Rezumat DCFlorea2019 v3

UNIVERSITATEA TEHNICĂ
“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI
CONTRIBUŢII PRIVIND CARACTERIZAREA UNOR

MATERIALE UTILIZATE PENTRU CONSTRUCŢIA
DISCURILOR DE FRÂNARE A AUTOVEHICULELOR
REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT
Ing. Costel Dorel FLOREA
Conducător de doctorat: Prof. univ. dr. ing. Costică BEJINARIU
IAŞI 2019
CONTRIBUŢII PRIVIND CARACTERIZAREA UNOR MATERIALE UTILIZATE PENTRU CONSTRUCŢIA DISCURILOR
DE FRÂNARE A AUTOVEHICULELOR
Mulţumiri
Respectul și profunda mea recunoștință se îndreaptă către d-l prof. univ. dr. ing.
Costică BEJINARIU, conducătorul științific a activităţii de doctorat, care mi-a îndrumat pașii
spre munca de cercetare, fiind alături de mine cu propuneri și indicații de o înaltă competență
atât în ceea ce privește fundamentarea teoretică și experimentală a tezei cât și la elaborarea
finală și selectarea vastului material experimental. Pentru eforturile depuse în acest scop, îi
adresez calde mulțumiri.
Adresez mulțumiri conducerii Universității Tehnice ,,Gheorghe Asachi” din Iași și în
special Facultății de Știința și Ingineria Materialelor, personal d-lui Decan conf. univ. dr. ing.
Iulian IONIŢĂ pentru condițiile create ce au permis formarea mea ca cercetător.
Mulţumesc d-lui prof. univ. dr. ing. Constantin BACIU și d-lui prof. univ. dr. ing.
Petrică VIZUREANU pentru sprijinul moral, logistic şi ştiinţific, acordat pe toată perioada
doctoratului. Doresc să le mulțumesc în mod deosebit pentru lungile discuții purtate, sfaturile
acordate, și mai ales pentru încrederea pe care mi-au acordat-o pe toată perioada studiilor.
Alese mulţumiri adresez d-lui prof. univ. dr. fiz. Maricel AGOP pentru ajutorul dat la
realizarea studiilor teoretico-experimentale.
Mulţumesc în mod deosebit domnului prof. univ. dr. ing. Ioan CARCEA pentru
profesionalismul cu care m-a îndrumat în obținerea unor materiale experimentale și
deasemenea domnului prof. univ. dr. ing. Corneliu MUNTEANU în obținerea straturilor
subțiri ceramice pe substrat metalic.
Le mulțumesc domnilor conf. dr. ing. Viorel PALEU, șef de lucrări Ciprian
STAMATE și șef de lucrări Bogdan ISTRATE pentru sprijinul acordat și sfaturile utile pentru
realizarea testelor de rezistență la uzură, rezistență la zgâriere și difracție de radiații X.
Mulțumesc doamnei șef de lucrări dr. ing. chim. Ramona CIMPOEȘU pentru suportul acordat
în realizarea testelor de rezistență la electro-coroziune și domnului conf. dr. ing. Nicanor
CIMPOEȘU pentru colaborarea în realizarea testelor experimentale prin microscopie optică și
electronică.
Mulțumiri domnului conf. dr. ing. Mihai ȘTEFAN pentru susținere și sfaturi.
Mulţumesc tuturor cadrelor didactice, întregului personal tehnic, colegilor doctoranzi
şi prietenilor care permanent m-au încurajat şi susţinut.
Mulțumesc și nu în ultimul rând, familiei mele care m-a susținut permanent şi căreia
acum îi pot răsplăti o mică parte din grija pe care mi-o poartă.
Costel Dorel FLOREA

2

CUPRINS
Introducere
Capitolul 1. Stadiul actual a cercetărilor privind materialele utilizate pentru
construcţia discurilor de frânare a autovehiculelor .................................................... 7(6)
1.1. Consideraţii generale ................................................................................................. 7(6)
1.1.1. Sisteme de frânare auto .................................................................................... 7(6)
1.1.2. Parametri şi perspective ................................................................................. 10(8)
1.2. Analiza sistemelor de frânare auto......................................................................... 12(10)
1.2.1. Elemente tribologice .................................................................................... 12(10)
1.2.2. Analiza evoluţiei discurilor de frână............................................................ 17(10)
1.2.3. Deteriorarea sistemelor de frânare ............................................................... 19(11)
1.3. Materiale, tehnologii şi echipamente folosite în procesele de obţinere a discurilor
de frână .................................................................................................................. 25(12)
1.3.1. Materiale de fricţiune clasice ....................................................................... 25(12)
1.3.2. Materiale de fricţiune cu matrice ceramică ................................................. 27(12)
1.3.3. Tehnologii şi echipamente ........................................................................... 29(13)
1.4. Proprietăţi ale aliajelor de fricţiune utilizate în componenţa sistemelor de frânare
auto ........................................................................................................................ 31(15)
1.5. Concluzii. Obiective propuse ................................................................................. 34(16)
Capitolul 2. Tehnologia, metodologia şi baza materială utilizată în cercetările
experimentale .............................................................................................................. 37(19)
2.1. Metodologia de cercetare a unor materiale pentru discuri de frânare.................... 37(19)
2.2. Conceperea şi realizarea aliajelor de fricţiune utilizate în cercetările
experimentale ........................................................................................................... 39(21)
2.2.1. Obținerea fontelor aliate cu crom ................................................................ 39(21)
2.2.2. Obținerea straturilor ceramice ..................................................................... 41(22)
2.3. Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea experimentală a
coeficientului de frecare a aliajelor experimentale ................................................ 44(25)
2.4. Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea experimentală a
profilelor suprafețelor discurilor din aliaje experimentale .................................. 47(26)
2.5. Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea rezistenței la
uzură a aliajelor experimentale ................................................................................ 52(27)
2.6 Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea experimentală a
rezistenţei la coroziune a aliajelor experimentale ............................................. 54(29)
2.7 Metodologia de cercetare a structurii și compoziției chimice a aliajelor
experimentale .................................................................................................... 56(29)
2.7.1. Microscopia electronică cu baleiaj .............................................................. 56(31)
2.7.2. Spectrometria energiilor dispersive ............................................................. 58(32)
2.7.3. Difractometria cu radiații X ........................................................................ 60 (33)
Capitolul 3. Cercetări şi contribuţii experimentale privind caracterizarea unor
materiale pentru construcţia discurilor de frânare a autovehiculelor................... 61(33)
3.1. Cercetări şi contribuţii experimentale privind caracterizarea unor materiale
pentru construcţia discurilor de frânare a autovehiculelor .................................... 61(36)
3
3.1.1 Caracterizarea fizico – chimică a aliajelor Fe – C experimentale .............. 61(36)

3.1.1.1 Analize asupra compoziției chimice ................................................... 62(36)
3.1.1.2 Măsurători asupra durității.................................................................. 62(36)
3.1.2 Caracterizarea structurală a aliajelor Fe – C experimentale. ...................... 63(36)
3.1.2.1 Caracterizarea structurală efectuată prin microscopie optică ............. 64(36)
3.1.2.2 Caracterizarea structurală efectuată prin microscopie electronică ..... 68(36)
3.2. Analiza straturilor subțiri ceramice obținute prin pulverizarea cu plasmă ............ 71(36)
3.2.1. Analiza structurală și chimică a suprafeței materialului metalic după
prelucrare mecanică...................................................................................... 71(37)
depunerea stratului ceramic .......................................................................... 74(37)
3.3. Determinarea experimentală a comportării tribologice a aliajelor de fricţiune ..... 81(37)
3.3.1 Profilometria materialului fontei EN-GJL-250 și a straturilor ceramice ...... 81(39)
3.3.2 Analiza comportamentului materialelor experimentale cu straturi ceramice
la micro-indentare ........................................................................................... 85(46)
3.3.3. Determinarea experimentală a rezistenței la uzură aliajelor de fricţiune..... 95(46)
3.3.3.1 Analiza comportamentului la uzură a probelor experimentale cu
adiții de crom ...................................................................................... 95(51)
3.3.3.2 Analiza comportamentului la uzură a probelor experimentale cu
straturi subțiri .................................................................................... 103(55)
3.4. Determinarea experimentală a rezistenţei la coroziune a aliajelor de fricţiune ... 107(55)
3.4.1 Analiza experimentală a rezistenței la coroziune a materialelor
experimentale cu crom.................................................................................. 107(63)
3.4.2 Analiza comportamentului straturilor superficiale depuse pe substrat de
fontă la electro-coroziune ............................................................................. 115(69)
Capitolul 4. Dinamici de coroziune în sistemele de aliaje Fe-C ................................ 122(69)
4.1 Neliniaritate și haos în sistemele complexe de tipul aliajelor Fe-C ..................... 122(71)
4.2 Tranziția sistem haotic-sistem complex pentru aliajele de tipul Fe-C prin
fractalitatea/ multifractilitate. Modelul teoretic ..................................................... 124(71)
4.3. Validarea modelului teoretic ................................................................................ 128(73)
5. Contribuţii. Contribuții. Perspective ...................................................................... 132(76)
Bibliografie 136(76)
Lista de lucrări 147(79)
Anexe 149

4
INTRODUCERE
De-a lungul anilor, domeniul materialelor pentru sistemele de frânare a evoluat foarte
mult datorită necesității tot mai mari de a răspunde unor cerințe de funcționare mai
pretenţioase. Condițiile de funcționare au devenit tot mai solicitante odată cu creșterea
greutății corpurilor implicate în procesul de frânare, precum și cu creșterea vitezelor de
deplasare a acestora.
Cerinţele actuale impun menținerea unor anumite proprietăți la temperaturi care
variază de la temperatura mediului ambiant la temperaturi mai înalte în domeniul 200-300 °C
cum sunt: coeficientul de frecare cât mai ridicat, rezistenţa bună la uzare şi la coroziune,
conductibilitatea termică bună etc., la aplicarea unei sarcini asupra cuplei de frânare aflată în
mișcare cu o anumită viteză de alunecare. Materialele de fricțiune cu baza fier și cele cu baza
cupru reprezintă două clase de materiale utilizate la fabricarea componentelor din cuplele de
fricțiune. Teza îşi propune obţinerea, prin procedee specifice metalurgiei, unor materiale de
fricţiune cu caracteristici tribologice ridicate, în condiţiile unui consum energetic şi a unor
pierderi de material mult mai scăzute.
Materialele utilizate la fabricarea sistemelor de frânare alcătuiesc o cuplă de frecare
care trebuie să asigure transformarea energiei cinetice a sistemului în energie termică prin
intermediul suprafețelor de frecare. Discurile de frână sunt piese folosite pentru a încetini sau
opri o roată din mișcarea de rotație. Aceste discuri de frână sunt realizate din aliaje fier-
carbon turnate, însă în unele cazuri, mai costisitoare, pot fi realizate din materiale compozite
de exemplu carbon-carbon ranforsat sau compuși de ceramică.
Discurile de frânare metalice prezintă un interes deosebit în aplicațiile auto, feroviare
sau aeronautice datorită în primul rând prețurilor promovate și tehnologiilor deja aprobate
recunoscute. Morfologia geometrică a acestora, grosimea și în primul rând materialul din care
este confecționat aduce plusuri mari comercializării acestor echipamente. Pe baza
conductivității termice, a rezistenței deosebite și a prelucrabilității discurile de frânare din
aliaje Fe-C vor reprezenta un interes deosebit în continuarea dezvoltării acestui domeniu
necesar în această perioadă. Analiza discurilor de frânare nu reprezintă doar un câștig cu
aplicații imediate în domeniul auto ci o oportunitate a numeroase domenii cum ar fi cele
aeronautice, industriale la orice scară.
Teza propune abordarea, din punct de vedere al proprietăţilor materialelor, a
sistemelor de frânare. Aplicativ materialele utilizate în domeniul sistemelor de oprire cunosc o
dezvoltare din ce în ce mai accentuată iar proprietăţile de disipare şi fricţiune trebuie
dezvoltate fără investiţii financiare mari. Scopul urmărit este de a îmbunătăţi proprietăţile de
frecare, transfer termic şi rezistenţa la coroziune a materialelor pentru discurile ce fac parte
din sistemul de frânare.
5
Teza urmărește caracterizarea materialelor folosite în prezent în obținerea discurilor

de frânare, obținerea fontelor aliate cu crom, caracterizarea şi controlul procedeului de
obţinere a straturilor subţiri şi analiza şi caracterizarea straturilor obţinute. Planificarea
experimentelor a cuprins abordarea unor tehnici de analiză noi ce pot aduce numeroase
informaţii ce participă la obţinerea produsului finit scontat. Implementarea procedeului de
obţinere a straturilor subţiri prin pulverizare termică a straturilor ceramice prezintă avantajul
unui control al parametrilor de depunere. Tema abordată are un caracter multidisciplinar
necesitând ample cunoştinţe de ingineria materialelor, inginerie mecanică, fizică, chimie şi
analiză experimentală permiţând contribuţii proprii în toate domeniile marcate de prezenţa
aplicațiilor din industria automobilelor, a metodelor de depunere a materialelor metalice şi a
aplicaţiilor efective a produselor finite ce implică straturile ceramice superficiale.
Teza de doctorat conţine 5 capitole, 165 pagini, 14 tabele, 100 figuri, 6 anexe, 148
referinţe bibliografice şi aduce o contribuţie teoretică şi experimentală în domeniul
îmbunătăţirii unor materiale pentru sistemele de frânare.
CAPITOLUL 1
STADIUL ACTUAL A CERCETĂRILOR PRIVIND MATERIALELE
UTILIZATE PENTRU CONSTRUCŢIA DISCURILOR DE FRÂNARE A
AUTOVEHICULELOR
1.1. Consideraţii generale
Indiferent de modul de propulsie, de utilizare sau de gabarit toate vehiculele folosesc

sisteme de frânare. Majoritatea sistemelor de frânare folosesc în acest moment discuri
metalice pentru realizarea etapei de încetinire a vehiculelor. În acest capitol sunt prezentate
principalele cunoștințe despre materialele folosite la sistemele de frânare și posibilitățile de
îmbunătățire a proprietăților acestora.
1.1.1. Sisteme de frânare auto
De-a lungul anilor, domeniul materialelor pentru sistemele de frânare a evoluat foarte
mult datorită necesității tot mai mari de a răspunde unor cerințe de funcționare mai
pretenţioase. Condițiile de funcționare au devenit tot mai solicitante odată cu creșterea
greutății corpurilor implicate în procesul de frânare, precum și cu creșterea vitezelor de
deplasare a acestora. În acest sens, temperaturile de funcționare au crescut de la 200 °C în anii
1920 la 1000÷1200 °C în ultimele decenii (în cazul avioanelor cu reacție) (Ishak, 2016).
6
Cerinţele actuale impun menținerea unor proprietăți la temperaturi înalte (coeficient de

frecare cât mai ridicat, rezistenţă bună la uzare şi coroziune, conductibilitate termică bună
etc.), la aplicarea unei sarcini asupra cuplei de frânare aflată în mișcare cu o anumită viteză de
alunecare. Materialele de fricțiune cu baza fier și cele cu baza cupru reprezintă două clase de
materiale utilizate la fabricarea componentelor din cuplele de fricțiune. Teza îşi propune
obţinerea, prin procedee specifice metalurgiei, unor materiale de fricţiune cu caracteristici
tribologice ridicate, în condiţiile unui consum energetic şi a unor pierderi de material mult mai
scăzute.
Materialele utilizate la fabricarea sistemelor de frânare alcătuiesc o cuplă de frecare
care trebuie să asigure transformarea energiei cinetice a sistemului în energie termică prin
intermediul suprafețelor de frecare.
Discurile de frână sunt piese folosite pentru a încetini sau opri o roată din mișcarea
de rotație. Aceste discuri de frână sunt realizate din aliaje fier-carbon turnate, însă în multe
cazuri pot fi realizate din materiale compozite (carbon-carbon ranforsat, compuși de ceramică
etc.).
Un set de discuri de frână este conectat la roată sau la ax. Pentru a opri roata,
materialul de fricțiune (plăcuțe de frână montate într-un etrier) sunt forțate mecanic, hidraulic,
pneumatic sau electromagnetic, să adere la suprafața discurilor de frână. Frecarea determină
discurile de frână atașate roții să o încetinească sau să o oprească. Frânele convertesc mișcarea
în caldură, iar atunci când devin prea încinse randamentul lor scade, apărând fenomenul
numit: brake fade.
Pentru a încetini sau a opri un vehicul trebuie să fie luate în considerare cinetica și
orice energie potențială de mișcare a vehiculului. În ultimii ani, eficiența consumului de
combustibil și în același timp încercarea de reducere a emisiilor de gaze asociate, a devenit
unul dintre obiectivele principale ale industriei de automobile, iar în acest scop unii
producători au început să producă deja vehicule electrice și vehicule hibrid disponibile din ce
în ce mai mult pe piață. Aceste vehicule folosesc un motor electric fie ca sursă principală de
propulsie fie ca sursă secundară pentru a ajuta motorul tradițional cu combustie internă. În
aceste vehicule, o economie semnificativă a consumului de combustibil se poate obținute prin
transformarea unei părți din energia pierdută la frânare în energie electrică. Această energie
poate fi stocata apoi în baterii și utilizată atunci când este necesar pentru propulsia vehiculului,
sau pentru diverse accesorii cu consum de putere cum ar fi aerul condiționat, luminile etc. Cu
toate acestea, încă nu este posibil să se recupereze mai mult de 10 15 % din energia totală
utilizată în propulsie, (Westbrook, 2001) și prin urmare, aceste vehicule conțin, de asemenea
sisteme de frânare tradiționale, ca rezervă de siguranță. Sistemele de frânare acționează pentru
oprirea vehiculului prin transformarea energiei vehiculului aflat în mișcare, în căldură și
disiparea acesteia în atmosfera înconjurătoare și ca urmare, energia este pierdută, fără nici o
7
șansă de recuperare. În ciuda acestui fapt, utilizarea în acest moment a unui număr relativ mic
de vehicule electrice și vehicule hibrid înseamnă că frânele cu sistem clasic de frecare sunt
forma dominantă de oprire auto, si vor continua sa fie în viitorul apropiat. Prin urmare,
continuă cercetările legate de căile și mijloacele de îmbunătățire a acestei tehnologii în
domeniu, cum ar fi scăderea în greutate, creșterea disipării termice, creșterea rezistenței la
uzură, a coeficientului de frecare și îmbunătățirea sistemelor de securizare a acestora.
1.1.2. Parametri şi perspective
În industria auto, reducerea consumului de combustibil, precum și emisiile de gaze cu

