Η φθορά και η διάβρωση των υλικών προκαλεί μεγάλες απώλειες του ΑΕΠ στις ανεπτυγμένες χώρες. Οι προστατευτικές επικαλύψεις είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη λύση για την αντιμετώπιση του προβλήματος. Σημαντικοί τομείς όπως η ενέργεια, η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία, και η βιομηχανία εργαλείων, εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις επιφανειακές κατεργασίες. Δυο τύποι κυριαρχούν στον τομέα των προστατευτικών επικαλύψεων: Σκληρό χρώμιο, με εξαιρετικά αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις και μεταλλοκεραμικές επικαλύψεις WC-Co, που είναι τοξικές.
Αντικείμενο της παρούσας πρότασης είναι η εισαγωγή καινοτόμων υλικών και διεργασιών εναπόθεσης για την ανάπτυξη επικαλύψεων που θα παρέχουν υψηλή προστασία από τη φθορά και τη διάβρωση, αλλά και πολυ-λειτουργικότητα (ελαφροβαρείς, υψηλή σκληρότητα, αυτό-λίπανση - μειωμένος συντελεστής τριβής, ενισχυμένες μηχανικές ιδιότητες, καλή θερμική συμπεριφορά) και ταυτόχρονα φιλικές προς το περιβάλλον, με πράσινο αποτύπωμα τόσο ως προς τα υλικά όσο και ως προς τις χρησιμοποιούμενες διεργασίες. Η προτεινόμενη καινοτόμος τεχνολογία βασίζεται στην ενσωμάτωση νανο-σωματιδίων στη γραμμή παραγωγής της ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης ή του θερμικού ψεκασμού για ανάπτυξη προστατευτικών νανο-σύνθετων πολυ-λειτουργικών πράσινων επικαλύψεων.
Αντικείμενο της παρούσας πρότασης είναι η εισαγωγή καινοτόμων υλικών και διεργασιών εναπόθεσης για την ανάπτυξη επικαλύψεων που θα παρέχουν υψηλή προστασία από τη φθορά και τη διάβρωση, αλλά και πολυ- λειτουργικότητα (ελαφροβαρείς, υψηλή σκληρότητα, αυτό-λίπανση - μειωμένος συντελεστής τριβής, ενισχυμένες μηχανικές ιδιότητες, καλή θερμική συμπεριφορά), και ταυτόχρονα φιλικές προς το περιβάλλον, με πράσινο αποτύπωμα τόσο ως προς τα υλικά όσο και ως προς τις χρησιμοποιούμενες διεργασίες.
Η προτεινόμενη καινοτόμος τεχνολογία βασίζεται στην ενσωμάτωση νανο-σωματιδίων στη γραμμή παραγωγής της ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης ή του θερμικού ψεκασμού για ανάπτυξη προστατευτικών νανο- σύνθετων πολυ-λειτουργικών επικαλύψεων. Η καινοτόμος πράσινη λύση που προτείνεται θα συνοδεύεται από σημαντικά οφέλη πέρα από την εξαιρετική απόδοση. Συγκεκριμένα, οι νέες πράσινες διεργασίες θα μπορούν να υιοθετηθούν εύκολα από τις γραμμές εναπόθεσης χωρίς μεγάλη επένδυση σε υποδομές, θα συνδυάζουν την ευελιξία με τη μαζική παραγωγή, θα είναι φιλικές προς το περιβάλλον και μη επιβλαβείς για την υγεία, και θα έχουν χαμηλό κόστος εφαρμογής.
Επιπρόσθετα, στο πλαίσιο της πρότασης θα αναπτυχθούν νέα νανο-σωματίδια για την παραγωγή συνθέτων επιστρώσεων με ανώτερες ιδιότητες σε σύγκριση με εκείνες του σκληρού χρωμίου ή με του WC-Co. Αυτά τα νέα νανο-σωματίδια θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε υπάρχουσες γραμμές παραγωγής μετά από κατάλληλες τροποποιήσεις.
Κατά την ανάπτυξη επικαλύψεων μέσω ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης, πέρα από τον προφανή στόχο που είναι η απελευθέρωση της βιομηχανίας από την επίστρωση σκληρού χρωμίου, επί μέρους αποτελέσματα του έργου περιλαμβάνουν την:
- Παραγωγή νανο-συνθέτων επιστρώσεων με ενισχυμένες μηχανικές ιδιότητες σε σύγκριση με το σκληρό Cr και WC-Co λόγω ενσωμάτωσης νανο-σωματιδίων και εισαγωγή νέων λειτουργιών στις επιστρώσεις, όπως η αυτο-λίπανση.
