Doskonałe powłoki uzyskane metodą inżynierii powierzchni w nanoskali
Wzrastająca złożoność i finezja systemów technicznych, stosowanych w wielu sektorach przemysłu, obejmujących także badania kosmiczne i robotykę, zmobilizowały partnerów projektu TRIBO do przystosowania technologii laserowej do manipulowania nanomateriałami. Nanomateriały znane już są ze swoich doskonałych właściwości mechanicznych, które mogą prowadzić do ulepszenia odporności na zużycie połączeń wciskanych, pracujących w trudnych warunkach. Dokładniej rzecz biorąc, w celu poprawy lokalnych właściwości powierzchni metalicznych w elementach maszyn, można stosować napawanie laserowe. Napawany materiał o pożądanych właściwościach zgrzewany jest z podłożem przy użyciu wiązki promieni laserowych. Wymieszanie pomiędzy obydwoma materiałami powinno być możliwie najmniejsze, by można było wykorzystać właściwości materiału powłoki w sposób jak najbardziej efektywny. Dzięki lokalnemu ulepszeniu powierzchni przy użyciu dedykowanych nanomateriałów, w przypadku powierzchni, które nie będą podlegały wielkim obciążeniom, na podłoża można wykorzystywać zwykłe tanie materiały. Inżynierowie z École Nationale d'Ingénieurs de Saint-Étienne we Francji zmieszali różne sproszkowane materiały, by uzyskać kompozytową powłokę o pożądanych właściwościach. Szybka operacja laserowa umożliwiła stworzenie układu sztucznych otworków, wykorzystywanych w charakterze zbiorniczków na odłamki oraz stałe środki smarne, które są stopniowo wprowadzane do przestrzeni utworzonych na powierzchni styku elementów. Powłoki opracowane z materiałów klasyfikowanych pod względem funkcjonalności zawierały stałe środki smarne, takie jak biały brąz (CuSn) w charakterze sferoidalnej osnowy, która była jednak wzmocniona przez odpowiednią fazę ceramiczną. Przeprowadzone następnie testy ścieralności wykazały, że współczynnik tarcia suchego w takich powłokach może dochodzić do niskich wartości rzędu 0,12. Ponadto zbadano specyficzną możliwość zastosowania wiązki promieniowania o wysokiej energii do szybkiego stapiania i ponownego wymieszania elementów stopowych, co poprawia odporność na ścieranie stali łożyskowych. Poza próbami łączenia różnych typów laserów, partnerzy projektu TRIBO wykorzystywali powłoki osłonowe, by uniknąć odparowania elementów stopowych z powierzchni metalu podłoża. Na przykład, testowano także lasery impulsowe oraz lasery o stałym natężeniu światła w zastosowaniu do połączeń metali podłoża z elementami stopowymi, takimi jak aluminium-cyna (Al-Sn) oraz żelazo-cyna (Fe-Sn). Umożliwiało to równomierne rozłożenie elementów stopowych w stopionych ośrodkach, podczas gdy szybkie schładzanie doprowadzało do wytrącania cząsteczek wzbogaconych w Sn, co umożliwiło otwarcie drogi do przemysłowego stosowania nanotechnologii. Przeciętne stężenie Sn, metalu wykorzystywanego w charakterze stałego środka smarnego, mierzone było metodą analizy mikrosondy rentgenowskiej i w rezultacie przekraczało 20% wagowo.