efect de seră reprezintă o problemă actuală și de cea mai mare importanță. Pentru a reduce
greutatea automobilelor și pentru a îmbunătăți eficiența consumului de combustibil, în
industria auto a crescut semnificativ utilizarea aluminiului în ultimii ani. Deoarece discul sau
rotorul de frână reprezintă o componentă esențială din punctul de vedere al siguranței
autovehiculelor materialele utilizate pentru sistemele de frânare trebuie să aibă proprietăți
foarte bune de frecare și uzură. Acestea trebuie să fie stabile și fiabile în condiții diferite de
încărcare, viteză, temperatură și mediu dar și să prezinte o durabilitate ridicată. Există mai
mulți factori care trebuie luați în considerare la selectarea materialului pentru discuri de frână.
Cel mai important aspect este capacitatea materialului discului de frână de a rezista la un
regim de frecare ridicată și uzură mai puțin abrazivă. O altă cerință este aceea de a rezista la
temperatura ridicată care apare din cauza frecării. Greutatea, capacitatea procesului de
fabricație și costul sunt, de asemenea, factori importanți care trebuie luați în considerare în
faza de proiectare. În etapa de selecție a materialelor, reciclabilitatea fontei este avantajoasă,
dar trebuie luată în considerare și evoluția emisiilor de CO2 în timpul retopirii. Discul de frână
trebuie să aibă o capacitate de stocare termică suficientă pentru a preveni distorsiunea sau
crăparea materialului datorită solicitărilor termice pentru o perioadă de timp până când
căldura poate fi disipată. Acest lucru nu este deosebit de important pentru o singură oprire, dar
este esențial în cazul opririlor repetate de la o viteză mare.
Sistemele de frânare cu discuri generează forța de frânare prin fixarea plăcuțelor de
frână pe un rotor montat pe butuc. Avantajul mecanic major al frânelor cu discuri hidraulice
sau mecanice este dat de faptul că permite ca o forță de acționare mică a levierului să fie
transformată într-o forță de strângere mare la roată. Această forță strânge rotorul cu plăcuțele
de frânare și generează o putere ridicată de frânare (Hunter, 1998). Cu cât este mai mare
coeficientul de frecare pentru plăcuțele de frână cu atât va fi generată o putere de frânare mai
mare. Coeficientul de frecare poate varia în funcție de tipul de material utilizat pentru discul
de frână. În mod obișnuit, frânele se referă la coeficientul de frecare dinamic sau la
coeficientul de frecare măsurat în timp ce vehiculul se mișcă (Garrett, 1983). Toate sistemele
8
moderne de frânare pe disc se bazează pe plăcuțele de frână presate pe ambele părți ale
discului de frână pentru a crește rezistența la rulare și a încetini mașina. Sistemul de frânare
reprezintă o componentă vitală de siguranță a sistemelor de transport la sol; prin urmare,
materialele structurale utilizate la frâne ar trebui să aibă o combinație de proprietăți cum ar fi
rezistența la compresiune bună, coeficientul de frecare mai mare, rezistența la uzură, greutatea
redusă, capacitatea termică bună și viabilitatea economică (Kao, 2000; Jerhamre, 2001).
Pentru sistemele de frânare cel mai des utilizate materiale sunt fontele. Pe lângă
acestea, în majoritatea cazurilor la nivel de laborator, s-au testat și materiale pe bază de titan,
materiale compozite cu matrice de aluminiu si inserții ceramice sau doar materiale ceramice.
Cea mai ieftină variantă, cu aplicații la nivel industrial în peste 95% din cazuri este bazată tot
pe fontă (Zhang, 1997; Kubota, 2000).
9
1.2. Analiza sistemelor de frânare auto
Dintre toate sistemele care alcătuiesc un vehicul modern sistemul de frânare este
unul dintre cele mai importante. Acest sistem este responsabil de a opri un vehicul
foarte greu care se mişcă cu o viteză foarte mare într-o distanţă relativ scurtă. Vieţile
participanţilor la trafic sunt dependente de precizia acestei operaţiuni. Scopul acestei
tezei este de a ne asigura că acest sistem funcţionează corect din punct de vedere al
proprietății materialelor metalice implicate în acest sistem şi de asigura corecta
funcţionare a acestui sistem în viitor. Acest lucru nu se poate realiza fără o înţelegere
corectă a operaţiei de frânare.
1.2.1. Elemente tribologice
Tribologia reprezintă ştiinţa ce se ocupă de interacţiunea dintre două suprafeţe în

contact aflate în mişcare relativă. Termenul provine de la grecesul tribos care înseamnă
frecare şi logos care semnifică cunoaştere (Takadoum, 2007). În cadrul acesteia sunt studiate
problemele legate de frecarea, uzarea şi lubrifierea mecanismelor. Aceste fenomene au un
impact deosebit de puternic. Frecarea şi uzarea apar la majoritatea aplicaţiilor plecând de la
cele cotidiene (exemplu: uzarea dinţilor omului) şi încheind cu cele ale tehnologiilor de vârf
(aplicaţii pentru navetele cosmice ) (ASM Handbook, 1997).
Cercetările din domeniul tribologic vizează reducerea uzurii materialelor şi, implicit,
mărirea duratei de funcţionare a sistemelor mecanice şi mecatronice, precum şi controlul
fricţiunii. Aceste două obiective presupun îmbinarea cunoştiinţelor de mecanica suprafeţelor
cu cunoştiinţele fizico-chimice legate de suprafeţele şi interfeţele în contact.
Frecarea este unul dintre cele mai studiate fenomene din cauza prezenţei acestuia în
toate ansamblurile mecanice aflate în mişcare (Czichos, 1978; Ghrib, 2011). Termenul
provine de la latinescul fricare care înseamnă a freca (Takadoum, 2007). Frecare este un
proces complex care apare la interacţiunea a două corpuri aflate în mişcare unul faţă de altul,
ea opunându-se mişcării (Pavelescu, 1977).
1.2.2. Analiza evoluţiei discurilor de frână
Primele discuri de frână au fost folosite in anii 1890, in Anglia. Primul sistem de
frânăre de acest tip a fost patentat de Frederick William Lanchester, in Birmingham, Anglia,
1902, fiind folosit cu succes pe automobilele Lanchester. Totuși, în prima jumătate a secolului
20, singurul material din care erau executate discurile de frână era cuprul. Performanțele
discurilor de frănă realizate din cupru erau reduse.
10
Discurile de frână moderne și performante au apărut abia in 1953, fiind produse tot in
Anglia, de către Dunlop și folosite pe mașina de curse Jaguar C-Type. În 1955 Citroen DS a
fost prima mașină de serie franțuzeasca care folosea discuri de frână moderne, in Anglia
apărând abia in 1956 primul autoturism de serie cu discuri de frână de încredere: Triumph
TR3. Primul automobil de serie cu discuri de frână pe toate cele 4 roti a fost Austin-Healey
100S. În comparație cu frânele pe tambur, discurile de frână oferă performanta ridicata
datorita racirii mult mai eficiente. In consecință acestea sunt mult mai puțin expuse
fenomenului brake fade . De asemenea frânele dotate cu discuri de frână se Recuperează mult
mai ușor după submersiune (Savaresi, 2010).
În prezent, marea majoritate a automobilelor sunt dotate cu discuri de frână pe axa fata.
Unele mașini mai ieftine încă mai păstrează soluția de frână cu tambur pe axa spate, din
motive de costuri. Poate fi si acesta un compromis rezonabil, întrucât forța de frânăre pe spate
este mult mai mica decât cea de pe axa fata. Plecând de la cerinţele noi impuse, cercetătorii
trebuie să elaboreze noi materiale şi tehnologii pentru diferitele aplicații existente. Domeniul
materialelor de fricţiune este un sector unde cercetătorii trebuie să descopere materiale pentru
aplicații noi în condiţii de lucru tot mai severe, mai solicitante. Frecarea şi uzarea reprezintă
principalele procese ce apar în timpul utilizării materialelor de fricţiune. Cele mai cunoscute
aplicaţii ale acestora se regăsesc la ambreiajele şi sistemele de frânare de la autovehicule,
avioane, navete cosmice (Saw, 2018).
1.2.3. Deteriorarea sistemelor de frânare
Discurile sunt, de obicei, deteriorate într-unul din cele patru moduri:

- zgârieturi;
- micro-fisurare;
- deformare;
- oxidare excesivă.
Service-urile auto vor răspunde, pe cât este posibil la orice problemă a discurilor prin
schimbarea totală a discurilor. Acest lucru se face în principal în cazul în care costul unui disc
nou poate fi de fapt mai mic decât costul forței de muncă pentru a repara discul vechi.
Din punct de vedere mecanic acest lucru nu este necesar dacă discurile au ajuns la
grosimea minimă recomandată a producătorului. Dacă se atinge această grosime impusă prin
standarde utilizarea va deveni nesigură și va exista riscul unei expuneri la oxidare severă (la
discurile ventilate în mod special) (He, 2017).
11
1.3. Materiale, tehnologii şi echipamente folosite în procesele de

obţinere a discurilor de frână
Sunt identificate principalele materiale folosite în realizarea discurilor din sistemele de

frânare și problemele pe care le prezintă acestea în ultimii douăzeci de ani. Sunt prezentate
principalele tehnologii și echipamente folosite pentru realizarea materialelor metalice prin
turnare.
1.3.1. Materiale de fricţiune clasice
În urmă cu 15 ani, producătorii materialelor de fricţiune pentru autovehicule foloseau

doar doi componenţi de bază: un component pe bază de azbest pentru frânele cu tambur şi un
component semimetalic sau pe bază de azbest pentru discurile de frână. Astăzi, numărul
acestora a crescut, fiind adăugaţi diferiţi componenţi organici (NAO – Non Asestos Organic)
sau semimetalici (Kchaou, 2013). Cercetările întreprinse asupra materialelor de fricţiune au
dus la găsirea unui raport constant între cele mai importante patru caracterisitici:
1) greutatea vehiculului;
2) suprafaţa activă de frânare;
3) configuraţia frânelor;
4) greutatea şi design-ul rotorului, raport care poate indica gradul de încălzire al
materialul frânei şi timpul în care va fi disipată căldura obţinută.
Se consideră un component de fricţiune semimetalic materialul care conţine mai mult de
30 % din greutate aliajul Fe-C. În schimb, materialele de fricţiune polimerice (fără azbest) pot
conţine o cantitate scăzută de fier sau oţel. Reţetele materialelor de fricţiune conţin, în general,
fibre, material de umplutură, lianţi şi răşini. Alegerea materialelor pentru o aplicaţie
tribologică dată porneşte de la analiza geometriei suprafeţelor, presiunii de contact, tipului
mişcării, vitezei de alunecare relative, naturii şi grosimii materialului, precum şi a atmosferei
în care se regăseşte sistemul (temperatura, umiditatea şi reacţiile chimice specifice acestuia)
(Zhuan, 2008).
1.3.2. Materiale de fricţiune cu matrice ceramică
Întrucât materialele compozite cu matrice polimerică şi materialele compozite cu

matrice metalică nu pot funcţiona la temperaturi de peste 1000 °C, au fost efectuate cercetări
în domeniul materialelor compozite de fricţiune cu matrice ceramică. Datorită costului ridicat
atât al materiilor prime cât şi a tehnologiilor de elaborare a acestor materiale, mare parte a
aplicaţiilor acestora se regăsesc în industria aerospaţială, aeronautică şi nucleară. Printre cele
12
mai întâlnite materiale compozite cu matrice ceramică sunt materialele cu matrice pe bază de
carbură de siliciu şi carbon armate cu fibre de carbon (C/C-SiC) (Zhang, 2011; Wang, 2009).
Materialele compozite cu matrice de carbură de siliciu şi carbon armate cu fibre de
carbon au fost dezvoltate ca materiale pentru frânare de la sfârşitul anilor 1990 (Krenkel,
2002; Garshin, 2008). Aceste materiale prezintă un coeficient de frecare mai ridicat decât cel
al materialelor pe bază de fier sau carbon/carbon, precum şi un grad de uzură şi o rezistenţă la
şoc termic mare.
1.3.3. Tehnologii şi echipamente de elaborare
Pentru obținerea aliajelor metalice se aplică diverse procese metalurgice în diferite

faze ale materiei:
- în faza gazoasă care este alcătuită din atmosfera echipamentului metalurgic;
- în faza solidă dată de elementele componente a materiilor prime și a celor auxiliare;
- în faza metalică alcătuită de metalul brut sau de aliaj;
- în faza alcătuită de oxizii topiți ce formează zgura.
Procesul de elaborare presupune un set de operaţii de realizare în diferite echipamente
a aliajelor lichide cu compoziţia, gradul de puritate şi temperatura prescrisă, prin topirea
încărcăturii solide, supraîncălzirea şi prelucrarea acesteia în stare lichidă. Ca agregate de
elaborare în turnătoriile de fontă se utilizează:
- cubiloul;
- cuptoarele cu flacără (fixe sau rotative);
- cuptoarele electrice cu încălzire prin inducţie sau cu arc.
În cazul elaborării fontelor în cubilou, încărcătura agregatului este formată din două
părţi principale:
- patul de cocs (la partea inferioară a cuvei) şi
- partea realizată din mai multe segmente de încărcătură (acestea se găsesc situare până
la gura de încărcare).
Un segment de încărcătură conţine materiale metalice la partea de jos iar peste acestea
materiale de combustie, de exemplu cocs şi de asemenea o încărcătură de calcar.
Uzual, în practică, încărcătura metalică este alcătuită din următoarele materiale: fontă
de primă fuziune, fontă veche şi deşeuri de oţel. Principalul tratament metalurgic este
corectarea compoziţiei chimice care se face cu feroaliaje în timpul fierberii masei metalice.
Pentru realizarea acestei etape sunt prelevate periodic șarje de material topit care sunt
analizate chimic la spectrometrul cu scânteie (Cojocaru, 2010).
Elaborarea fontelor în cuptoare cu încălzire prin inducţie se realizează pe baza
următoarelor avantaje:
13
- obţinerea unei compoziţii precise şi omogene a aliajelor;

- temperaturi de supraîncălzire mai ridicate;
- posibilitatea utilizării unor încărcături ieftine (fier vechi, şpan de fontă, deşeuri etc.).
În cazul elaborării cu încălzire prin inducție este necesară debitarea la dimensiune a
încărcăturii metalice introdusă în cuptor. Operația de debitare depinde de mărimea cuptorului
şi de capacitatea de topire a acestuia. Materialele care alcătuiesc încărcătura se curăţă pentru
îndepărtarea grăsimilor şi emulsiilor de pe suprafață. Ca o operație suplimentară pentru
înlăturarea oxizilor din încărcătură se introduce în cuptor un amestec reducător odată cu
încărcătura (Cimpoesu, 2010).
Randamentul termic al cuptorului este în strânsă legătură cu temperatura încărcăturii,
având valori mici la topire şi ridicate la supraîncălzire. Se impune deci, introducerea
încărcăturii în cuptor după o preîncălzire în care se acumulează circa 20 30% din căldura
necesară topirii. Temperatura optimă de preîncălzire este cuprinsă între 430 650°C. În cazul
topirii şi supraîncălzirii fontelor durata de încălzire depinde de frecvenţa curentului şi de
puterea specifică utilizată.
Pentru elaborarea fontelor se mai pot utiliza cuptoare cu vatră (încălzite cu flacără sau
electric) precum şi combinaţii de mai multe tipuri de cuptoare (procedee duplex sau triplex de
elaborare). La elaborarea fontelor în cuptoare electrice cu arc, căptuşeala cuptorului este în
general acidă şi numai când se urmăreşte defosforarea şi desulfurarea băii, bazică.
În cazul cuptoarelor cu arc este asigurată obţinerea unor temperaturi foarte mari,
realizându-se astfel un randament la topire şi productivitate mai mare decât la cuptoarele cu
inducţie. Datorită temperaturii ridicate a zgurei, prin intermediul acesteia se pot realiza
procese de afinare, desulfurare, defosforare etc. Dezavantajele acestei metode sunt legate de
un randament scăzut la supraîncălzire (sub 20%); degajare mare de praf şi fum la topire și
arderi avansate ale elementelor componente.
14
1.4. Proprietăţi ale aliajelor de fricţiune utilizate în componenţa

sistemelor de frânare auto
Frecarea este în mod general evaluată prin numere şi litere ce reflectă coeficientul de
frecare. În acest sistem valoarea 1 este cel mai mare număr posibil şi denotă un nivel foarte
mare de frecare (fricţiune). Majoritatea placărilor de frânare pot atinge acest nivel de frecare
şi sistemul de litere a fost dezvoltat pentru definirea valorilor tipice de frecare. Aceste valori
sunt preluate la o presiune standard în funcţie de o suprafaţă standard a materialului. În
Tabelul 1.1 se prezintă coeficienţii de frecare şi litera corespunzătoare din cod.
Tabelul 1.1. Literele cod şi valorile frecării corespunzătoare (Savaresi, 2010)

Corespondența dintre literele cod și valorile de frecare caracteristice
Literă de codificare Coeficient de frecare
C 0-0,15
D 0,15-0,25
E 0,25-0,35
F 0,35-0,45
G 0,45-0,55
H 0,55 și >
Se poate aprecia că este de dorit utilizarea unui material cu cel mai ridicat coeficient
de frecare posibil pentru toate autovehiculele. În timp ce acest lucru este perfect pentru
capacitatea de frânare, întodeauna există şi părţi negative.
Dacă se utilizează un material cu un coeficient de frecare foarte mare discul de frână
sau tamburul se vor deteriora mai repede prin uzare. În acest sens, un vehicul trebuie să fie
echipat cu un sistem de frânare propriu, unul care să nu uzeze prematur celelalte componente
ale sistemului. Energia mecanică de mişcare pe care materialele ce se freacă o absorb trebuie
să fie convertită într-o altă formă de energie. Într-un sistem de frânare energia de mişcare
(energia cinetică) este convertită în căldură.
Din fizică se cunoaşte aşa numita lege de conservare a energiei. Această lege
postulează faptul că energia nu poate fi distrusă dar poate fi transformată dintr-o formă în alta.
Într-un sistem de frânare energia cinetică a unui vehicul este convertită într-o cantitate mare
de căldură de către sistemul de frânare.
Cuzineții sistemului de frânare vor genera o cantitate ridicată de căldură. Acest lucru
se poate observa efectiv la maşinile de cursă în timpul transmisiunilor video. În unele cazuri
se pot observa chiar discurile de frânare cu o schimbare a culorii spre orange-roşu, sub
influența temperaturii. Acesta este un exemplu de utilizare excesivă a sistemului de frânare.
15
Aceste echipamente auto sunt dotate cu conducte de aer rece către discurile de frână şi
sistemele de frânare pentru susţinerea acestora pentru mai multe ture.
Numeroase vehicule, la început, au utilizat sisteme de frânare pe tamburii celor 4 roţi.
În numeroase maşini din acele timpuri pe toate cele patru roţi se susţineau tamburii. Maşinile
mai mari foloseau tamburi cu nervuri. Cu toate acestea, aceste sisteme de frânare cu tambururi,
prezintă câteva probleme specifice. În primul rând acestea reţin apă, fapt ce cauzează o
scădere a capacităţilor şi proprietăţilor de acţionare în timpul furtunilor ploioase sau după
trecerea printr-o baltă. În al doilea rând disipă greu căldura şi vor ceda la coborâri lungi sau
abrubte sau după opriri repetate bruşte. În ultimul rând distanţa lor de frânare este mult mai
mare decât cea caracteristică frânelor pe disc. Pentru a elimina aceste probleme cu sistemele
de frânare pe tambur au fost dezvoltate sistemele de frânare pe disc. Conceptul frânelor cu
disc nu este dificil de înteles. Similar sistemelor aplicate bicicletelor pentru oprire în loc să
oprim roata cu un tambur de frânare pe ax, se foloseşte o strângere din ambele părţi ale jantei
pentru oprirea acesteia.
1.5. Concluzii. Obiective propuse
Discurile de frânare metalice prezintă un interes deosebit în aplicațiile auto, feroviare

sau aeronautice datorită în primul rând prețurilor promovate și tehnologiilor deja aprobate și
recunoscute.
Morfologia geometrică a acestora, grosimea și materialul din care este executat aduce
plusuri mari comercializării acestor echipamente.
Pe baza conductivității termice, a rezistenței deosebite și a prelucrabilității discurile de
frânare din aliaje Fe-C vor reprezenta un interes deosebit în continuarea dezvoltării acestui
domeniu necesar în această perioadă. Analiza discurilor de frânare nu reprezintă doar un
câștig cu aplicații imediate în domeniul auto ci o oportunitate a numeroase domenii cum ar fi
cele aeronautice, industriale la orice scară.
Teza propune abordarea, din punct de vedere al proprietăţilor materialelor, a
sistemelor de frânare. Aplicativ materialele utilizate în domeniul sistemelor de oprire cunosc o
dezvoltare din ce în ce mai accentuată iar proprietăţile de disipare termică şi fricţiune trebuie
dezvoltate fără investiţii financiare mari. Scopul urmărit este de a îmbunătăţi proprietăţile de
frecare, transfer termic şi rezistenţa la coroziune a materialelor pentru discurile ce fac parte
din sistemul de frânare.
În cazul tezei de doctorat urmăresc creşterea proprietăţilor materialelor clasice utilizat
la discuri prin procesarea avansată a topiturii metalice, tratamente termice, depuneri
superficiale sau prelucrări mecanice (laser, CNC) a geometriei sistemelor de frânare.
16
Obiectivul principal al tezei îl reprezintă elaborarea și caracterizarea unor materiale