- Βελτίωση της γραμμής ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης με κατάλληλες τροποποιήσεις που θα οδηγήσουν
σε επιτυχή εναπόθεση των νανο-σωματιδίων.
- Βελτίωση της δομής και της μορφολογίας των συνθέτων επιστρώσεων που κατά συνέπεια θα
αυξήσουν την αντοχή τους στη φθορά, στη διάβρωση, στην αστοχία λόγω κρούσης, στην τριβή, καθώς και την ωφέλιμη ζωή λειτουργίας λόγω κόπωσης των επικαλυμένων εξαρτημάτων.
- Ανάπτυξη διαδικασίας ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης PC για παραγωγή καινοτόμων νανο-σύνθετων επικαλύψεων μεταλλικής
μήτρας με πολύ-λειτουργικές ιδιότητες. Κατά την ανάπτυξη επικαλύψεων με θερμικό ψεκασμό, τα αποτελέσματα του έργου αναμένεται να συμβάλουν στην άρση των περιορισμών των συμβατικών WC-Co επιστρώσεων, όπως:
- Η τοξικότητα για το περιβάλλον του WC-Co.
- Η μεγάλη πυκνότητα των κόνεων WC-Co και κατ’ επέκταση του σύνθετης επίστρωσης, η οποία μπορεί να έχει ικανοποιητικές μηχανικές ιδιότητες αλλά το μεγάλο τους βάρος αποτελεί πραγματικό μειονέκτημα.
- Η περιορισμένη διαθεσιμότητα των πρώτων υλών, οι οποίες διατίθενται κυρίως εκτός Ευρώπης.
Τα αποτελέσματα του έργου, που στοχεύουν στην αντικατάσταση των βλαβερών επιστρώσεων WC-Co, θα παρέχουν ταυτόχρονα τα εξής πλεονεκτήματα:
- Η χρήση του τιτανίου στα μεταλλοκεραμικά υλικά Ti-WC και Ti-SiC εγγυάται το "πράσινο" σήμα στα προϊόντα που θα αναπτυχθούν. Σημειώνεται ότι το τιτάνιο είναι επίσης βιοσυμβατό υλικό, το οποίο επεκτείνει την τεχνολογία και σε άλλες εφαρμογές.
- Οι μηχανικές ιδιότητες των επικαλύψεων Ti-SiC και Ti-WC με TS αναμένεται να είναι υψηλές και συγκρίσιμες με αυτές του WC-Co, ενώ η ταυτόχρονα η δραστική μείωση του βάρους προσδίδει στις νέες επικαλύψεις τεράστια δυναμική, καθώς ανοίγει ο δρόμος για νέες εφαρμογές, όπως η αεροδιαστημική.
- Οι αρχικές πρώτες ύλες είναι φθηνότερες και υπάρχουν στην Ευρώπη αξιόπιστες πηγές των υλικών.
Επιπρόσθετα, το προτεινόμενο έργο θα συμβάλει στην ανάπτυξη και εφαρμογή καινοτόμων μη καταστροφικών τεχνολογιών για την αξιολόγηση της ποιότητας επικαλύψεων και των επικαλυμμένων εξαρτημάτων. Ειδικότερα, αναμενόμενα αποτελέσματα στον τομέα αυτόν είναι η ανάπτυξη μεθόδου:
- ακουστικής μικροσκοπίας για την απεικόνιση της τοπικής ελαστικής συμπεριφοράς της επικάλυψης και της διεπιφάνειας επίστρωσης/υποστρώματος
- lockin υπέρυθρης θερμογραφίας για την εκτίμηση της θερμικής συμπεριφοράς της επικάλυψης
- X-ray ψηφιακής τομογραφίας (μCT) για απεικόνιση εσωτερικών δομικών ατελειών των επικαλύψεων θερμικού ψεκασμού που θα εφαρμοσθούν.
Σημειώνεται ότι οι καινοτόμες μη καταστροφικές αυτές τεχνικές δεν περιορίζονται στο αντικείμενο της πρότασης, θα μπορούν δε να χρησιμοποιηθούν και σε άλλες εφαρμογές για τον χαρακτηρισμό επιφανειών
και διεπιφανειών.
