Depunere de straturi rezistente pe suport de titan

1. Introducere

1.1 Prezentarea şi analiza temei de proiectare

Tema prezentului proiect vizează cercetarea principalelor influenţe care se dezvoltă în timpul generării de suprafeţe rezistente la uzare pe piese confecţionate din aliaje de titan, prin depunere de pulberi în fascicul laser.

Piesele şi produsele industriale după o perioadă de exploatare sunt scoase din funcţionare din cauza acţiunilor combinate a trei fenomene principale: uzarea, coroziunea şi oboseala. Aceste fenomene principale se amorsează de regulă în straturile de suprafaţă ale pieselor şi produselor industriale, unde solicitările sunt mai complexe decât în miez.

În ultimul deceniu asistăm la o adevărată revoluţie în domeniul tehnicilor de acoperire a suprafeţelor prin noi procese tehnologice bazate pe utilizarea plasmei a fasciculelor concentrate de electroni şi laser, etc. la componente din industria constructoare de maşini şi aparate la industria aeronautică, de autovehicule, optico-electronică. În acest context s-a dezvoltat conceptul de „ingineria suprafeţei” ca o nouă ştiinţă tehnică menită să promoveze o strategie modernă în proiectarea şi realizarea de materiale performante, în fabricarea de piese şi produse complexe utile. Potrivit acestei abordări piesele sunt concepute ca sisteme compuse din două elemente: stratul de suprafaţă şi substratul astfel proiectate încât să devină solidare, asigurând caracteristici structurale, mecanice şi funcţionale superioare celor specifice materialelor originale.

În figura 1.1 se prezintă schematic sistemul strat – substrat ca prim pas în realizarea de micro-straturi plurifuncţionale.

Fig. 1.1 Sistemul strat – substrat

Sistemul strat – substrat este format din componentele:

• substratul (la baza sistemului) compus din materialul de bază original ce prezintă caracteristici structurale, mecanice, de tenacitate garantate prin normele de produs. Practic acest substrat constituie miezul produsului industrial.

• stratul de acoperire plasat pe suprafaţa produsului prezintă caracteristici specifice în zona exterioară (stabilitate chimică ridicată, coeficient de frecare acceptabil, morfologia suprafeţei la nivelele de rugozitate garantate, rezistenţă la coroziune şi uzură ridicate, etc.) corelate cu caracteristicile principale ale centrului stratului de acoperire (duritate, tenacitate, rezistenţă mecanică la valori ridicate, nivel acceptabil de tensiuni, etc.).

Corelarea caracteristicilor specifice ale zonei anterioare cu cele principale ale centrului stratului de acoperire este asigurată prin plurifuncţionalitatea sistemului strat – substrat.

În zona de interfaţă apar procese specifice (aderenţă, tendinţă de interacţiune cu substratul, etc.) ce asigură trecerea gradată a principalelor caracteristici dinspre substrat şi stratul de acoperire. În vederea aplicării acestui concept în obţinerea de materiale noi se operează cu o paletă largă de tehnologii de modificare a proprietăţilor suprafeţei şi straturilor de suprafaţă organizate în principal în două categorii (depuneri prin topire şi depuneri fără topire), iar între aceste două categorii s-au dezvoltat tehnologii performante de depunere de straturi prin sudare cu surse de energii concentrate (fascicul de electroni şi fascicul laser). Din grupa materialelor noi performante fac parte şi aliajele stabile la temperaturi ridicate ce trebuie să-şi păstreze în exploatare caracteristicile structurale, mecanice şi funcţionale pe lungi perioade de timp.

În cadrul prezentei lucrări se vor prezenta rezultatele unei cercetări documentare şi experimentale având drept obiect evidenţierea principalelor influenţe care se dezvoltă în timpul procesului de depunere prin sudare cu laser, proces utilizat la generarea de suprafeţe cu rezistenţă ridicată la uzare pentru piese confecţionate din titan şi din aliaje de titan.

Cercetarea documentară va avea două aspecte principale: primul aspect va viza evidenţierea principalelor caracteristici şi proprietăţi ale titanului şi ale aliajelor acestuia, iar cel de-al doilea va viza evidenţierea aspectelor generale specifice sudării pentru îmbinare şi pentru depunere cu fascicul laser. Cercetarea experimentală va viza evidenţierea principalelor influenţe ale parametrilor fasciculului laser asupra caracteristicilor geometrico-dimensionale ale stratului de protecţie generat prin sudare.