metalice pentru discurile de frânare cu baza fier, aluminiu, cupru sau nemetalice de natură
ceramică în vederea fabricării unor tipuri constructive speciale cu modificări ale suprafeței
prin metode chimice sau mecanice pentru autoturisme.
Cercetarea din cadrul tezei de doctorat este legată de capacitatea de disipare a
materialelor clasice folosite pentru sistemele de frânare și îmbunătățirea acesteia prin
modificări chimice (compoziție chimică), structurale (tratamente termice și deformări
plastice) sau de suprafață (depuneri de straturi ceramice sau prelucrarea mecanică a
suprafețelor prin tehnici laser) sau prin modificarea geometric constructivă a discului de
frânare pentru creșterea capacității de disipare a energiei termice obținute din cea mecanică.
Principalele obiective ale tezei de doctorat sunt:
- elaborarea unui model matematic care confirmă prin curbele Tafel și cele
ciclice comportamentul la electro-coroziune a materialelor experimentale;
- caracterizarea materialelor clasice utilizate la realizarea discurilor de frână;
- îmbunătățirea caracteristicilor mecanice și chimice a materialelor existente prin
aliere;
- realizarea de straturi subțiri ceramice pe substrat de fontă pentru îmbunătățirea
caracteristicilor de rezistență la uzură și la coroziune;
- analiza straturilor subțiri ceramice pentru acoperirea materialelor metalice.
Tema abordată are un caracter multidisciplinar necesitând ample cunoştinţe de
ingineria materialelor, inginerie mecanică, fizică, chimie şi analiză experimentală permiţând
contribuţii proprii în toate domeniile marcate de prezenţa aplicațiilor din industria
automobilelor, a metodelor de depunere a materialelor metalice şi a aplicaţiilor efective a
produselor finite ce implică straturile ceramice superficiale.
Caracterul complex al determinărilor experimentale rezultă din planul general al
metodologiei cercetărilor.
Metodologia cercetărilor a urmărit o planificare a experimentelor bazată pe
îmbunătățirea proprietăților fontelor cenușii, materiale utilizate constant în obținerea
discurilor de frânare.
17
Analize structurale
Analiza uzurii
și analize chimice
PULBERI CERAMICE
Pulverizare
Analize XRD şi Fonta EN-GJL-
Analiza
Termică
microscopie de 250+ comportamentului la
forţă atomică
zgâriere
AFM Straturi subțiri
ceramice
Investigaţii prin
potențiometrie
liniară și ciclică
Aceasta a urmărit caracterizarea materialelor folosite în prezent în obținerea discurilor

de frânare, obținerea fontelor aliate cu crom caracterizarea şi controlul procedeului de
obţinere a straturilor subţiri şi analiza şi caracterizarea straturilor obţinute. Planificarea
experimentelor a cuprins abordarea unor tehnici de analiză noi ce pot aduce numeroase
informaţii ce participă la obţinerea produsului finit scontat. Implementarea procedeului de
obţinere a straturilor subţiri prin pulverizare termică a straturilor ceramice prezintă avantajul
unui control al parametrilor de depunere.
Scopul principal al tezei de doctorat este de îmbunătățire a proprietăților materialelor
uzuale folosite pentru discurile de frână prin aliere sau prin depuneri de straturi subțiri
ceramice pe suprafața de contact. Au fost realizate analize de microstructură prin microscopie
electronică de baleiaj (Microscop electronic SEM VegaTescan LMH II, detector de electroni
secundari, analiză 2D şi 3D structurală, dimensionare, variaţie a intensităţii luminoase şi alte
aplicaţii experimentale specifice programului specializat VegaTescan), microscopie optică și
microscopie de forţă atomică (AFM Nanosurf EasyScan), analiză chimică EDS (spectroscopie
18
de energii) folosind detectorul EDAX (Bruker, PB-Zaf, automatic sau element list sau moduri
specializate de analiză Line, Point sau Mapping), difracţie de raze X (XRD X’PERT PRO MRD).
CAPITOLUL 2
TEHNOLOGIA, METODOLOGIA ŞI BAZA MATERIALĂ UTILIZATĂ ÎN
CERCETĂRILE EXPERIMENTALE
Pentru a aprecia caracteristicile unui material propus pentru diverse aplicații este
necesar un grup de echipamente pentru a simula parțial sau total condițiile reale în care
funcționează aceste materiale. În acest fel putem caracteriza materialele propuse pentru
creșterea timpului de folosire a acestora în diverse dispozitive. În continuare, sunt prezentate
informații despre tehnologia de obținere a unor aliaje feroase și tehnicile și echipamentele de
investigare utilizate în această lucrare.
2.1. Metodologia de cercetare a unor materiale pentru discuri de

frânare
Metodologia propusă prevede analiza unor materiale metalice obținute prin alierea
unor fonte clasice pentru creșterea rezistenței la uzură, coroziune sau modificarea
conductivității termice a acestora. De asemenea, se propune modificarea caracteristicilor
materialului de bază (a fontei) prin depunerea de straturi superficiale prin tehnica: Plasma
Spraying, echipament existent în cadrul Universității Tehnice Gheorghe Asachi din Iași la
Facultatea de Mecanică. Experimentele propuse prevăd implementarea unei arhitecturi
experimentale pentru analiza rezultatelor obținute pe materialele propuse, Figura 2.1, astfel
încât după caracterizările experimentale în funcție de rezultate să putem selecta materialele
mai bune sau să le modificăm din nou proprietățile.
În acest sens se propune o aliere cu crom a fontei standard utilizată momentan la
majoritatea discurilor de frânare existente. După obținerea aliajului și supunerea acestuia
sistemelor de uzură, rezultatele testelor de rezistență la coroziune, rezistență la uzură,
microduritate, profilometrie sau caracterizarea microstructurală și chimică vor promova sau
nu acest aliaj/sistem metal-ceramic. În același sens în al doilea caz, cel al utilizării unor
straturi superficiale, urmărim același raționament iar la reluarea încercărilor, daca este cazul
vom modifica parametrii de depunere cum ar fi timpul, distanța, grosimea stratului etc.
19
Figura 2.1. Arhitectura experimentală propusă pentru investigarea unor materiale pentru discuri de frână.
Varianta a doua propusă prezintă și avantajul unei posibile refolosiri a discului inițial
de frână după ce acesta s-a uzat în zona de contact și a fost re-încărcat cu material ceramic.
Pentru analiza celor două categorii de materiale, prezentate în Figura 2.2, obținute
prin aliere și respectiv prin depunere de straturi superficiale propun mai multe tehnici de
investigare ce vor fi descrise în continuare.
Figura 2.2. Materiale propuse în teza de doctorat și tehnicile de analiză.
Prin microscopia electronică de baleiaj (SEM) se vor investiga microstructurile

materialelor obținute după aliere și după depunerea de straturi superficiale prin Thermal
Spraying – pulverizare termică dar și starea suprafeței după testele de uzură la nivel
microscopic. Utilizând softul VegaTescan se pot obține informații 2D și 3D despre suprafață,
o funcție similară unui rezultat de pe microscopul de forță atomică, chiar dacă rugozitatea
probei nu permite analiza prin microscopie de forță atomică.
20
2.2. Conceperea şi realizarea aliajelor de fricţiune utilizate în

cercetările experimentale
Pentru îmbunătățirea proprietăților aliajelor folosite uzual la construcția discurilor de

frână s-a optat pentru realizarea prin turnare a unor materiale feroase cu adaos de crom și la
depunerea unor straturi ceramice pe substrat metalic în zona de contact a sistemului de frânare.
2.2.1. Obținerea fontelor aliate cu crom
Pentru îmbunătățirea proprietăților fontelor cenușii (de exemplu EN-GJL-250) cu

aplicații în domeniul sistemelor cu frecare am optat pentru alierea acestor materiale cu
elementul crom. Opțiunea a fost luată în primul rând datorită proprietăților anti-corozive
recunoscute pe care le introduce dioxidul de crom care se formează în contact cu atmosfera
înconjurătoare.
Cromul, cantitativ, variază în fonte de la calificativul de oligo-element (sub 0,3%) la
calitatea de element de aliere (peste 0,3% – (Ding, 2016) indică fonte cu maximum 36% Cr ce
se aplică în industrie – experimental s-au analizat și materiale cu 45%Cr). Cromul este un
element antigrafitizant, pe o scară, în ordine crescătoare a efectului antigrafitizant (de albire),
ordinea fiind următoarea: W, Mn, Mo, Sn, Cr, V, B etc. Ca element antigrafitizant, cromul
mărește numărul de celule eutectice și proporția de perlită, în cazul fontelor cenușii.
La temperatura eutectoidă (în sistemul binar Fe-C) sau în intervalul eutectoid de
temperaturi (în cazul fontelor industriale), cromul frânează procesele de difuzie și micșorează
temperatura de transformare a austenitei. Cromul este un element α-gen care favorizează
dezvoltarea domeniului ocupat de ferita δ din diagramele de echilibru. Efectul perlitizant al
cromului, de la transformarea eutectoidă, reiese din comparația cu alte elemente chimice, prin
intermediul unor coeficienți relativi de influență ce au următoarele valori: 1,0 (Cu); 0,2 (Ni);
0,5 (Mn). În principiu, cromul are influențe semnificative diferite după cum fonta este slab,
mediu sau înalt aliată.
Conținutul de crom este în funcție de destinația fontelor, fiind de 11÷30% în cazul
fontelor rezistente la uzare, 15 ÷ 25% și 29 ÷ 35% în cazul fontelor rezistente la temperaturi
mari și de 20 ÷ 35% în cazul fontelor rezistente la coroziune (Sun, 2015).
Dacă proporția de crom este mai mare de 13%, cementita dispare din structură, adică
dispar coloniile eutectice sub formă de blocuri paralelipipedice (structură fagure), eutecticul
fiind format doar din colonii cilindrice de austenită și carbură (Fe, Cr)7C3. Pentru aceste fonte,
în diagrama de echilibru, pentru fontele hipoeutectice, în domeniul dintre curbele lichidus și
solidus, există lichid și austenită iar pentru fontele hipereutectice, în domeniul dintre curbele
lichidus și solidus, există lichid și carbură (Fe, Cr)7C3, (carbura primară este sub formă de
21
hexagoane). Structura metalografică a fontelor înalt aliate cu crom, în stare brut turnată, este
formată din carburi eutectice într-o masă de ferită aliată cu crom (pentru fontele cu un
conținut de crom mai mic de 13%, în structură există și faze cu aspect de perlită formate din
ferită și carburi (Fe, Cr)3C). Încărcătura metalică este formată din deșeuri de oțel cu grad de
puritate mare, deșeuri proprii, ferocrom și feromolibden sau oxid de molibden.
Alierea cu crom se face numai în cuptor. Pierderile de crom în timpul elaborării sunt
de maximum 5%. Caracteristică fontelor aliate cu crom este alierea cu azot, aliere ce se
realizează prin utilizarea ferocromului ce conține azot – introducere în baia metalică din
cuptor –, a ferocianurii de sodiu – introducerea în oala de turnare –, ureii, azotatului de sodiu,
azotatului de potasiu, cianamidei de calciu, hexametilentetraminei, amoniacului, amestecului
de clorură de amoniu și azotit de sodiu etc., (Pokusová, 2014). Se preferă utilizarea în practică
a unor compoziții cât mai apropiate de cele eutectice din cauza contracțiilor mari în stare
lichidă ce ar necesita utilizarea de maselote mari (contracția la solidificare este apropiată de
cea a oțelurilor) (Matsuo, 2005).
Fontele aliate cu 24 30% crom se recomandă să fie inoculate cu 0,05÷0,1% Al,
situație în care se sferoidizează sulfurile (se îmbunătățesc majoritatea caracteristicilor) sau cu
0,2% feroceriu (se micșorează conținutul de sulf cu 20%, structura se finisează iar incluziunile
nemetalice se sferoidizează). Se recomandă ca temperatura de turnare să fie de minimum
1400 ºC din cauza filmului compact de oxid prezent la suprafața fontei lichide ce determină
formarea peliculelor la suprafața pieselor turnate, însă, în principiu, trebuie să fie cât mai mică.
Fontele înalt aliate cu crom se pot turna în forme crude, uscate și permanente (Xie, 2010).
2.2.2. Obținerea straturilor ceramice
Pentru îmbunătățirea proprietăților materialelor utilizate la momentul actual în

obținerea discurilor uzuale de frânare pentru industria automotivă s-a propus depunerea unor
straturi superficiale ceramice prin pulverizarea termică. Echipamentul utilizat pentru obținerea
stratului este un sistem SULZER METCO 9MCE ce poate realiza acoperiri la nivel industrial
a unor suprafețe metalice mari sau mici în funcție de aplicație. În Tabelul 2.1 sunt prezentați
parametrii tehnologici folosiți pentru procesul de acoperire.
Tabel 2.1. Parametrii tehnologici utilizați în procesul de depunere

Parametri
Ar H2 Alimentare cu pulberi 9MP
Electrici Distanța
Pulberi Tun Transportul de
Flux de Flux de Presiunea
Presiune Presiune DC DC fluxului Viteza pulverizare
gaz gaz aerului
(psig) (psig) (A) (V) gazos (lb/h) (inci)
(SCFH) (SCFH) (psig)
(SCFH)
Al2O3 9MB 75 111 50 10 500 60- 13,5 20 5,5 3,5
22
70
Oxizi
de Al, 9MB 75 110 50 10 500 75 14 20 6 3
Zr, Y
psig: kilogram pe inch pătrat;
SCFH: picioare standard cubice pe oră;
DC: curent direct;
A : amperi;
V: volți;
lb/h: pound / oră.
Echipamentul de depunere (partea de pulverizare) este prezentat în Figura 2.4 a) și b)

prin brațul robotizat și suportul rotativ pentru probe. Pentru experimentele microstructurale,
chimice și electrochimice s-au realizat probe cu dimensiuni diferite pentru depunerea
straturilor ceramice folosind metoda amintită. Pentru determinările de microstructură și
compoziție chimică au fost realizate probe cilindrice (diametru de 10 mm și lungime de
3 mm), Figura 2.4 c). Pentru probele analizate din punct de vedere al rezistenței la coroziune
electro-chimică acestea au fost izolate în Teflon, cu diametrul de 15 mm, permițând astfel o
suprafață activă de 314 mm2, Figura 2.4 c). Pentru testele de duritate și comportament la
zgâriere și uzură au fost realizate straturi experimentale ceramice pe probe cu următoarele
dimensiuni 50x10x5 mm, Figura 2.4 c). Sistemul de obținere a plasmei este situat în afara
camerei depresurizate pentru depuneri. Experimentele au fost realizate pentru două seturi de
probe, cu două straturi de material ceramic (aproximativ 30 µm grosime/15 µm pe strat) și cu
patru straturi de material (aproximativ 60 µm grosime) (Florea, 2017). Înainte de procesul de
depunere, suprafața probelor a fost prelucrată prin sablare cu nisip pentru a îmbunătăți
aderența stratului ceramic la substratul metalic (Arghirescu, 2013).
23
Pentru procesul de depunere, echipamentul poate acoperi suprafețe mari până la 4 m2

într-un timp foarte scurt, reprezentând o soluție adecvată pentru aplicațiile industriale. O masă
de sprijin rotativă ajută ca procesul de depunere să fie mai rapid pentru diferite substraturi
experimentale (aliaje, forme sau dimensiuni diferite).
a) b)
c)
Figura 2.4. Echipament de depunere prin pulverizare termică:
a) braț robotic; b) proces de depunere;
c) suport pentru probele experimentale.
24
2.3. Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea

experimentală a coeficientului de frecare a aliajelor experimentale
Proprietățile mecanice ale materialelor reprezintă unul dintre aspectele cele mai
importante în alegerea unor anumite aliaje pentru aplicații. O parte din proprietățile
materialelor metalice se pot determina prin testul de indentare. Operația de indentare se
clasifică în funcţie de dimensiunile penetratoarelor, a forțelor de apăsare şi de adâncimea de
pătrundere în microindentări. O microindentare poate fi definită arbitrar ca o indentare care
are diagonală mai mică de 100µm, menționând că se oferă un interes crescut indentărilor cu
diagonale sub 10 µm. Forța care trebuie aplicată unui indentor pentru a produce indentări de
asemenea dimensiuni este importantă pentru a proiecta şi opera un aparat de test pentru
duritate dar nu neapărat pentru mecanismul folosit în procesul de indentare (Blau, 1986).
Este necesar să studiem efortul depus pentru macroindentări, bazându-ne în prima
instanță pe principiul similarităţii geometrice. Acest principiu este fundamental pentru testarea
macroindentării şi, deşi nu garantează ca va putea fi aplicat până la cele mai mici indentari,
principiul nu trebuie abandonat uşor.
Câteva dintre investigațiile la care se face referire în teză după cum urmează au fost
făcute ca macroindentări Brinell. Doar indentorii piramidali, în special de tip Vickers și
Knoop, sunt folosiţi în testele microindentării, dar principiile generale care rezultă din studiile
indentărilor Brinell pot încă să fie aplicate datorită similarităţii geometrice ale indentărilor
(Chandler, 1999; Herrmann, 2011; Wilantewicz, 2006).
Pentru experimente s-a folosit un echipament micro- nano tribometru CETR UMT,
Figura 2.5 a), acesta este un echipament în construcţie modulară cu servocontrol pentru
parametrii principali, dispozitivul are posibilitatea de echipare cu sisteme de testare de tip pin
–disc la scară micro şi la scară nano; cu posibilitate de echipare cu sisteme de monitorizare a
uzurii la scară micro şi nano; cu posibilitate de echipare cu sisteme pentru micro şi
nanoindentare, micro și nano zgâriere (scratch); cu posibilitatea de echipare cu sistem de
monitorizare a întreruperii în timpul testelor de frecare sau de uzare a straturilor de lubrifianți
sau a altor straturi depuse; echipat cu sistem de monitorizare prin emisie acustică (AE: gama
de frecvenţe a senzorului este cuprinsă între 0,2 MHz – 5 MHz iar gradul de amplificare a
semnalului AE este de maximum 60 dB) a proceselor de frecare şi de uzare. În cadrul tezei s-
au utilizat modulele de analiză la scară micro pentru materialele de bază și straturile subțiri
depuse. Sistemul de analize va fi utilizat pentru determinări ale forţelor de frecare și ale
coeficienților de frecare statici și dinamici la scară micro în mişcarea de rotaţie pentru diverse
combinaţii de materiale, studiul proceselor de alunecare sacadată (stick – slip) la scară micro;
studiul forţelor de adeziune la scară micro; studiul proceselor de uzare la scara micro; studiul
rezistenței la micro zgâriere a straturilor superficiale ceramice și la determinări de duritate și
25
de modul de elasticitate prin micro indentare. Valorile pentru forţele de apăsare şi de frecare
ce pot fi măsurate sunt cuprinse între 0,1mN şi 20N, cu rezoluția cuprinsă între 1μN şi 1mN,
în funcţie de domeniul de măsură al senzorilor de forţe. Se solicită acoperirea următoarelor
domenii de forţe: 0,1 10mN; 5 500mN; 0,2 20N. Echipamentul este dotat cu un sistem de
deplasare a epruvetei şi de servocontrol al forței pe direcţia verticală (direcţia Z) pentru forţa
de încărcare a epruvetei (pin/bilă) - cu posibilitatea de programare a forţei de încărcare
(continuu, în trepte, fixă) cu următoarele caracteristici: cursa maximum de 150 mm; precizia
de deplasare de 0,5 µm; viteza de deplasare: 0,002 –10 mm/s; monitorizare a adâncimii urmei
de uzare cu precizie de până la 5 microni.

experimentală a profilelor suprafețelor discurilor din aliajele
experimentale
Starea suprafeței, în cazul a două materiale care intră în contact, este foarte importantă
pentru coeficientul de frecare care apare între ele datorită comportamentului specific la scară
micrometrică a fiecărui material metalic sau nemetalic.
Topografia suprafeţei poate fi evaluată prin metode microscopice (la scara
asperităţilor) sau metode nanoscopice (la scară atomică şi moleculară). Pentru studiul
suprafeţelor rezultate din prelucrări sunt suficiente metodele microscopice, în special
metodele mecanice şi optice. Tehnicele de măsurarea pot fi împărţite în două categorii:
- măsurare prin contact direct, metoda prin care suprafaţa este atinsă de un palpator;
- măsurare fără contact, metoda prin care suprafaţa este scanată de un dispozitiv optic.
Primul instrument de măsurare prin contact direct a fost elaborat de Abbott şi
Firestone în 1933. În 1939 Rank Taylor Hobson din Leicester Anglia a introdus pe piaţă
primul instrument comercial denumit Talysurf. În ziua de azi instrumentele de măsură prin
contact direct şi amplificare electronică sunt cele mai răspândite. Tehnica măsurării prin
contact direct este recomandată de ISO 9001şi sunt utilizate în general în scopuri de referinţă.
În 1983 a fost elaborat un profilometru optic fără contact care utilizează principiul
interferometriei a două fascicule optice. Acesta este utilizat pe scară largă în industria
electronică şi optică pentru a măsura suprafeţe netede.
Tehnicile de măsură au fost împărţite în şase categorii în funcţie de principiul fizic de
funcţionare: metoda palpatorului mecanic, metodele optice, metodele de scanare a probelor la
microscop (SPM), metode cu fluide, metode electrice şi metode de microscopie electronică.
Construcţia traductorului de poziţie analogic (cu inductanţă variabilă) folosit în multe
modele de instrumente de măsurare, Figura 2.6 a), are schema de principiu reprezentată în
Figura 2.6 b). Palpatorul este susţinut la un capăt a unei tije care pivotează pe muchiile de
26
cuţit care sunt sub formă de prismă. Capătul mai îndepărtat susţine o armătură care se mişcă
între două bobine, modificând inductanţa relativă. Bobinele sunt conectate la un circuit în
punte de curent alternativ, astfel încât atunci când armătura este în centru puntea este
echilibrată şi nu dă nici un semnal de ieşire. Mişcarea armăturii dezechilibrează puntea care
produce un semnal de ieşire proporţional cu deplasarea, faza relativă a semnalului depinzând
de direcţia mişcării. Semnalul este amplificat şi comparat cu cel al uni oscilator pentru a
determina în ce direcţie s -a mişcat din poziţia centrală (zero).

