www.stellite.com, (2016);

101. www.xrpd.eu, (2016);

102. www.zeiss.com, (2016).

TITLUL TEZEI DE DOCTORAT

Documents

Transcript of TITLUL TEZEI DE DOCTORAT