experimentală a rezistenţei la coroziune a aliajelor experimentale
Analiza rezistenței la coroziune (electro-coroziune) s-a efectuat prin experimente de

laborator electro-chimice şi potenţiometrie liniară și ciclică pentru determinarea rapidă a
comportamentului materialelor experimentale. Determinările potenţialului la un circuit
deschis şi polarizarea dinamică au fost efectuate utilizând un echipament Volta Lab 21
(Radiometer, Copenhagen). Potențiostatul are schema electrică prezentată în Figura 2.11.
Calculul vitezei de corodare a unui material metalic introdus într-un electrolit
presupune determinarea densității curentului instantaneu. Valoarea curentului instantaneu se
determinară prin metoda rezistenţei polarizate. Metoda rezistenței ajută la caracterizarea
curentului de coroziune implicat în potenţialul de corodare al unui metal (aliaj). Curentul de
coroziune reprezintă, în acest caz, curentul care se formează la interfaţa dintre un metal (aliaj)
și o soluție de electrolit care reprezintă mediul o dată cu imersarea materialului în soluţie.
9 3
-
8 Amp
+ 2
+ (-) 0V
7
5 1 U3
Uref. P
U2 U1
- (+) 4 0V
6
Figura 2.11. Schema electrică a dispozitivului de analiză a coroziunii electro-chimice
1- celula experimentală, 2- electrod auxiliar de platină ; 3- amplificator electronic de semnal,
4 – electrod de lucru – proba experimentală, 5- electrod de referinţă de calomel, 6- sursă,
7- potenţiometru analog, 8,9- sursa de alimentare (Stansbury, 2000).
27
Achiziţia și interpretarea datelor achiziționate din celula de lucru cu echipamentul

potențiostat are la bază utilizarea programului VoltaMaster 4 (Bolat, 2013). Experimental s-a
folosit o celulă din sticlă cu trei electrozi. Celula a fost menținută pe un sistem de agitare
magnetic pentru evitarea formării bulelor de gaz pe suprafața aliajului. Probele experimentale
metalice au fost introduse în suporți de teflon pentru izolarea unei suprafețe active de
dimensiuni cunoscute. Acestea au constituit electrodul de lucru în timpul experimentului.
Electrodul auxiliar, din platină, şi electrodul de referinţă, din calomel saturat, sunt poziționați
împreuna cu electrodul de lucru la distanțe aproximativ egale în celula cu electrolit.
Determinările experimentale au fost efectuate la temperatura camerei iar soluția de electrolit a
fost aerată în mod natural (Mareci, 2012; Zaharia, 2017). Graficele de polarizare Tafel
(liniară) au fost realizate cu o viteză de identificare a potenţialului de 1mV/s pentru un
interval de ±150mV și folosind circuitul de potențial deschis. Pentru determinarea variațiilor
de polarizare ciclică datele au fost preluate cu o viteză de 10 mV/s în domeniu de potenţial -
750…+1450 mV. Utilizând programul de preluare și interpretare a datelor, VoltaMaster, au
fost determinate următoarele caracteristici electro-chimice: potenţialul de coroziune la
curentul de coroziune zero E0E (I=0), ramurile variației Tafel (ba şi bc), rezistenţa de
polarizare Rp, densitatea curentului de coroziune Jcor şi viteza de coroziune Vcor(Forna, 2011;
Toma, 2014).
Experimentele electro-chimice au fost utilizate și pentru detectarea porilor și a micro-
fisurilor din straturile ceramice depuse. Au fost evaluate și efectele acestor imperfecțiuni ale
suprafeței sau ale stratului asupra comportamentului rezistenței la electro-coroziune pentru un
interval scurt de contact între probă și mediul de electrolit. În Figura 2.12 este prezentat
echipamentul Potențiostat, aflat în dotarea Facultății de Știința și Ingineria Materialelor din
Iași care a fost folosit pentru determinările de rezistență la coroziune (Cimpoesu, 2016;
Iziquerdo, 2016).
28
a) b)
Figura 2.12. Dispozitiv potențiostat utilizat pentru analiza comportamentului la electro-coroziune:
a) echipament; b) celulă cu 3 electrozi.
Electrodul de lucru, din cupru, permite montarea sistemului de fixare și izolare din
teflon a probei experimentale metalice. Aria probei expusă testelor realizate a fost de
0,25 cm2. Rezultatele experimentale pentru potențiale sunt realizate pentru electrodul saturat
de calomel. Testul de polarizare anodică a fost realizat în soluție electrolitică de ploaie acidă.
2.7. Metodologia de cercetare a structurii și compoziției chimice a

aliajelor experimentale
Proprietăților materialelor metalice sau nemetalice se datorează compoziției chimice

și microstructurii acestora. Pentru determinarea compoziției există mai multe metode de
cercetare, majoritatea spectrometrice. Microstructura materialelor se poate determina prin
microscopie, care în funcție de scara la care se lucrează, poate fi optică, electronică de baleiaj
sau electronică de transmisie. În acest subcapitol sunt prezentate câteva principii de
funcționare și caracteristici ale microscopiei electronice de baleiaj (Scanning Electron
Microscopy - SEM), analiza compoziției chimice prin spectrometrie a energiilor dispersive
(Energy-dispersive X-ray spectroscopy - EDS) sau analiza de faze prin difracție de radiații X
(X-ray diffraction - XRD). Aceste tehnici și echipamente au fost folosite în cadrul
investigațiilor din teza de doctorat pentru evaluarea materialelor experimentale și a
comportamentului lor la uzare sau la coroziune.
2.7.1. Microscopia electronică de baleiaj
Microscopul electronic de baleiaj (SEM) este un echipament cu multiple utilizări, în

ultimii ani, în cercetare dar și în industrie datorită numeroaselor aplicații care folosesc la
29
momentul actual structuri de dimensiuni micronice care nu pot fi analizate prin microscopia
optică.
Calitatea și rezoluția imaginilor SEM sunt în funcție de următorii parametri majori:
 performanța aparatului;
 selectarea parametrilor de imagine (de exemplu, controlul operatorului);
 natura specimenului (Munteanu, 2008).
Toate cele trei aspecte funcționează concomitent și nici una dintre ele nu trebuie sau
nu poate fi ignorată sau supraexpusă. Unul dintre aspectele surprinzătoare ale microscopiei
electronice de baleiaj este aparenta simplitate cu care imaginile SEM ale obiectelor
tridimensionale pot fi interpretate de către orice observator care nu cunoaște în prealabil
aparatul. Acest lucru este oarecum surprinzător, având în vedere modul neobișnuit în care se
formează imaginea, care pare să difere foarte mult de experiența umană normală cu imagini
formate de lumină sau de ochi.
Principalele componente ale unui SEM tipic sunt:
 tunul de electroni;
 coloana lentilelor electro-magnetice;
 sistemul de scanare;
 detectorul (detectoarele);
 sistemul de vid;
 comenzile electronice.
Pentru a produce imagini, fasciculul primar de electroni (format de obicei dintr-un
filament de tungsten) este concentrat pe o zonă mică (90 nm), cu care este scanată suprafața
specimenului cu ajutorul bobinelor (lentile electro-magnetice) de scanare. Fiecare punct al
probei analizată bombardat de electronii accelerați va emite un semnal sub forma radiației
electromagnetice. Doar anumite elemente selectate ale acestei radiații, de obicei electronii
secundari (secondary electrons - SE) și / sau electroni retro-difuzați (backscattered electron -
BSE), sunt colectate de un detector și semnalul rezultat este amplificat și afișat pe un ecran
TV sau un monitor. Imaginea rezultată este, în general, simplu de interpretat, cel puțin pentru
imagistica topografică a obiectelor la puteri de amplificare mici. Fasciculul de electroni
interacționează cu specimenul pe o adâncime de aproximativ 1 5 μm. Interacțiunile
complexe ale electronilor fasciculului primar cu atomii probei produc o mare varietate de
radiații. Nevoia de înțelegere a procesului de formare a imaginii pentru o interpretare fiabilă a
imaginilor apare în situații speciale și mai ales în cazul imaginilor cu o putere mare de
amplificare (Hopulele, 2009; Reimer, 1998).
Deoarece microscopul SEM este operat sub vid înalt, eșantioanele care pot fi studiate
trebuie să fie compatibile cu un vid înalt (~ 10-5 mbar) fără ca acestea să se distrugă. Aceasta
înseamnă că lichidele și materialele care conțin apă și alte componente volatile nu pot fi
30
studiate direct. De asemenea, probele de tipul pulberilor fine trebuie fixate ferm pe un substrat
al suportului pentru eșantioane, astfel încât acestea să nu contamineze camera pentru probe a
SEM-ului. Materialele neconductoare trebuie atașate unui suport conductor pentru probe și
acoperite cu o peliculă subțire conductivă prin pulverizare sau evaporare. Materialele tipice de
acoperire sunt Au, Pt, Pd, aliajele lor, precum și carbonul.
2.7.2. Spectrometria energiilor dispersive
Tehnica de analiză EDS utilizează spectrul de radiații X emis de o probă solidă

bombardată cu un fascicul primar de electroni pentru a obține o analiză chimică localizată.
Toate elementele chimice de la numărul atomic 4 (Be) până la 92 (U) pot fi detectate în
principiu folosind această tehnică, deși nu toate aparatele sunt echipate pentru elementele
ușoare (Z <10). Analiza calitativă implică identificarea liniilor din spectru și este destul de
ușor de obținut datorită simplității spectrelor de radiații X. Analiza cantitativă (determinarea
concentrațiilor elementelor prezente) implică măsurarea intensităților pentru fiecare element
din eșantion (Cimpoeșu, 2015).
În cadrul tezei au fost realizate diferite analize EDS pentru caracterizarea depunerilor
realizate, efectele testelor de zgâriere sau uzură, efectele testelor de rezistență la coroziune a
materialelor metalice sau a celor complexe cu straturi superficiale ceramice. Detectorul folosit
pe un sistem SEM este de la firma Bruker (Silicon Drift), prezentat în Figura 2.14.
Se pot realiza analize în modul Automatic sau Element List pe suprafețe selectate din
probă sau se pot utiliza și moduri specifice de analiză de exemplu: modul Point (analiză
chimică punctuală - pe suprafața unui spot de 90 nm), modul Line (L- distribuția elementelor
identificate pe o linie selectată de utilizator) și modul Mapare (M-distribuția elementelor
chimice pe suprafața analizată) (Heath, 2015).
Intensitățile de radiații X sunt măsurate prin numărarea fotonilor, iar precizia obținută
este limitată de eroarea statistică a detectorului. Pentru elementele principale se obține, de
obicei, o precizie mai bună de ± 1%, dar precizia analitică generală este de obicei mai
apropiată ± 2% datorită altor factori, cum ar fi incertitudinile din compozițiile standarde și
erorile din diversele corecții care trebuie aplicate datelor brute. Detectorul EDS prin
programul de funcționare afișează și eroarea specifică fiecărui element chimic identificat în
funcție de procentajul acestuia în proba analizată.
Deoarece detectorul de electroni analizează doar la o adâncime mică din proba
experimentală, specimenele trebuie să fie bine lustruite, astfel încât rugozitatea suprafeței să
nu afecteze rezultatele. În principiu, pot fi analizate probe de orice dimensiune și formă (în
limite rezonabile determinate de incinta vidată a echipamentului). Multe probe nu sunt
conductoare din punct de vedere electric și trebuie aplicată o acoperire pe suprafață
31
conductoare pentru a furniza o cale pentru ca electronii incidenți să fie transmiși. Materialul
de acoperire utilizat în mod obișnuit este carbonul depus prin vaporizare în vid (cu grosimi de
~ 10 nm). Acesta are o influență minimă asupra intensităților de radiații X din cauza
numărului său atomic scăzut și, spre deosebire de aurul utilizat în mod obișnuit pentru
specimenele SEM, nu adaugă vârfuri nedorite la spectrul de radiații X.
Cel mai mic vârf detectabil pentru un element chimic poate fi definit ca de trei ori
abaterea standard a zgomotului de fundal. O estimare a limitei de detectare a ordinii de
mărime poate fi obținută după cum urmează: dacă viteza de numărare pentru un element pur
este de 1000 de identificări/s și raportul dintre vârf și zgomotul de fond este 500:1, viteza de
numărare a zgomotului de fundal este de 2 identificări/s. În 100 de secunde, vor fi acumulate
200 de numărători pentru fundal, dând o deviație standard relativă de (200½ / 200) sau 0,07.
Deoarece intensitatea fundalului în acest caz este echivalentă cu viteza de numărare a
vârfurilor pentru o concentrație de 1000 ppm, trei deviații standard sunt astfel echivalente cu o
concentrație de 0,07 x 3 x 1000 = 210 ppm.
Reducerea limitei de detecție necesită mai multe contorizări, care pot fi obținute prin
creșterea timpului de numărare și / sau a curentului fasciculului. În analiza EDS, limitele de
detecție sunt în mod obișnuit de aproximativ 0,1%, deși o reducere poate fi obținută prin
folosirea timpilor de numărare mai lungi sau modificarea vitezei de numărare mai ridicată
(Leani, 2019; Mishra, 2017). Valorile date aici pentru limitele de detecție se referă la
eșantioane precum silicații, pentru care numărul atomic (care determină intensitatea continuă)
este destul de scăzut. Fazele care conțin elemente grele oferă limite de detecție mai mari din
cauza fondului superior.
2.7.3. Difractometria cu radiații X
Difracția cu radiații X poate fi utilizată pentru a determina o structură cristalină a

materialelor și parametri rețelelor caracteristice. Aceste informații pot fi apoi folosite pentru a
identifica materialul analizat deoarece fiecare element metalic din tabelul periodic are o
combinație unică de structură a rețelei și a parametrilor acesteia la temperatura camerei.
Atunci când un fascicul de radiații X este îndreptat spre un cristal metalic fasciculul lovește
atomii și produce două tipuri de radiații: radiații X albe și radiații X caracteristice (Munteanu,
2008; Yoshio, 2011). Radiațiile X albe includ o gamă largă de lungimi de undă și nu prezintă
interes în acest experiment. Radiațiile X caracteristice sunt cauzate de ejectarea unui electron
dintr-un strat interior a unui atom lovit de radiația X incidentă. Atunci când un electron al
stratului exterior se deplasează pentru a umple spațiul creat în stratul interior, se emite energie
sub forma unui foton al radiației X. Legea lui Bragg este utilizată pentru a determina
32
parametrii de cristal pe baza modelului său caracteristic cu radiații X. În cadrul

experimentelor realizate în lucrare s-a folosit un dispozitiv X Pert, Figura 2.15.
În lucrare au fost analizate spectrele XRD a materialului fonta EN-GJL-250 și a
materialului experimental acoperit cu straturi superficiale ceramice. Radiațiile X care intră în
contact cu un cristal au aproximativ lungimea de undă apropiată de spațiul dintre atomi din
rețeaua cristalină. Legea lui Bragg poate fi derivată luând în considerare o rețea cristalină
cubică care constă din planuri paralele de atomi. Dacă se consideră că fiecare plan acționează
ca o suprafață care este lovită de fasciculul de radiații X incident, vedem că fasciculul este
reflectat în unele cazuri și în alte cazuri nu. În cazul reflexiei, se observă că fasciculele care
ies din cristal sunt în fază și acționează pentru a se întări reciproc. Aceasta se întâmplă atunci
când fasciculul incidentului lovește planurile paralele la anumite unghiuri cunoscute sub
numele de Bragg Angles, θ. În cazul nereflectant, undele care părăsesc cristalul sunt defazate
și se anulează reciproc (Maslen, 2004; Harper, 1999).
CAPITOLUL 3
CERCETĂRI ŞI CONTRIBUŢII EXPERIMENTALE PRIVIND
CARACTERIZAREA UNOR MATERIALE PENTRU CONSTRUCŢIA
DISCURILOR DE FRÂNARE A AUTOVEHICULELOR
În urma analizei literaturii de specialitate s-au abordat două direcții pentru

îmbunătățirea proprietăților materialelor metalice utilizate în obținerea discurilor pentru
sistemele de frânare. Prima prin obținerea unor materiale metalice cu adaos de crom și a doua
prin folosirea straturilor subțiri ceramice pe suprafața de contact.
3.1. Analiza materialelor experimentale obținute prin turnare clasică
3.1.1. Caracterizarea fizico – chimică a aliajelor Fe – C experimentale
Caracterizarea fizico – chimică a fontelor experimentate a făcut referire la deteminarea

compoziției chimice și măsurarea durității acestor aliaje.
Analizele microstructurale au fost efectuate prin:
- microscopie metalografică optică;
- microscopie cu scanare de electroni SEM.
33
3.1.1.1 Analize asupra compoziției chimice
Aliajele Fe – C de tipul fontelor au fost elaborate la S.C. Rancon SRL Iași. S-au ales
trei tipuri de fonte albe aliate cu crom (marcate A, B,și C) și o fontă cenușie cu grafit lamelar
de tipul Fc 250 (STAS 568-82), actualizată sub marca EN – GJL – 250 (SR EN 1561:1991) și
revizuită sub aceeași denumire în norma tehnică SR EN 1561:2012. În cadrul tezei această
fontă a fost notată cu litera D. Topirea a fost efectuată în cuptoare cu inducție iar turnarea s-a
efectuat în amestecuri de formare, pe bază de nisip cuarțos, liant cu rășini Kalhartz 8500 și
întăritor Harter (Cimpoeșu, 2017; Florea, 2017 b).
Pentru caracterizarea microstructurală a acestor materiale a fost necesară realizarea
prealabilă a determinărilor de compoziție chimică. Compoziția chimică a celor patru aliaje,
aflate în producția curentă a furnizorului, a fost determinată pe spectrometrul Foundry –
Master 01 J 0013, din dotarea facultății de Știința și Ingineria Materialelor din Iași. Pe fiecare
probă au fost efectuate câte cinci măsurători, valorile medii ale acestora fiind prezentate în
tab. 3.1
Tabelul 3.1. Valorile medii ale analizelor chimice efectuate.

Compoziția chimică, [wt%].
Tipul
Marcaj C Cr Mn Si Mo Ni Cu P S rest Fe
aliajului
Fontă albă A 2,76 11,20 0,65 0,64 0,27 0,30 0,16 0,03 0,07 83,97
Fontă albă B 2,48 14,70 0,53 0,65 0,38 0,38 0,18 0,03 0,07 80,59
Fontă albă C 2,64 20,90 0,66 1,11 0,11 0,16 0,10 0,03 0,05 74,23
Fontă
D 3,10 - 1,00 1,20 - - - 0,03 0,04 94,63
cenușie

Rezultatele analizelor chimice evidențiază următoarele aspecte:
- cele trei fonte albe sunt aliate cu Cr, având diferite grade de aliere: 11% Cr –
pentru fonta A; 15% Cr – pentru fonta B; 21% Cr – pentru fonta C;
- fontele albe au conținuturi apropiate pentru carbon și mangan;
- cantitatea de siliciu se dublează valoric pentru fonta C, comparativ cu celelalte
două fonte albe.
Prezența unui conținut mediu spre mare de crom își va exercita influența asupra
microstructurii și proprietăților fontelor albe studiate.
3.1.1.2 Măsurători asupra durității
Pentru fiecare probă prelevată din cele patru lingouri de fonte au fost efectuate
măsurători asupra durității Rockwell. Încercările au fost făcute pe un durimetru Wilson
34
Wolpert, model 751 h din dotarea facultății SIM. Asupra penetratorului a fost aplicată o forță
de încărcare de 150 kgf, timp de 12 s. Valorile medii determinate pe fiecare fontă
experimentată sunt prezentate în tab. 3.2.
Tabelul 3.2. Valorile medii ale durității Rockwell
Valori determinate pentru trei încercări

Tipul aliajului Marcaj Valoarea medie calculată
1 2 3
Fontă albă A 56,7 55,4 56,3 56,1
Fontă albă B 57,3 57,8 56,7 57,3
Fontă albă C 58,9 57,5 58,8 58,4
Fontă cenușie D 23,2 25,8 24,6 24,5
Notă: Pentru fonta cenușie, efectiv, a fost determinată duritatea Brinell. Valoarea medie de 236 HB a fost
ulterior transformată în unității HRC.
Analiza valorilor durității HRC evidențiază faptul că în prezența conținuturilor mari de

crom se vor forma cantități considerabile de carburi metalice. Duritatea accentuată a acestor
compuși chimici determină o durificare a structurii de ansamblu a fontelor albe. Pentru fonta
cenușie nealiată duritatea HRC se menține în limite normale.
3.1.2 Caracterizarea structurală a aliajelor Fe – C experimentale.
Fontele turnate destinate determinărilor experimentale aparțin la două clase distincte:

- fonte albe înalt aliate cu crom, având % Cr = 10…21%;
- fontă cenușie nealiată, cu grafit lamelar.
Proprietățile și comportarea în exploatare a acestor aliaje vor fi influențate de
caracterul celor două componente structurale principale:
- tipurile și cantitățile carburilor metalice formate;
- constituția masei metalice de bază (MMB).
Cantitatea mare de crom prezentă în compoziția chimică a fontelor albe se va distribui
astfel:
- prima parte se va dizolva în cementită, formând o cementită complexă aliată (Fe, Cr)3C;
- a doua parte va contribui la formarea carburilor specifice/proprii de tipul M7C3 și
M23C6, proces aflat în directă dependență cu gradul aliere;
- a treia parte se va dizolva în masa metalică de bază (MMB) spre a forma soluții solide
aliate și amestecuri mecanice cu caracter aliat.
În acest fel, la temperatura ambiantă, în structură se vor regăsi ferite aliate (Fα sau Fγ)
respectiv amestecuri mecanice aliate de tipul:
35
E3 = A + M7C3, pentru fontele albe cu procent Cr = 8...20% (Sofroni, 1987)

E4 = A + M23C6, pentru fontele albe cu procent Cr > 20% (Sofroni, 1987)
Din secțiunea izotermă, corespunzătoare temperaturii ambiante, realizată în diagram
ternară Fe – C- Cr [Țîpin, 1983] rezultă că la un conținut dat de C, în structură vor fi prezente
numeroase carburi simple sau complexe în funcție de gradul de aliere cu crom.
Carburile ce formează coloniile eutectice din fontele albe aliate cu 8...27% Cr pot avea
caracter fibros sau sferolitic și vor prezenta:
- aspect lamelar/alungit, dacă analiza metalografică este efectuată pe o secțiune
orientată paralel cu direcția de creștere a eutecticului;
- aspect de tip poligonal, dacă analiza metalografică este efectuată într-o secțiune
perpendicular pe direcția de creștere a eutecticului.
Printr-o morfologie ereditară, soluțiile solide aliate prezente la temperatură ambiantă
vor avea aspectul corespunzător austenitei specifică temperaturilor înalte.
3.1.2.1 Caracterizarea structurală efectuată prin microscopie optică
Analizele metalografice au fost efectuate pe probe din cele 4 tipuri de fonte aflate în
stare turnată. Deoarece starea turnată nu este o stare de echilibru, este mai dificil de realizat
un comentariu definitoriu asupra microstructurilor examinate. Investigațiile au fost realizate
pe un microscop metalografic optic de tip Meiji Techno (Japonia), utilizând diferite puteri de
mărire: 50:1; 100:1; 200:1; 500:1 și 1000:1.
3.2. Analiza straturilor subțiri ceramice obținute prin pulverizarea cu

plasmă
Depunerile prin pulverizare cu plasmă prezintă avantajele unei viteze ridicate de

depunere, suprafețe mari de acoperire și posibilitatea depunerii unei game variate de materiale
(metalice, ceramice sau polimerice). Pentru aplicațiile industriale este importantă
determinarea parametrilor optimi de depunere, care depind direct de natura straturilor depuse
și de cea a substratului, cum sunt numărul de straturi depuse, distanța de pulverizare sau
rugozitatea substratului.

prelucrare mecanică
În vederea acoperirii cu un material ceramic multistrat cu proprietăți ridicate de

rezistență la coroziune, izolare termică și proprietăți de creștere a rezistenței la uzură
36
materialul de bază, fonta EN-GJL-250, cu suprafața prezentată în Figura 3.3 a) –f), a fost
prelucrată ulterior mecanic prin sablare.
Pentru depunere au fost pregătite trei probe, una doar șlefuită grosolan și curățată cu
alcool tehnic și ultrasonare pentru eliminarea impurităților și a grăsimilor de pe suprafață, și
două prin prelucrare mecanică prin sablare cu două grade de adâncire a suprafeței. Prin
șlefuire grosolană s-a obținut o suprafață cu rugozitatea de 0,74 µm în care se observă
formațiunile de grafit (Știrbu, 2013; Gradinariu, 2015).

depunerea stratului ceramic
După depunerea materialului ceramic complex pe bază de oxizi de Al (alumina) prin

trecerea de două sau patru ori cu jetul de plasmă s-au obținut straturi compacte, în special pe
probele sablate, cu grosimi estimate de 30 respectiv 60 µm, grosimea stratului fiind o funcție
aproximativ liniară cu numărul de treceri (Florea, 2015b).
Discontinuitățile de strat depus, de orice natură: pori, fisuri, exfolieri etc., înrăutățesc
proprietățile mecanice și chimice ulterioare. Din aceste motive nu este recomandat ca
depunerea cu jet de plasmă să se realizeze fără o pregătire anterioară a probei la nivel
macroscopic pentru a îmbunătăți aderența stratului.
3.3. Determinarea experimentală a comportării tribologice a aliajelor

de fricţiune
În cazul materialelor propuse pentru aplicații în care este implicată frecarea

caracterizarea comportamentului tribologic al acestora este foarte important. Pentru analiza
comportamentului la uzură a unor materiale, indiferent de natura acestora, se ține cont de
profilometria suprafeței materialului și de caracteristicile experimentului propus.
3.3.1 Profilometria materialului EN-GJL-250 și a straturilor ceramice
Măsurătorile de profilometrie a probelor experimentale cu straturi depuse dar și a

substratului au fost realizate cu profilometrul Taylor Hobson, Figura 3.6. S-au măsurat mai
multe tipuri de suprafeţe pentru a se pune în evidenţă distribuţia de material şi felul cum arată
profilele pentru diferite cazuri. Epruvetele s-au fixat pe masa universală şi s-a trecut peste ele
cu braţul palpatorului, acesta s-a deplasat cu viteză constantă peste probă. Palpatorul a
detectat abaterile de suprafaţă cu ajutorul traductorului. Acesta a produs un semnal analogic
care a fost corespunzător cu deplasarea palpatorului pe verticală. Acest semnal a fost apoi
37
amplificat, eşantionat, cuantificat şi afişat printr-o mapă bidimensională a suprafeţei

rugoase. În Figura 3.8 este prezentat un profil a unei suprafeţe de fontă, proba a fost prelevată
dintr-un disc de frânare uzat și schimbat după 7 ani de funcționare. Se poate observa cum
arată un profil a unei suprafeţe care are materialul distribuit după o formă Gaussiană. Valorile
pentru parametrii skewness şi kurtosis sunt aproximative cu valorile ce corespund distribuţiei
Gausiene (Sk=0 şi K=3) şi anume S k  0.295 şi K  3.195 . Se poate observa distribuţia
simetrică a materialului faţă de linia medie şi faptul că acest profil are numărul vârfurilor
aproximativ egal cu cel al adănciturilor.
Obişnuit, rugozitatea unei suprafeţe apreciază variaţia în înălţime a suprafeţei reale în
raport cu o suprafaţă nominală. Rugozitatea se poate măsura în lungul unui singur profil al
suprafeţei obţinând o caracterizare bidimensională (2D), sau în lungul unui set de profile
paralele, obţinând o caracterizare tridimensională (3D).
Valoarea parametrului skewness depinde de felul în care este distribuit materialul solid
în cadrul profilului, în raport cu linia medie: dacă acesta se află majoritar deasupra liniei
medii atunci valoarea parametrului skewness este negativă, Figura 3.8 b), iar dacă materialul
solid se află majoritar sub linia medie atunci valoarea parametrului skewness este pozitivă.
O distribuţie simetrică a înălţimilor pentru care numărul vârfurilor este egal cu cel al
adânciturilor, determină ca parametrul Sk să fie aproximativ egal cu 0. Astfel, parametrul
skewness poate fi utilizat pentru a diferenţia suprafeţe care au aceeaşi valoare pentru înălţimea
medie aritmetică deşi sunt caracterizate prin forme mult diferite ale profilelor.
a)
b)
Figura 3.8. Profilometria probei din fonta inițială, EN-GJL-250:
a) starea suprafeței; b) distribuția înălțimilor peste medie.
Parametrul kurtosis apreciază de asemenea forma profilului. Astfel, dacă în limitele

lungimii de referinţă profilul prezintă relativ puţine vârfuri înalte şi adâncituri, Figura 3.8 b),
38
rezultă k˂3, (profil platkurtoic), iar dacă din contra profilul prezintă multe vârfuri înalte şi
adâncituri rezultă k˃3, (profil leptokurtoic).
Înălţimea rugozităţii z (x ) într-un punct de pe abscisa x al profilului este o variabilă
aleatoare, fiind caracterizată de ansamblul statistic al valorilor acesteia în toate profilele
posibile. În cele ce urmează înălţimea rugozităţilor va fi considerată ca fiind o variabilă
aleatoare staţionară ergodică în sensul că valorile medii definite pentru un profil nu depind de
profilul ales şi coincid cu valorile medii definite pe ansamblu.
3.3.2 Analiza comportamentului materialelor experimentale cu straturi ceramice

la micro-indentare
În general, se consideră ca pregătirea suprafeţelor de test folosind metode mecanice

este o posibilă cauză pentru creşterea durităţii aparente şi a scăderii dimensiunii de indentare.
Acestea sunt atribuite deformării straturilor suprafeţei de către procesul de pregătire.
Asemenea afirmații pot fi adevărate pentru ceea ce tine de procesul de preparare dar nu au
sens ca şi generalizare decât în cazul în care detaliile procedurilor de pregătire sunt cunoscute
şi au fost asimilate. În acelaşi sens, se presupune de obicei că o suprafaţă polizată electric este
lipsită în mod intrinsec de efectele acestor imperfecţiuni şi poate fi considerată ca un caz
neafectat.
La nivel macroscopic nu se observă exfolieri ale stratului ceramic depus iar aspectul
uniform al acestora arată o bună omogenitate structurală a stratului ceramic. În Figura 3.14
sunt prezentate caracteristicile comportamentului la zgâriere a probei din EN-GJL-250+4
straturi ceramice. Echipamentul de zgâriere a funcționat în același timp și cu un senzor acustic
pentru înregistrarea comportamentului stratului ceramic, inițial, și a stratului ceramic străpuns
împreună cu substratul după o perioadă de timp (Tan, 2011).
Experimentul s-a realizat pornind de la o forță de apăsare inițială de 0N (Fz) până la
8N pe o lungime de 25 mm. În Figura 3.14 sunt prezentate evoluțiile forței de frecare (Fx) și
a emisiei acustice (AE) pe distanța de 25 mm parcursă în 25 de secunde (viteza de zgâriere
fiind de 1 mm/secundă).
39
Figura 3.14. Caracteristicile comportamentului la zgâriere:

a) proba din EN-GJL-250;
b) proba din EN-GJL-250+2 straturi ceramice;
c) proba din EN-GJL-250+4 straturi ceramice.
Se observă în evoluția forței de frecare dar și a emisiei acustice o variație a semnalelor

la 10,5 11,5 mm de la începutul sgârierii suprafeței ceramice zona care probabil reprezintă
aria în care penetratorul metalic a străpuns stratul ceramic de material. În continuare forța de
frecare crește datorită aportului dublu de solicitare, pe lângă stratul ceramic inițial
opunându-se și substratul metalic EN-GJL-250.
Pentru analiza comportamentului coeficientului de frecare, Figura 3.15, extras din

semnalul testului de zgâriere, zgârietura realizată pe stratul ceramic și ulterior după penetrarea
acestuia pe sistemul strat ceramic- fontă EN-GJL-250 este anlizată și din punct de vedere
chimic pe diverse zone.
Coeficientul de frecare prezintă un comportament similar forței de frecare cu o variație
după 10,5 secunde de la începutul testului, Figura 3.15 a). Zgârietura lăsată prin testul
40
mecanic a fost analizată prin microscopie electronică SEM (pe zonele de la a) la g)) după
caracterizarea urmei din 2 în 2 mm, Figura 3.16. În Figura 3.15 b) este prezentată distribuția
elementelor Fe, C caracteristice substratului de fontă și Al, O caracteristice multistratului
ceramic de Al2O3 pe zonele a), b), d), f) și g) de pe urma testului de zgâriere. În primele două
distribuții din Figura 3.15 b) nu se observă o penetrare a stratului ceramic aceasta fiind
evidențiată în zona d) prin creșterea semnificativă a semnalului elementului fier pe urmele de
zgâriere. Semnalul elementului fier este însoțit, mai puțin evident datorită procentului mult
mai mic, de semnalul elementului carbon. Dacă în zona d) stratul ceramic a fost doar parțial
străpuns în următorii 10-14 mm acesta a fost îndepărtat, treptat, în totalitate în unele zone, în
special pe ultima porțiune de solicitare. Se poate observa în zonele f) și g) din figura b)
porțiuni cu stratul ceramic prezent pe urmele de zgâriere. Prezența acestora poate fi explicată
printr-o aderență superioară la substrat în aceste zone sau prin tasarea materialului ceramic
sub forța de zgâriere/apăsare și penetrarea acestuia a matricii metalice de EN-GJL-250.
În Figura 3.16 este prezentată starea suprafeței de aproximativ 4 mm2 în diferite zone
ale urmei de zgâriere (a)-g) din Figura 3.15 a). Analiza microstructurală s-a realizat începând
cu capătul final al zgârieturii din 2 în 2 mm până când nu au mai fost observate variații
microstructurale ale stratului ceramic, zonă considerată începutul testul de zgâriere și care a
corespuns și zonei reieșite din calculele care țin cont de lungimea urmei de zgâriere respectiv
de 25 mm. Microstructural se observă o teșire a stratului ceramic de la 2 mm față de începutul
testului de zgâriere adică la o forță de1 2 N ceea ce confirmă faptul că straturile de Al2O3
sunt relativ moi între materialele ceramice dar mai puțin casante față de straturile foarte dure
(Cazac, 2013).
41
a)
b)
Figura 3.15. Analiza testului de zgâriere prin comportamentul coeficientului de frecare:
a) variația coeficientul de frecare pe distanța de 25 mm;
b) distribuția elementelor Fe, C, Al și O pe suprafața stratului ceramic zgâriat (pentru zonele a), b)
d), f) și g) din figura a)).
Adâncirea urmelor de zgâriere fără străpungerea stratului ceramic continuă pâna la

10 11 secunde de solicitare, la 10 11 mm de la începutul testului adică o forță de 4 5 N. nu
sunt observate zone cu macro fisuri pe marginea urmelor de zgâriere și nici in zonele de
material ceramic dintre zgârieturi, Figura 3.16 g). Analiza la o putere mai mare de amplificare
a imaginii suprafeței, Figura 3.17 a)-d) nu a evidențiat prezența fisurilor sau a porilor pe
suprafața ceramică tasată și nici apariția acestora pe substratul metalic.
42
a) b) c)
d) e) f)
g)
Figura 3.16. Imagini SEM ale diferitelor zone de la începutul zgârieturii, (a) până la sfârșitul acesteia (g).
Integritatea stratului ceramic este foarte puțin afectată pe marginile urmei de zgâriere
fapt care arată o stabilitate ridicată a stratului ceramic. În urma de zgâriere analizată apar zone
de exfoliere ale stratului ceramic, Figura 3.17 c) dar și prezența unor zone cu strat ceramic
comprimat. În aplicațiile practice în care nu se urmărește și creșterea coeficientului de uzură
se recomandă o prelucrare mecanică sau termică a stratului depus pentru uniformizarea
suprafeței, reducerea rugozității și omogenizarea acoperirilor.
43
a) b)
c) d)
Figura 3.17. Imagini SEM ale detaliilor zonelor cu zgârierea suprafețelor ceramice.
În Figura 3.18 este prezentat comportamentul materialelor experimentale EN-GJL-250,

EN-GJL-250+2 straturi ceramice și EN-GJL-250+ 4 straturi ceramice la zgâriere pentru
variația a) forței de frecare, b) emisiei acustice și b) a coeficientului de frecare în timpul
testului de zgâriere.
Din Figura 3.18 a) se observă că forțele de frecare sunt mai mari în cazul probelor cu
depuneri ceramice în comparație cu forța de frecare care apare pe materialul EN-GJL-250 și
care prezintă doar mici variații în comportament datorate diferențelor de duritate dintre
matricea metalică caracteristică fontelor și formațiunilor de grafit. În ambele cazuri cu
depuneri (cu 2 respectiv 4 straturi) se observă o creștere a forței de frecare după străpungerea
stratului ceramic și frecarea complexă dintre indentor pe de o parte și stratul ceramic și
substratul metalic pe de alta. Deasemenea se observă a creștere de 2 3 ori a forței de frecare
în cazul probei cu 4 straturi ceramice depuse față de proba cu 2 straturi ceramice.
44
În cazul emisiei acustice (acoustic emission - AE), Figura 3.18 b), semnalul
substratului este de asemenea o linie aproape dreaptă comparativ cu emisia probelor cu
straturi ceramice.
a)
b)
c)
Figura 3.18. Comportamentul materialelor experimentale EN-GJL-250, EN-GJL-250+2 straturi
ceramice și EN-GJL-250+ 4 straturi ceramice la zgâriere:
a) forța de frecare; b) emisia acustică; c) coeficientul de frecare.
Crearea și propagarea fisurilor pot fi evenimente cu durate de apariție și creștere

foarte scurte (Stebut, 1999; Cazac, 2014). Emisiile acustice au fost concepute pentru a
45
detecta comportamentul la fracturarea și fisurarea materialelor. Wakayama și Ishiwata

(Wakayama, 2009) au utilizat detecția AE pentru a analiza evaluarea micro-fisurilor
ceramicii, (Kaya, 2010) pentru detectarea deteriorării în compozitele ceramice și
compozitele cu matrice metalică armate cu fibre iar (Akbari, 1996) au folosit-o pentru a
detecta fisurarea piesei de lucru în timpul procesului de prelucrare a suprafeței ceramicilor
inginerești.
În cadrul testului de zgâriere, tehnica AE a fost de asemenea utilizată pentru a
monitoriza evenimentele de rupere fragilă (Tan, 2008). Nivelul emisiei acustice este superior
în cazul probei cu 4 straturi ceramice având o creștere vizibilă în zona în care a fost străpuns
stratul depus. Amploarea semnalului de emisie acustică a crescut uneori în mod semnificativ
din cauza vibrațiilor severe ale indenterului care au rezultat din inițierea sau propagarea
fisurilor și/sau îndepărtarea materialului prin deformare plastică sau fisurarea fragilă a
stratului de Al2O3 în timpul zgârieturilor. În cazul fluctuațiilor mari ale semnalului de AE, cu
cât magnitudinea este mai mare cu atât mai grave a fost daunele cauzate stratului ceramic sau
substratului metalic în zonele în care s-a ajuns la acesta.
3.3.3. Determinarea experimentală a rezistenței la uzură aliajelor de fricţiune
Probele experimentale, fontele cu crom și fonta acoperită cu straturi ceramice, au fost

analizate din punct de vedere al rezistenței la uzură folosind un echipament de laborator
Amsler cu rolă de frecare din oțel.
3.3.3.1 Analiza comportamentului la uzură a probelor experimentale cu adiții de

crom
Înainte de fiecare test s-a folosit un solvent modelul SF D500 pentru curățirea probelor
iar efectul acestui solvent dispare în două minute sau mai puțin în funcție de viteza aplicată și
de materialul utilizat. Au fost analizate probele A și C cu adiții de crom și fonta EN-GJL-250
(D).
Au fost obținute trei valori caracteristice coeficientului de frecare:
 valoarea medie din timpul tuturor testelor, µm, prezentate în Tabelul 3.5;
 valoarea cea mai mare din timpul tuturor testelor, µmax, prezentate în Tabelul 3.6;
 valoarea medie a coeficientului la finalul testului, µmin, prezentate în Tabelul 3.7.
În general valorile medii ale coeficientului de frecare includ începutul testului atunci
când frecarea este redusă la valori mici ale rugozității. Pentru valorile care corespund
coeficientului maxim de frecare, Figura 3.19, și pentru coeficientul de frecare mediu de la
finalul testelor, Figura 3.21, a fost înregistrat și timpul pe diverse intervale. La viteze mici, 50
46
[rpm] și 100 [rpm] valoarea maximă a coeficienților de frecare sunt cele de la sfârșitul testelor
dar la 200 [rpm] și 250 [rpm] aceste valori sunt de obicei diferite chiar și timpul de realizare
cu excepția probei C la viteza de 250 [rpm] (Florea, 2015b).
Tabelul 3.5. Coeficientul de frecare mediu, rpm, în timpul testelor pentru probele A, C și D
Coeficientul de frecare mediu în timpul testelor (perioada de 15 minute)
Proba
50 [rpm] 100 [rpm] 200 [rpm] 250 [rpm]
A 0,085 0,073 0,071 0,132
C 0,109 0,114 0,140 0,106
D 0,068 0,058 0,104 0,113
Tabelul 3.6. Coeficienții de frecare maximi în timpul testelor și în funcție de viteză [rpm]
Coeficienții de frecare maximi în timpul testelor și în funcție de viteză [rpm]
Proba 50 Timp 100 Timp 200 Timp 250 Timp
[rpm] [s] [rpm] [s] [rpm] [s] [rpm] [s]
A 0,112 700-900 0,100 700-900 0,095 450-650 0,151 100-250
C 0,145 700-900 0,128 600-900 0,149 100-150 0,134 850-900
D 0,084 750-900 0,071 750-900 0,117 350-450 0,119 125-250
Tabelul 3.7. Coeficienții de frecare medii la finalul testelor de uzură (după 15 minute)
Coeficienții de frecare medii la finalul testelor de uzură (după 15 minute)
Proba 50 Timp 100 Timp 200 Timp 250 Timp
[rpm] [s] [rpm] [s] [rpm] [s] [rpm] [s]
A 0,112 700-900 0,100 700-900 0,084 750-900 0,128 700-900
C 0,145 700-900 0,128 600-900 0,136 600-900 0,134 850-900
D 0,084 750-900 0,071 750-900 0,116 600-900 0,117 700-900
Compușii dendritici pe bază de carburi metalice s-au comportat diferit la uzură în

funcție de forța și viteza de solicitare. În acest sens există zone în care dendritele și-au pierdut
în totalitate integritatea structurală cum ar fi pe urma de uzură din Figura 3.25 b) și zone în
care dendritele și-au modificat morfologia, în principal s-au sfărâmat în mai multe bucăți
arătând o natură relativ fragilă a acestora dar clar mai rezistentă la solicitările mecanice decât
matricea pe bază de fier.
Prezența carburilor în matricea de fier a fontei modifică distribuția tensiunilor
externe aplicate datorită proprietăților diferite de rezistență la solicitări în domeniul plastic sau
elastic. Ca rezultat direct se poate observa un efect semnificativ asupra proprietăților de uzură
a structurii materialului fapt ce confirmă rezultatele prezentate anterior despre coeficientul de
frecare a aliajului C. Din microscopiile realizate pe suprafață, Figura 3.26 a), se observă o
acumulare de material la capetele de uzură cât și apariția unor compuși noi diferiți de cele
două faze de bază caracterizate anterior.
47
În Figura 3.26 a) și b) sunt prezentate micrografiile 3D realizate pe suprafață cu

ajutorul softului VegaTescan LMHII pentru proba D cu două viteze de frecare a cilindrului de
200 și respective 250 rmp. Din imagini se observă că urma de uzură la viteza de 250 rpm este
mai mare dar mai puțin adâncă adică cu o pierdere mai mică de material. Aceste rezultate sunt
în concordanță cu rezultatele înregistrate în timpul testului de frecare. În Figura 3.24 c) și d)
sunt prezentate profilele suprafețelor după cele două teste de uzură prin analiza variației
intensității luminoase de pe suprafața materialului metalic. Chiar dacă rezultatele sunt
adimensionale se observă o variație a uzurii în domeniul 60 80 pentru proba uzată cu
200 rpm și o variație în domeniul 50 70 pentru proba uzată cu 250 rpm adică asperități mai
mici pentru cazul vitezei mai mari de frecare și cantități mai mici de material pierdut în urma
alunecării celor două suprafețe.
a) b)
Figura 3.23. Imagini SEM ale aliajului C (fontă cu ⁓20% Cr) după uzarea mecanică a acestuia:
a) 500x; b) 2000x.
Pe suprafața afectată de uzură, Figura 3.25 a), am selectat patru puncte pentru
realizarea compoziției chimice în zone caracteristice materialului după ce acesta a fost uzat
mecanic. Se poate aprecia că suprafața a suferit, parțial, și o uzură de tip termic o dată cu
încălzirea zonei de contact dintre cele două materiale metalice.
48
a) b)
Figura 3.25. Suprafața afectată de uzură:
a) punctele selectate pentru realizarea compoziției chimice;
b) distribuția elementelor chimice Fe, Cr, Mn, Si, C și O pe suprafața selectată.
În zona uzată, Figura 3.25 b), se observă mai multe zone oxidate în special în
locurile afectate de uzură. Rezultatele compozițiilor chimice în cele 4 puncte selectate sunt
prezentate în Tabelul 3.8 Elementul mangan a fost cuantificat, pentru cele patru puncte
selectate în figura 3.25 a), la valori sub 0,1 % wt si nu a mai fost considerat pentru analiză în
aceste cazuri. Prin comparația cu rezultatele chimice de pe proba neuzată vom determina
efectele solicitării mecanice externe asupra constituenților chimici caracteristici aliajului C.
49
a)
b)
c) d)
Figura 3.24. Analiza suprafeței aliajului D după uzură:
a) și c) la viteza de 200; b) și d) 250 rpm.
Tabelul 3.8. Analiza chimică a zonelor selectate în punctele 1-4 din Figura 3.25 a)
Aria Fe Cr C Si O
(Fig.1 a)) wt% at% wt% at% wt% at% wt% at% wt% at%
Punct 1 78,4 66,8 16,5 15,1 4,2 16,6 0,9 1,6 - -
Punct 2 27,7 22,8 67 59,2 3,1 11,9 - - 2,1 6,2
Punct 3 74,9 62,8 19,5 17,6 4,1 16 0,7 1,2 0,8 2,4
Punct 4 56,58 41,6 31,1 24,6 4,3 14,5 1,2 1,7 6,8 17,6
Eroarea
1,8 0,8 0,7 0,1 0,7
EDAX
Pe proba uzată analizăm compoziția chimică în patru puncte din care trei sunt similare
cu analizele efectuate pe proba ne-uzată și al patrulea pe o zonă cu oxizi care a apărut după
testele de uzură. În cazul matricei pe bază de fier, respectiv punctul 1, nu sunt observate
modificări majore ale compoziției chimice față de materia neuzată.
50
În cazul celei de a doua suprafață analizată, punctul 2, se observă o pierdere a

procentului de fier din dendritele (Cr, Fe)C pusă pe baza pierderii de material în urma
solicitării mecanice și parțial termice a suprafeței. Se observă de asemenea și o creștere a
oxidării dendritelor față de faza inițială. În același timp câteva zone dendritice au fost mai
afectate de uzură și de oxidare, punctul 4 sau zonele închise la culoare de pe micrografia din
Figura 3.25 a) unde se observă o cantitate mai mare de oxigen de până la 6,8 wt% față de
aproximativ 1 wt% pentru probele de uzate.
Din analiza microstructurală și analiza chimică se poate observa că zonele uzate mai
mult sunt acoperite de compuși oxidici astfel încât putem aprecia că una din cauzele pierderii
de material este oxidarea excesivă a unor zone și separarea parțială a oxizilor de materialul de
bază. Elementul siliciu nu a suferit modificări din punctual de vedere al procentului fapt ce se
datorează compușilor foarte stabili și duri pe care-i formează, probabil diferite tipuri de
carburi.
3.3.3.2 Analiza comportamentului la uzură a probelor experimentale cu straturi

subțiri
Proba acoperită a fost testată pe un aparat AMSLER folosind un disc din oțel ASTM
52100 rulant. Sistemul de colectare a datelor realizat dintr-un tensometru a fost utilizat pentru
a monitoriza cuplul de frecare din tribosistem. O punte de ecartament Vishay P3 cu 4 canale a
fost utilizată pentru achiziția datelor folosind programul specific. Datele achiziționate au fost
procesate de aplicația LabVIEW pentru procesarea semnalelor virtuale. Relațiile matematice
pentru estimarea cuplului de frecare și a coeficientului de frecare și interfața programului
LabVIEW sunt prezentate în (Florea, 2015b).
A fost efectuat un test de fricțiune pe mașina AMSLER, la o viteză de 100 rpm și o
sarcină axială constantă de aproximativ 60 N (6 kilograme). Evoluția cuplului de frecare Tf în
N x mm și a coeficientului de frecare µ este prezentată în Figura 3.26. După cum se poate
observa, în primele 5 minute coeficientul de frecare dintre stratul acoperit și discul din oțel
ASTM 52100 a fost de aproximativ 0,16 0,18, procesul de frecare și uzură fiind neted și
continuu. După 5 minute, stratul de acoperire a fost îndepărtat parțial și un prim contact
metalic cu o suprafață mică a ridicat coeficientul de frecare la aproximativ 0,35, dar doar
pentru câteva secunde. Forța de frecare a contactului a devenit instabilă, dar în limite
rezonabile, până când suprafața uzată s-a extins iar cea mai mare parte a contactului a devenit
metal pe metal.
51
Figura 3.26. Rezultatele testului de fricțiune pe tribometrul AMSLER.
După 500 de secunde de la începutul experimentului, frecarea a devenit dinamică și

acest lucru poate fi explicat prin intensificarea unor fenomene de micro-gripare pe suprafața
de contact metalică. În ultimele 5 minute de testare, fenomenul dinamic al alunecării pe zona
de contact a contactului tribologic manifestat prin vibrații și coliziuni puternice ale probelor
testate. În consecință, variația coeficientului de frecare a fost foarte mare. Testul a fost oprit
după 15 minute datorită observării simple a zonei de uzură pe proba cu depuneri, care
dezvăluie îndepărtarea completă a stratului de acoperire din zona de contact. Analiza statistică
a procesului de achiziție a datelor (Figura 3.26) arată că raportul semnal/zgomot SNR = 1,67,
confirmând calitatea bună a semnalului achiziționat. Dificultatea achiziției și deviația standard
au valori ridicate, confirmând fluctuația achiziției de date de la sfârșitul testului, cauzele fiind
menționate anterior. Comparând rezultatele obținute cu cele raportate anterior pentru EN-
GJL-250 se poate observa un coeficient de frecare crescut în jurul valorii de 0,17 pentru
întregul test. Aceste rezultate recomandă acoperirile cu Al2O3 pentru aplicații care solicită
încărcări mai ușoare.
Testele viitoare trebuie efectuate în această direcție, cu o presiune de contact mai mică
și folosind ca material de uzare, în locul rolei de oțel, role de ferodou sau materiale speciale
utilizate în sistemele de frânare.
În Figura 3.27 este prezentată, prin imagini realizate prin microscopie electronică de
baleiaj, urma de uzură obținută în urma testului pe echipamentul Amsler. Urma lăsată este de
aproximativ 4 mm lungime și 2 mm lățime, Figura 3.27 a). Se observă o îndepărtare completă
a stratului ceramic în zona de contact.
52
a) b
c)
Figura 3.27. Imagini SEM ale zonei uzate în timpul testului:
a) urma de uzură; b) detaliu al capătului uzurii; c) marginea uzurii.
Contactul realizat în timpul experimentului a fost unul extrem de dur deoarece a

angrenat și material din substrat în timpul testului, Figura 3.29 b). Materialul ceramic a fost
supus unei uzuri avansate fiind situat între două materiale metalice, fonta ca substrat și rola de
oțel pentru uzură. Natura relativ casantă a stratului a condus la exfolierea acestuia pe zona de
contact dar fără să afecteze suplimentar integritatea stratului ceramic din apropierea urmei de
uzură, Figura 3.27 c).
Pentru evidențierea zonei de uzură în Figura 3.28 este prezentată distribuția
elementelor Al, O, Fe și C în zona de contact din timpul testului de uzură a) distribuția tuturor
elementelor, b) distribuția aluminiului, c) distribuția oxigenului și d) distribuția fierului.
53
a) b)
c) d)
Figura 3.28. Distribuția elementelor Al, O, Fe și C în zona de contact din timpul testului de uzură:
a) distribuția tuturor elementelor; b) distribuția aluminiului; c) distribuția oxigenului; d) distribuția fierului.
Se observă îndepărtarea în totalitate a stratului ceramic din zona de contact. Nu au fost

identificate părți tasate de material ceramic în zona de contact. Stratul ceramic prezintă
exfolieri, micro-fisuri și pori doar în zonele de început și de sfârșit de uzare lateralele urmei
de contact fiind neafectate de test. Îndepărtarea stratului ceramic s-a realizat în urma unor
șocuri mecanice puternice care au vizat în primul rând urma de uzură și mai puțin zonele
înconjurătoare care nu prezintă suprafețe afectate.
54
3.4. Determinarea experimentală a rezistenţei la coroziune a aliajelor

de fricţiune
Materialele utilizate la sistemul de frânare al vehiculelor sunt deseori expuse mediilor

de electrolit cum ar fi apa de ploaie, zăpada+nisip, apă de ploaie acidă etc., care pot provoca
daune însemnate discurilor de frânare diminuând semnificativ capacitatea acestora de frânare.
Din acest motiv este important ca noile materiale propuse pentru aplicațiile de frânare să
prezinte o rezistență mai mare la uzură comparativ cu materialele utilizate la momentul actual.
3.4.1 Analiza experimentală a rezistenței la coroziune a materialelor

experimentale cu crom
Pentru analiza rezistenței la coroziune a materialelor din fontă standard (EN-GJL-

250 ) și fontă înalt aliată cu crom s-a utilizat un echipament potențiostat. Testele s-au realizat
pe probe pregătite mecanic prin șlefuire într-o soluție salină standard (NaCl 0,9%).
Rezultatele sunt cu caracter mai mult calitativ și doar parțial cantitativ respectând normele de
testare impuse de standardul G102-89 din 2010: Practica standard pentru calcul vitezei de
coroziune și informații obținute din măsurătorile electrochimice. În Figura 3.29 sunt
prezentate rezultatele obținute în timpul testului de coroziune respectiv diagrama liniară Tafel
și diagrama ciclică corespunzătoare celor două materiale analizate: fonta EN-GJL-250, inițială
și fonta cu Cr (20%).
Din diagramele ciclice se observă că ambele materiale prezintă o coroziune în pitting
pe toată suprafața și fără variații mari dimensionale pe intervalul analizat (Florea, 2017a).
Rezultatele cantitative înregistrate pe echipamentul potențiostat sunt prezentate în
Tabelul 3.9. Chiar dacă tensiunea la potențial 0, E0, este apropiată pentru cele două probe se
observă o diferență mare a rezistenței la polarizare care conduce la o creștere a vitezei de
coroziune de 2,26 de ori mai mare în cazul fontei clasice EN-GJL-250.
Tabelul 3.9. Parametrii de analiză ai rezistenței la coroziune înregistrați în timpul testelor de potențiometrie
liniară și ciclică
E0 ba bc Rp Jcor Vcor
Proba
mV mV mV ohm.cm² mA/cm² mm/an
EN-GJL-250 -1017,0 660,4 -348,3 323,57 0,1377 3,15
EN-GJL-250+Cr -1150,2 874,8 -279,3 694,57 0,1312 1,95
55
1.5
1.0 FC250+Cr
FC250
0.5
0.0
-0.5
logI(mA/cm )
2
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
-3.5
-1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4

Potential (V)
a)
FC250+Cr
160 FC250
140
Densitatea de curent (mA/cm )
120
2
100
80
60
40
20
-20
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Potential (V)
b)
Figura 3.29. Comportamentul celor două aliaje experimentale EN-GJL-250+Cr (C) și EN-GJL-250 (D) în
soluție salină:
a) diagrama liniară Tafel; b) diagrama ciclică.
Fonta cu un procent ridicat de crom (C), prezintă o viteză de coroziune mai mică decât
proba inițială, fapt observat și din diagramele Tafel corespunzătoare celor două probe –
Figura 3.29 a), și această creștere a rezistenței la coroziune se datorează atât compușilor pe
bază de crom cât și pasivării matricei de fier în această soluție.
Analiza suprafeței materialelor corodate prin microscopie electronică și analiză
chimică EDAX. În Figura 3.30 sunt prezentate stările suprafețelor celor două materiale FC
250 în a) și b) și C (20wt% Cr) în c) și d). În ambele cazuri se observă o corodare omogenă a
suprafeței metalice și formarea de compuși pe suprafața materialului în urma procesului de
coroziune. În ambele cazuri este pusă în evidență structura materialului prin corodarea
selectivă, mai ales în cazul fontei C, a uneia dintre faze. În cazul fontei EN-GJL-250 se
observă o corodare puternică pe toată suprafața expusă.
56
a) b)
c) d)
Figura 3.30. Imagini SEM pe suprafața materialelor corodate:
a) și b) pentru fonta standard FC 250; c) și d) pentru fonta cu conținut ridicat de Cr (Cr=20%, procente de masă).
În cazul fontei cu Cr, Figura 3.30 c) și d), se observă o corodare în special a

dendritelor pe bază de crom observându-se că faza de bază – matricea pe bază de fier dintre
dendritele de Cr – a fost relativ puțin afectată. Se observă pe suprafața probei, în special pe
cea a dendritelor, formarea unor compuși metalici, Figura 3.30 d), cu dimensiuni micronice
sau submicronice care prezintă stabilitate pe suprafața materialului metalic. Compușii noi se
formează cu predilecție de la interfața dintre carburile de crom și matricea pe bază de fier,
Figura 3.30 d).
În Tabelul 3.10 sunt date calitativ, spectrul de energii caracteristice elementelor
chimice identificate, și cantitativ elementele observate pe suprafața fontei inițiale EN-GJL-
250 după testul de coroziune. Datele cantitative sunt prezentate atât în procente de masă
57
(wt%) cât și în procente atomice (at%) fiind menționată și eroarea echipamentului EDAX de
identificare a elementelor în acest caz. Din analiza datelor cantitative, Tabelul 3.10, se
observă o pierdere considerabilă de fier de pe suprafața probei care a condus la creșterea
procentuală a celorlalte elemente din material: C, Si și Mn care formează compuși mai stabili
și mai rezistenți la coroziune. În general o influență semnificativă asupra coroziunii fontelor o
au ionii de clor Cl- iar lipsa clorului de pe suprafața corodată presupune îndepărtarea
compușilor metalici cu clor în soluția electrolitică.
Tabelul 3.10. Compoziția chimică a suprafeței fontei EN-GJL-250 (9 mm2) după testul de coroziune
Procente de Procente
Element Eroare %
masă % atomice %
Fe 75,35 47,31 1,86
O 9.48 20.79 1,56
C 7,05 20,57 1,06
Na 3,91 5,96 0,34
Si 2,21 4,08 3,66
Mn 2,00 1,28 0,11
În Figura 3.31 este prezentată distribuția unor elemente identificate pe suprafața fontei
EN-GJL-250 după coroziune într-o zonă selectată pentru distribuție cu distribuția tuturor
elementelor în b), a Fe în c) și d) Mn, e) Si, f) C, g) Na și h) O.
58
a) b)
c) d)
e) f)
g) h)
Figura 3.31. Distribuția unor elemente identificate pe suprafața fontei EN-GJL-250 după coroziune:
a) zona selectată pentru distribuție; b) distribuția tuturor elementelor; c) Fe; d) Mn; e) Si; f) C; g) Na; h) O.
59
Se evidențiază prin atacul de coroziune formațiunile de grafit vermicular cât și

compușii pe bază de mangan. Se observă, în partea dreaptă a distribuției din Figura 3.31 b) și
în distribuția din h) apariția oxizilor pe suprafața de material confirmați și prin procentul
ridicat de oxigen identificat și prezentat în Tabelul 3.10.
În Figura 3.32 a) este prezentat spectrul de energii caracteristic elementelor
identificate pe suprafața corodată de material metalic cu crom. Se observă prezența pe
suprafață a elementelor caracteristice fontei analizate (Fe, Cr, C și Si) cât și a unor elemente
ce au trecut din soluția de electrolit pe suprafața metalică și au format diverși compuși (Na, O,
Cl). În Figura 3.324 b) sunt prezentate trei zone (1-3) selectate pentru analiza compoziției
chimice în punct (spot de 90 nm) de pe suprafața materialului metalic.
a) b)
Figura 3.32. Analiza chimică a suprafeței probei experimentale C după coroziune:
a) spectrul de energii specific elementelor chimice identificate pe suprafață;
b) suprafața de analiză chimică și selectarea a 3 puncte de analiză.
Cele trei zone au fost selectate astfel : punctul 1 de analiză pe matricea pe bază de fier,
punctul 2 pe dendrita pe bază de (Cr,Fe)C iar punctul 3 pe un compus format în urma testului
de electro-coroziune.
În Tabelul 3.11 sunt prezentate compozițiile chimice obținute pe suprafața totală din
Figura 3.32 b) cât și în punctele 1-3 marcate pe micrografie. În Figura 3.32 b) se evidențiază
atacul selectiv care a avut loc în soluția salină suprafața matricei pe bază de fier, punctul 1,
fiind intactă din punct de vedere microstructural. În același timp se observă dendritele pe bază
de Cr ce au fost evidențiate în timpul testului de electro-coroziune. Compoziția chimică
obținută de pe suprafața generală a probei, respectiv Arie din Tabelul 3.11, este apropiată de
compoziția chimică obținută pe spectrometrul cu scânteie și prezintă urme de compuși noi pe
bază de O, Na sau Cl.
Din Tabelul 3.11 se observă că pe suprafața matricei pe bază de fier, punctul 1, nu
există urme de oxidare sau de compuși pe baza elementelor din soluție fapt ce presupune o
60
pasivare rapidă a materialului în condițiile testării într-o soluție salină fapt care confirmă
observațiile făcute prin analiza microstructurală.
Analizele realizate pe dendrite, punctele 2 și 3, prezintă o oxidare a acestor elemente
metalice cât și formarea unor compuși pe bază de clor stabili pe suprafață. De asemenea se
observă că pe lângă o oxidare generală a formațiunilor cu crom sunt zone, punctul 3, în care
se formează și oxizi stabili pe suprafața materialului metalic.
Tabelul 3.11. Compoziția chimică a unei suprafețe de 0,0144 mm2 și în cele trei puncte selectate în figura 3.34 b) pe un spot
de 90 nm, toate rezultatele au fost realizate în modul automat de analiză
Fe Cr Na O C Cl Si
wt % at% wt % at% wt % at% wt % at% wt % at% wt % at% wt % at%
Arie
(0,0144 61,51 45,89 22,01 17,6 6,6 11,9 5,9 15,4 1,8 6,3 1,2 1,47 0,9 1,3
mm2)
Punct 1
(0,25434 78,14 68,6 17,7 16,7 - - - - 3,2 12,9 - - 1,04 1,8
µm2)
Punct 2
(0,25434 33,3 25,9 56,4 47,3 - - 3,72 10,14 3,47 12,6 3,19 3,92 - -
µm2)
Punct 3
(0,25434 32,9 22,9 50,37 37,8 - - 9,9 24,2 3,5 11,4 3,3 3,6 - -
µm2)
Eroare
1,5 0,8 1,2 1,3 0,5 0,1 0,1
EDAX
În Figura 3.33 este prezentată distribuția unor elemente identificate pe suprafața fontei
C (Cr=20 wt%) după coroziune: a) zona selectată pentru distribuție, b) distribuția tuturor
elementelor, c) Fe, d) Cr, e) O, f) Cl, g) C și h) Si.
a) b)
61
c) d)
e) f)
g) h)
Figura 3.33. Distribuția unor elemente identificate pe suprafața fontei C (Cr=20 wt%) după coroziune:
a) zona selectată pentru distribuție; b) distribuția tuturor elementelor; c) Fe; d) Cr; e) O; f) Cl; g) C; h) Si.
62
Pe lângă matricea pe bază de Fe și dendritele pe bază de Cr evidențiate prin

distribuțiile din Figura 3.33 c) și d) se observă zonele cu oxizi, Figura 3.33 e) și cele cu
compuși pe bază de clor. Intensitatea semnalelor de Cl și Cr arată că grosimea compusului
este mai mare de 5 µm caracteristică ce va fi analizată ulterior. Se observă că oxidarea se
realizează în special pe dendritele de crom.
3.4.2 Analiza comportamentului straturilor superficiale depuse pe substrat de

fontă la electro-coroziune
Testele electro-chimice s-au realizat prin potențiometrie liniară (potențiostat PGP 201)
folosind o celulă de trei electrozi. Înainte de experimente probele experimentale au fost
curățate prin ultrasonare timp de 60 minute în alcool tehnic (Trinca, 2016; Aelenei, 2011).
Soluția electrolitică utilizată pentru experimente a fost de ploaie acidă. Componentele majore
ale ploii acide sunt: acidul sulfuric (H2SO4), acidul azotic (HNO3) și acidul carbonic (H2CO3).
Aceste substanțe chimice sunt eliberate în atmosferă în mod natural, totuși, înainte de
industrializare, apariția fabricilor și dependența de hidrocarburi (cărbune, benzină, țiței și
altele), ploaia acidă a fost un eveniment rar. În ultimele decenii, ploaia acidă a devenit un
eveniment din ce în ce mai frecvent, în special în zonele puternic industrializate și în orașele
foarte aglomerate.
Rezultatele experimentale prezintă rezistența la electro-coroziune a trei probe (fontă
substrat EN-GJL-250, EN-GJL-250 + 2 straturi de material ceramic Al2O3 ~ 30 μm și straturi
EN-GJL-250 + 4 straturi de material ceramic Al2O3 ~ 60 μm) în soluție electrolitică de ploaie
acidă. În Figura 3.34 a) sunt prezentate curbele de polarizare liniară potențio-dinamică ale
straturilor de acoperire Al2O3 cu diferite grosimi pe fontă EN-GJL-250 în comparație cu
substratul EN-GJL-250 liber și în Figura 3.34 b) curbele de polarizare ciclică. Curbele de
polarizare liniară au fost reprezentate în intervalul de potențial: -0,8 1 V, utilizând o viteză
de scanare de 1 mV/s (Aelenei, 2011). Viteza de coroziune se poate corela cu intensitatea
curentului de coroziune sau densitatea curentului bazată pe legea lui Faraday (Nejneru, 2009).
Pentru cazurile experimentale s-au obținut viteze de coroziune de ordinul milimetrelor pe an
pentru materialul EN-GJL-250 și micrometri pentru materialele metalice acoperite. Din
Figura 3.34 a) se observă o mare diferență între comportamentul materialului din fontă și cel
din fontă cu straturi ceramice. Diferența nu este atât de evidentă pentru curbele de polarizare
ciclică, Figura 3.34 b). Probele acoperite cu straturi ceramice prezintă un comportament
similar cu o reacție anodică aproape inexistentă.
63
2.0
1.5
FC250+ 2 straturi
FC250+ 4 straturi
1.0
FC250
log I (µA/cm²)
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-1800 -1600 -1400 -1200 -1000 -800 -600 -400
Potential (mV)
a)
4
Densitatea de curent [mA/cm ]
2
3
FC250+2straturi
FC250+ 4straturi
2 FC250
-1
-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Potential (V)
b)
Figura 3.34. Curbele de polarizare potențio-dinamică ale probelor cu straturi de acoperire Al2O3 de diferite
grosimi pe support de fontă EN-GJL-250 în comparație cu substratul EN-GJL-250 liber:
a) curbe de polarizare liniară; b) curbele de polarizare ciclică.
Curba catodică a curbelor ciclice, Figura 3.34 b), prezintă o traiectorie similară cu
curba anodică - având o buclă de histerezis redusă, iar densitățile de curent în regiunea pasivă
sunt similare cu cele înregistrate în timpul scanării directe (anodice) la același potențial
64
(Bejinariu, 2018). Diferența mică între linia anodică și cea catodică (adică lipsa unei bucle)
este legată de stabilitatea suprafeței și de concurența dintre difuzie și dizolvare în cazul
punctelor de coroziune localizate. Coroziunea în puncte apare pe baza unui proces foarte rapid
de difuzie cu aspect dimensional de semi-cerc. În prima parte a procesului catodic (linia de
reversie), efectele procesului de dizolvare sunt reduse, iar timpul pentru continuarea difuziei
este limitat și de obicei nu este suficient.
Parametrii principali ai procesului de coroziune (E0 și jcor) obținuți prin prelucrarea
curbelor de polarizare liniară sunt centralizați în Tabelul 3.12. Curentul de coroziune astfel
determinat este, de fapt, curentul de coroziune care apare la interfața metal / mediu coroziv
atunci când metalul este introdus în soluție și nu poate fi măsurat direct prin metode electro-
chimice. Potențialul de circuit deschis (Open-Circuit Potential - OCP) prezintă diferențe mari
între materialul EN-GJL-250 și materialul metalic cu stratul ceramic datorită influenței
stratului de material inert asupra rezistenței la coroziune a întregului ansamblu. Rezistența la
polarizare a probat valorile OCP-ului și sunt în conformitate cu valorile curentului de
coroziune (Florea, 2018; Florea, 2017c).
Curentul de coroziune al materialului inițial (EN-GJL-250) este de 4 până la 5 ori mai
mare în comparație cu valoarea înregistrată pentru probele cu strat ceramic. Viteza de
coroziune este de 30 până la 40 de ori mai mare în cazul materialului EN-GJL-250 în
comparație cu probele acoperite.
Tabelul 3.12. Parametrii electro-chimici după testele de electro-coroziune în soluția electrolitică a ploii acide
E0 ba bc Rp Jcor Vcor
Proba OCP mV
mV mV mV ohm.cm² µA/cm² mm/year
EN-GJL-250+2
-491 548,7 - -469,5 1450 29,81 0,12
straturi ceramice
EN-GJL-250+4
-430 504,6 - -338,0 1970 25,78 0.10
straturi ceramice
EN-GJL-250 -716 -1017,0 660,4 -348,3 323,57 137,7 3,64
Microscopia electronică de scanare (SEM) (VegaTescan LMH II) a fost aplicată pentru
a analiza morfologia acoperirilor și structura materialului EN-GJL-250 înainte de testele
electro-chimice, rezultatele sunt prezentate în Figura 3.35a). În Figura 3.35 b) și c),
micrografiile straturilor de acoperire prezintă o microstructură densă cu coeziune ridicată și
fisuri mici de suprafață. Mai mult se observă și câteva zone poroase în ambele eșantioane
acoperite. Pe baza procesului de depunere, fisurile și porii se adună și formează crăpături.
Cauza principală pentru apariția acestor defecte este timpul de solidificare foarte scurt a
materialului în atmosferă și diferența de temperatură dintre straturile depuse.
65
a) b)
c)
Figura 3.35. Imagini SEM:
a) fontei EN-GJL-250; b) EN-GJL-250 + 2 straturi de material ceramic; c) EN-GJL-250 + 4 straturi de material ceramic.
Suprafața ambelor cazuri de depunere prezintă suprafața complet topită a materialului

și apariția unor formațiuni de material solidificat ulterior straturilor de bază. Un grad relativ
de omogenitate a stratului de acoperire este crucial pentru creșterea rezistenței la coroziune a
substratului.
În Figura 3.36 sunt prezentate imaginile SEM ale suprafeței materialelor
experimentale după testele electrochimice a) și b) fonta EN-GJL-250, c) și d) EN-GJL-250 +
2 straturi ceramice și e) și f) EN-GJL-250 + 4 straturi ceramice la două amplificări diferite
200x respectiv 1000x.
66
a) b)
c) d)
e) f)
Figura 3.36. Imagini SEM de suprafață după testele electrochimice:
a) și b) fonta EN-GJL-250; c) și d) EN-GJL-250 + 2 straturi ceramice; e) și f) EN-GJL-250 + 4 straturi ceramice.
67
În toate cazurile, în Figura 3.36, se confirmă coroziunea generalizată observată din

curbele ciclice, Figura 3.36 b), fără zone specifice de coroziune (coroziune în puncte). O
parte din acoperirilor din Figura 3.36 d) și f) prezintă, în special în zonele reprezentate de
particulele de material ceramic, un tip de coroziune tip pitting la partea exterioară a
particulelor. Acest comportament nu reprezintă întreaga suprafață fiind localizat doar zonal și
nefiind înregistrat de către potențiostat în curbele ciclice. Se poate afirma astfel că micro-
zonal aglomerările mai mari de pe suprafața stratului manifestă morfologic un comportament
de coroziune în puncte. Dacă mediul continuă să fie agresiv (viteza de dizolvare este suficient
de mare pentru a depăși difuzia), punctele de pitting apărute la suprafața stratului ceramic pot
pătrunde prin stratul ceramic și electrolitul va intra în contact cu substratul metalic care este
mult mai susceptibil la coroziune.
În cazul eșantioanelor acoperite cu materiale ceramice se observă, de asemenea, un
atac de suprafață agresiv chiar dacă rezistența stratului de oxid exterior contribuie cu o
rezistență foarte mare fiind un material cu inerție chimică bună. În mod normal,
comportamentul inert al materialelor ceramice care protejează materialul substratului (cum ar
fi alumina) trebuie să mențină intactă suprafața metalică. Porii și micro-fisurile în straturile de
acoperire au devenit mai mari după testele de rezistență la electro-coroziune deoarece
microporii originali au fost deteriorați și atacați chimic. Principala cauză a coroziunii este dată
de existența inițială a porilor și fisurilor în straturile de acoperire. Imaginile SEM prezentate
în Figura 3.36 d) și Figura 3.36 f) sugerează că deteriorarea prin coroziune a fost limitată în
principal la defectele de acoperire (adică la pori și fisuri). Se poate observa că în jurul
defectelor de acoperire s-au format unele produse sferice de coroziune.
Rezultatele analizei EDS, Tabelul 3.13 au arătat că produsele de coroziune au fost în
principal compuse din Fe și O. S-a arătat că prin coroziune electro-chimică a apărut în general
compuși pe substratul fontei în timpul experimentelor electro-chimice.
Tabelul 3.13. Compoziția chimică a materialelor experimentale după testul de rezistență la electro-coroziune
Element/ Fe O Al C Si
probă wt% at% wt% at% wt% at% wt% at% wt% at%
EN-GJL-
50,56 22,39 42,13 65,13 - - 3,4 6,9 3,9 3,7
250
EN-GJL-
250+2 32,03 14,7 37,16 49,52 23,93 18,75 4,53 10,85 2,33 1,78
straturi
EN-GJL-
250+4 33,89 16,77 30,67 45,73 26,93 27,58 4,86 11,12 3,3 3,2
straturi
Eroare
0,7 0,95 0,5 0,8 0,1
EDS
68
Procesul de coroziune apare în principal prin fisurile și porii din stratul ceramic care
permite contactul soluției electrolitice cu substratul metalic. În toate cele trei cazuri,
materialele prezintă o oxidare accentuată a suprafeței, în special pe materialul EN-GJL-250,
deoarece o parte a oxigenului, în celelalte două cazuri experimentale, este din stratul de
acoperire și doar un procent participă la formarea de oxizi. În general, stratul ceramic a fost
pătruns de electrolit până la substrat deoarece pe suprafață apar oxizii de fier. Deoarece stratul
superior ceramic și stratul de legătură metalic sunt foarte pasivi nu exista o mare diferență în
ceea ce privește potențialele electrice ale acestora și nu se formează micro-pile electrice între
cele două materiale.
CAPITOLUL 4
DINAMICI DE COROZIUNE ÎN SISTEMELE DE ALIAJE Fe-C
Se construiește un model matematic bazat pe tranziția sistem haotic-sistem complex în

descrierea de dinamici de rezistență la coroziune în sistemele de aliaje Fe-C (fonte). Într-un
asemenea context, fractalitatea/multifractalitatea conferă sistemului arheologii/istorii, situații
în care o lege fractal/multifractal de tip logistic va opera în descrierea de dinamici de
rezistentă la coroziune în sistemele de aliaje Fe-C (fonte). Rezultatele modelului teoretic pot
explica diagrame ciclice și diagrame Tafel de coroziune în sistemele de aliaje Fe-C (fonte).
4.1. Neliniaritate și haos în sistemele complexe de tipul aliajelor Fe-C
Determinismul în analize de dinamici din știința materialelor nu implică obligatoriu

nici comportarea regulată (mișcări periodice, autostructuri etc.) și nici predictibilitatea în
comportarea sistemelor complexe de tipul sistemelor de aliaje Fe-C (fonte) (Badii, 1997;
Mitchell, 2009). În analiza liniară, pe care s-a fundamentat aproape exclusiv știința
materialelor secolului 20, predictibilitatea nelimitată era o calitate automată a dinamicii
sistemelor complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte). Dezvoltarea analizei neliniare și
descoperirea unor legități ce guvernează haosul a demonstrat nu numai ca metoda
reducționistă de analiză de dinamici pe care s-a fundamentat întreaga știință a materialelor
până acum are aplicatibilitate limitată ci și că predictibilitatea nemărginită nu este un atribut al
sistemelor complexe de tipul aliajelor Fe- C (fonte), ci o consecință firească a simplificării lor
prin tratarea liniară (Cristescu, 2008; Jackson, 1993). În consecință, neliniaritatea și haosul
specifică comportamente comune, adică universalități în legile ce dictează dinamicele în
sistemele complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte).
69
Neliniaritatea și haoticitatea pentru sistemul complex de tipul aliajelor Fe-C (fonte)

sunt atât structurale cât și funcționale, interacțiile dintre entitățile lui (numite și unități
structurale) determinând condiționări reciproce microscopic-macroscopic, local-global,
individual –colectiv etc. (Cristescu, 2008; Jackson, 1993). Într-un astfel de cadru,
universalitatea legităților dinamicii sistemelor complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte) devine
firească/evidentă și trebuie și se reflectă în procedurile matematice folosite. Unii autori din
domeniul ingineriei materialelor discută tot mai des de implementări holografice în descrierea
dinamicii sistemelor complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte) (Michel, 2012; Thomas, 2009).
De regulă, modelele teoretice uzuale folosite în descrierea dinamicii sistemelor
complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte) se bazează pe presupunerea, de altfel încă
nejustificată, a diferențiabilității variabilelor ce o descriu. Succesul acestor modele trebuie
înțeles gradual/secvențial, pe domenii în care diferențiabilitatea și integrabilitatea sunt încă
valide. Procedurile matematice diferențiabile și integrabile suferă atunci când dorim să
descriem evoluții în dinamicele sistemelor complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte) întrucât
doar acestea implică neliniaritate și haoticitate (Michel, 2012; Thomas, 2009).
Pentru a descrie dinamicile sistemelor complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte),
rămânând totuși tributari procedurilor matematice diferențiabile și integrabile, este necesar să
introducem explicit rezoluția de scară în expresiile variabilelor ce le descrie și implicit în
expresiile ecuațiilor fundamentale ce guvernează aceste evoluții în dinamicile sistemelor
complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte) (Mandelbrot, 1972; Mandelbrot, 1983; Nottale, 1993;
Nottale, 2011). Aceasta înseamnă că orice variabilă, dependentă în sens clasic, atât de
coordonatele spațiale și timp, depinde în noua structură matematică de rezoluția de scară.
Astfel spus, în loc de a opera, de exemplu cu o singură variabilă descrisă de o funcție
matematică strict nediferențială, vom opera doar cu aproximări ale acestei funcții matematice
obținute prin medierea ei la diferite rezoluții de scară. În consecință orice variabilă menită să
descrie dinamici în sisteme complexe de tipul aliajelor Fe-C (fonte) va funcționa ca limită a
unei familii de funcții matematice, aceasta fiind nediferențiabilă pentru o rezoluție de scară
nulă și diferențiabilă pentru o rezoluție de scară nenulă (Mandelbrot, 1972; Mandelbrot, 1983;
Nottale, 1993; Nottale, 2011).
Acest mod de descriere a dinamicilor sistemului complex de tipul aliajelor Fe-C (fonte),
unde orice măsurătoare se face la rezoluții de scară finite, implică evident atât dezvoltarea
unor noi structuri geometrice cât și a unor teorii conforme cu aceste structuri geometrice
pentru care legile de mișcare, invariante la transformări spațiale și temporale sunt ,,integrate”
cu legi de scară invariante la transformările rezoluțiilor de scară. În opinia noastră o astfel de
structură geometrică poate fi cea fundamentată pe conceptul de fractal/multifractal iar
modelul teoretic corespunzător Teoria Relativității de Scară (Nottale, 1993; Nottale, 2011,
Merches, 2013; Cresson, 2003).
70
4.2. Tranziția sistem haotic-sistem complex pentru aliajele de tipul

Fe-C prin fractalitate/ multifractalitate. Modelul matematic
Așa cum am menționat mai sus, aliajele de tipul Fe-C (fonte) sunt sisteme complexe.
Complexitatea sistemelor Fe-C se referă atât la comportamentul colectiv al sistemelor Fe-C
(dictat de numărul extrem de mare de interacții neliniare dintre unitățile structurale/entități)
cât și la constrângerile pe care sistemul Fe-C le suportă în raport cu mediul. Dintr-o astfel de
perspectivă sistemul Fe-C evoluează departe de starea de echilibru (la marginea haosului,
între determinism și întâmplare), într-o stare critică construită dintr-o arheologie/istorie de
⹂evenimente imprevizibile și neașteptate” prin cicluri feedback, autostructurări etc. Se
fundamentează astfel arheologia/istoria ca principală caracteristică a sistemului complex de
tipul aliajelor Fe-C (fonte).
Răspunsul este afirmativ numai în măsura în care sistemelor haotice li se atribuie
arheologii/istorii. În acest sens, să admitem mai întâi că aliajele de tipul Fe-C (fonte) ca
sisteme haotice pot suporta dinamici de rezistență la coroziune pe baza legii de tip logistic:
𝑅𝐽 1 (1)
cu
𝑅 0, 𝐾 0, 𝐽 0 𝐽 (2)
unde: J este densității de curent sub potențialul V;

𝐽 – densității de curent sub potențialul nul;
R și K - constante de structură specifice dinamicilor de rezistență la coroziune.
Soluția ecuației (1) de forma:
𝐽 𝑉 (3)
poate descrie pentru valori diferite ale lui R,K și 𝐽 dinamici complexe de rezistență la
coroziune pentru diverse potențiale.
4.3 Validarea modelului teoretic
Considerațiile anterioare au câteva consecințe evidente, prezentate în continuare.

 Între două puncte din spațiul fractal/multifractal I-V există o infinitate de curbe
fractale/multifractale. În particular, dacă curbele fractale /nefractale sunt eliptice, în
conformitate cu o teoremă fundamentală din teoria funcțiilor eliptice (Armitage, 2009), două
curbe eliptice (fractale/nefractale) de aceeași lungime nu pot fi suprapuse, Figura 4.5.
71
.
Dinamicile de coroziune la rezoluție de scară globală se exprimă ca suprapuneri de dinamici

de coroziune la rezoluție de scară locale pe baza principiului superpoziției rezoluțiilor de scară
din teoria fractală a mișcării (Merches, 2013). Fie două caracteristici I=I(V) la două rezoluții
de scară locale diferite.
72
CAPITOLUL 5
Concluzii. Contribuții. Perspective
Pentru îmbunătățirea condițiilor de frânare a vehiculelor participante la diferite tipuri

de deplasări trebuie să se ţină seama de următoarele concluzii rezultate în urma cercetărilor
experimentale şi teoretico-experimentale din această lucrare.
În cazul realizării fontelor aliate cu crom se recomandă ca temperatura de turnare să
fie de minimum 1400 ºC din cauza filmului compact de oxid prezent la suprafața fontei
lichide ce determină formarea peliculelor la suprafața pieselor turnate, însă, în principiu,
trebuie să fie cât mai mică. Fontele înalt aliate cu crom se pot turna în forme temporare crude
sau uscate și în forme permanente. În cazul fontelor înalt aliate cu crom performanțele
materialului sunt date de prezența carburilor de tipul M7C3 distribuite în matricea de fier.
Distribuția carburilor M7C3 și a carburilor secundare, aflate într-un procent mult mai mic,
demonstrează efectele semnificative ale Si și Cr asupra spațierii dendritelor.
Pentru îmbunătățirea proprietăților materialelor utilizate la momentul actual în
obținerea discurilor uzuale de frânare pentru industria automotivă se pot folosi depuneri de
straturi superficiale ceramice prin pulverizare termică. Echipamentul utilizat pentru obținerea
straturilor, modelul SULZER METCO 9MCE, poate realiza acoperiri la nivel industrial a
unor suprafețe metalice mari într-un timp foarte scurt. Prelucrarea mecanică omogenă a
suprafeței probelor experimentale, în vederea depunerii unor straturi metalice, ceramice sau
polimerice este o condiție obligatorie pentru realizarea unor aderențe optime a straturilor la
substrat pentru aplicații practice. Depunerile prin pulverizare cu plasmă prezintă avantajele
unei viteze ridicate de depunere, suprafețe mari de acoperire și posibilitatea depunerii unei
game variate de materiale (metalice, ceramice sau polimerice). Straturile depuse au grosimi
variabile în funcție de numărul de treceri (o grosime de ~15 µm pentru o trecere în cazul
depunerilor materialelor ceramice pe bază de Al2O3). În cazul acoperirilor fontelor uzuale cu
straturi superficiale ceramice pentru obținerea unei omogenități bune de acoperire sunt
necesare cel puțin patru treceri cu flux de plasmă. În cazul depunerii a două straturi subțiri
apar suprafețe neacoperite iar stratul ceramic nu mai prezintă o omogenitate satisfăcătoare.
S-a observat o durificare a suprafeței prin depunerea straturilor superficiale ceramice
cu o creștere de până la cinci ori a coeficientului de frecare înregistrat în timpul testului de
penetrare. Comparativ, proba cu două straturi depuse se comporta mai mult ca substratul față
de proba cu patru straturi ceramice depuse.
Pentru analiza aderenței straturilor ceramice la substratul mecanic și pentru
determinarea proprietăților tribologice pot fi folosite testele de zgâriere pe probele
73
experimentale. La nivel macroscopic nu se observă exfolieri ale stratului ceramic depus iar
aspectul uniform al acestora arată o bună omogenitate structurală a stratului ceramic. S-a
observat în evoluția forței de frecare dar și a emisiei acustice o variație a semnalelor la
10,5÷11,5 mm de la începutul zgârierii suprafeței ceramice zona care probabil reprezintă aria
în care penetratorul metalic a străpuns stratul de material ceramic. În continuare forța de
frecare crește datorită aportului dublu de solicitare, pe lângă stratul ceramic inițial opunându-
se și substratul metalic din fonta EN-GJL-250.
Microstructural se observă o teșire a stratului ceramic de la 2 mm față de începutul
testului de zgâriere adică la o forță de1 2N ceea ce a confirmat faptul că straturile de Al2O3
sunt relativ moi între materialele ceramice dar mai puțin casante față de straturile foarte dure.
Nu sunt observate zone cu macro fisuri pe marginea urmelor de zgâriere și nici in zonele de
material ceramic dintre zgârieturi. Analiza la o putere mai mare de amplificare a imaginii
suprafeței nu a evidențiat prezența fisurilor sau a porilor pe suprafața ceramică tasată și nici
apariția acestora pe substratul metalic.
S-a observat că forțele de frecare sunt mai mari în cazul probelor cu depuneri ceramice
în comparație cu forța de frecare care apare pe materialul din fontă EN-GJL-250 și care
prezintă doar mici variații în comportament datorate diferențelor de duritate dintre matricea
metalică caracteristică fontelor și formațiunilor de grafit. În ambele cazuri cu depuneri (cu 2
respectiv 4 straturi) se observă o creștere a forței de frecare după străpungerea stratului
ceramic și frecarea complexă dintre indentor pe de o parte și stratul ceramic și substratul
metalic pe de alta. De asemenea se observă a creștere de 2 3 ori a forței de frecare în cazul
probei cu 4 straturi ceramice depuse față de proba cu 2 straturi ceramice.
Pentru probele cu adaos de crom pe baza rezultatelor experimentale obținute din
analiza comportamentului la uzură, dacă considerăm o dependență liniară între coeficientul de
frecare și viteză, cel mai mare coeficient de frecare este obținut pentru proba cu 20% Cr. În
cazul acestei probe coeficientul de frecare nu doar că este cel mai mare dar prezintă aproape o
independență între timp și viteză. Compușii dendritici pe bază de carburi metalice s-au
comportat diferit la uzură în funcție de forța și viteza de solicitare. În acest sens există zone în
care dendritele și-au pierdut în totalitate integritatea structurală și zone în care dendritele și-au
modificat morfologia, în principal s-au sfărâmat în mai multe bucăți arătând o natură relativ
fragilă a acestora dar clar mai rezistentă la solicitările mecanice decât matricea pe bază de fier.
Comparând rezultatele obținute cu cele raportate anterior pentru FONTA EN-GJL-250 se
poate observa un coeficient de frecare crescut în jurul valorii de 0,17 pentru întregul test.
Aceste rezultate recomandă acoperirile cu Al2O3 pentru aplicații care solicită încărcări mai
ușoare.
În cazul probelor experimentale cu depuneri de straturi ceramice s-a confirmat
coroziunea generalizată observată la curbele ciclice fără zone specifice de coroziune
74
(coroziune în puncte). O parte din acoperiri prezintă, în special în zonele reprezentate de

particulele de material ceramic, un tip de coroziune tip pitting la partea superioară a
particulelor. Acest comportament nu reprezintă întreaga suprafață fiind localizat doar zonal și
nefiind înregistrat de către potențiostat în curbele ciclice. Se poate afirma că zonal
aglomerările mai mari de pe suprafața stratului manifestă morfologic un comportament de
coroziune în puncte. Dacă mediul continuă să fie agresiv (viteza de dizolvare este suficient de
mare pentru a depăși difuzia), punctele de pitting apărute la suprafața stratului ceramic pot
pătrunde prin stratul ceramic și electrolitul va intra în contact cu substratul metalic care este
mult mai susceptibil la coroziune.
Curentul de coroziune al materialului inițial (FONTA EN-GJL-250) este de 4 până la
5 ori mai mare în comparație cu valoarea înregistrată pentru probele cu strat ceramic. Viteza
de coroziune este de 30 până la 40 de ori mai mare în cazul materialului FONTA EN-GJL-
250 în comparație cu probele acoperite.
În condițiile actuale de solicitare a discurilor de frânare sunt necesare materiale cu
proprietăți deosebite pentru sistemul de oprire în vederea creșterii duratei de viață, a timpului
de răspuns și a coeficientului de frecare al acestora. Scopul principal al tezei este acela de a
îmbunătăți proprietăților materialelor uzuale folosite pentru discurile de frână prin aliere sau
prin depuneri de straturi subțiri ceramice pe suprafața de contact. În urma efectuării
cercetărilor experimentale şi teoretico-experimentale, apreciez ca importante următoarele
contribuţii personale:
- am realizat un model teoretic bazat pe tranziția sistem haotic-sistem complex
pentru descrierea de dinamici de rezistență la coroziune în cazul sistemelor de aliaje Fe-C
(fonte);
- am obținut prin turnare clasică fonte aliate cu crom (11%, 15% și 20%
procente de masă) cu omogenitate chimică și structurală ridicată;
- am depus straturi ceramice pe suprafețele prelucrate prin sablare a fontelor
uzuale folosite la sistemele de frânare.
- am determinat un regim optim de pregătire a suprafeței materialelor metalice
pentru depunerile de materiale ceramice folosind pulverizarea termică atmosferică.
- am realizat straturi ceramice pe substrat metalic prin două sau patru treceri cu
material pulverizat cu grosimi de aproximativ 30 µm /15 µm pe strat) respectiv aproximativ
60 µm pentru probele cu patru treceri.
- am realizat determinări chimice, microstructurale și mecanice pe materialele
experimentale (aliaje noi obșinute prin alierea cu crom și probe din fontă cenușie acoperite cu
straturi ceramice) folosind echipamente de ultimă generație;
- am stabilit starea suprafeței materialelor experimentale în vederea analizei
coeficientului de frecare al acestora prin determinări de profilometrie;
75
- am analizat comportamentul la uzură a materialelor experimentale în cuple cu

contact liniar, pe dispozitivul de tip Amsler, aflat în dotarea Facultății de Mecanică,
Departamentul Organe de Mașini din cadrul Universității tehnice ,,Gheoghe Asachi” din Iași.
- am determinat coeficientul de frecare, forța de frecare și emisia acustică a
probelor experimentale;
- am stabilit rezistența la electro-coroziune a materialelor experimentale prin
determinări ale potenţialului la un circuit deschis şi polarizare dinamică utilizând un
echipament potențiostat, am determinat valorile curentului instantaneu prin metoda rezistenței
polarizate și am obținut valorile curentului care se formează la interfața dintre aliajul
experimental și soluția de electrolit;
- am stabilit comportamentul materialelor experimentale în soluție de apă de
ploaie acidă și în soluție salină;
Perspectivele lucrării
În urma analizei rezultatelor experimentale sunt evidențiate câteva direcții pe care
cercetarea prezentată poate fi dezvoltată, acestea sunt următoarele:
- dezvoltarea unor noi materiale metalice antifricțiune cu adiții de elemente: Pb, Sn, B, Cu
sau Mo;
- depunerea unor straturi ceremice complexe cu proprietăți antifricțiune, rezistență la
coroziune și de barieră termică;
- pentru aplicații în condiții de uzură severă acoperirile ceramice pot fi completate prin
diverse tratamente suplimentare cum ar fi remodelarea cu laser, tratamente termice pentru
etanșare, aplicarea unor operații de roluire sau măcinarea suprafețelor pentru a îmbunătăți
modificarea suprafeței și, prin urmare, a valorilor coeficientului de frecare;
Referințe bibliografice – selecţie

Abbasi, S., Teimourimanesh, S., Vernersson, T., Sellgren, U., Lundén, R. 2014. Temperature and thermoelastic
instability at tread braking using cast iron friction material. Wear. 314, 1–2, 171-180.
Aelenei, N., Lungu, M., Mareci, D., Cimpoeşu, N., 2011. HSLA steel and cast iron corrosion in natural seawater.
Environ. Eng. Manag. J., 10, nr 12, 1951-1958.
Akbari, J., Saito, Y., Hanaoka, T., Higuchi, S., Enomoto, S., 1996. Effect of grinding parameters on acoustic
emission signa ls while grinding ceramics. J. Mater. Process. Tech. 62, 403–407.
Arghirescu, A., Baciu, C., Cimpoeşu, N., 2013. Experimental Results on Micrometric Profile of Substrate and
Thickness and Roughness of Deposited Layers Through Thermal Spraying. Advanced Materials
Research. 814, 49-53.
Arias-González, F., Val, J., Comesa, R., Penide, J., Lusquinos, F., Quintero, F., Riveiro, A., Boutinguiza, M.,
Pou, J., 2016. Fiber laser cladding of nickel-based alloy on cast iron. Appl. Surf. Sci. 374, 197–205.
Armitage, J.V., Eberlein, W.F., 2009. Elliptic Functions. New York: Cambridge University Press.
ASM Handbook, 1997. Friction, lubrication and wear technology, vol. 18, ASM International The Materials
Information Company, ISBN 0-87170-380-7, United States of America.
Badii, R., Politi, A., 1997. Complexity: Hierarchical structures and scaling in physics. Cambridge; New York :
Cambridge University Press.
76
Baker, A. K., 1986. Vehicle braking. London, Pentech Press, ISBN 10: 0727322028.
Bauzin, J.-G., Keruzore, N., Laraqi, N., Gapin, A., Diebold, J.-F., 2018. Identification of the heat flux generated
by friction in an aircraft braking system, Int. J. Therm. Sci., 130, 449-456.
Bejinariu, C., Munteanu, C., Florea, C.D., Istrate, B., Cimpoesu, N., Alexandru, A., Sandu, A.V., 2018. Electro-
chemical Corrosion of a Cast Iron Protected with a Al2O3 Ceramic Layer. Rev. Chim.-Bucharest. 69,
3586-3589.
Bian, G., Wu, H., 2015. Friction performance of carbon/silicon carbide ceramic composite brakes in ambient air
and water spray environment. Tribol. Int. 92, 1-11.
Cimpoeșu, N., Trincă, L. C., Dascălu, G., Stanciu, S., Gurlui, S.O., Mareci D., 2016. Electrochemical
Characterization of a New Biodegradable FeMnSi Alloy Coated with Hydroxyapatite-Zirconia by
PLD Technique, Journal of Chemistry, Article ID 9520972.
Cimpoeşu, R., Florea, C.D., Stanciu, S., Bejinariu, C., 2017. Advanced shape memory elements for automotive
industry, International Journal of Modern Manufacturing Technologies. 9, 20-24.
Cojocaru Filipiuc, V., Cimpoeşu, N., 2010. Elaborarea fontei, asistată de calculator, în cuptoare electrice cu
încălzire prin inducţie cu creuzet, acide. Ed. Universitas XXI, , ISBN 978-606-538-044-8
Cresson, J., 2003. Scale calculus and the Schrödinger equation. J. of Mathem. Phys. 44, 4907.
Cristescu, P.C., 2008. Dinamici neliniare şi haos: fundamente teoretice şi aplicaţii, București: Editura Academiei
Române.
Czichos, H., 1978. Tribology - a systems approach to the science and technology of friction lubrication and
wear, Elsevier Sci. Pub. Co., ISBN 0-444-41676-5, Amsterdam, Olanda
Czihos H., 1978. Tribology, Elsevier, Amsterdam.
Daanvir, K. D., 2018. Thermo-mechanical performance of automotive disc brakes Materials Today: Proceedings.
5, 1, Part 1, 1864-1871.
Davin, E., Cristol, A.-L., Brunel, J.-F., Desplanques, Y., 2019. Wear mechanisms alteration at braking interface
through atmosphere modification, Wear. 426–427, Part B, 1094-1101.
Day, A. J., Newcomb, T.P., 1984. The Dissipation of Frictional Energy From the Interface of an Annular Disk
Brake. Proceedings Institute of Mechanical Engineers. 198(11), 201-209.
Day, A., 2014. Chapter 5:Brake Design Analysis, Braking of Road Vehicles, p. 97-148.
Ding, H., Liu, S., Zhang, H., Guo, J., 2016. Improving impact toughness of a high chromium cast iron regarding
joint additive of nitrogen and titanium. Mater Design. 90, 958-968.
Federici, M., Menapace, C., Moscatelli, A., Gialanella, S., 2016. Effect of roughness on the wear behavior of
HVOF coatings dry sliding against a friction material. Wear. 368, 326–334.
Filipoiu, I. D., Tudor A., (2006). Proiectarea transmisiilor mecanice, Ed. Bren, ISBN 973-8143-26-8.
Florea, C., Bejinariu, C. Munteanu, C., Cimpoesu, N., 2017. Preliminary Results on Complex Ceramic Layers
Deposition by Atmospheric Plasma Spraying. Advanced Materials Engineering and Technology V,
Book Series: AIP Conference Proceedings, Vol.1835, Article Number: UNSP 020053.
Florea, C.D. Munteanu, C., Cimpoesu, N., Sandu, I.G., Baciu, C., Bejinariu, C., 2017c. Characterization of
Advanced Ceramic Materials Thin Films Deposited on Fe-C Substrate, Rev. Chim.-Bucharest. 68,
2582-2587.
Florea, C.D., Bejinariu, C, Paleu, V, Chicet, D, Carcea, I, Alexandru, A, Cimpoesu, N, 2015a. Chromium
Addition Effect on Wear Properties of Cast-Iron Material. Applied Mecanică and Materials. 809-810,
572-577.
Florea, C.D., Bejinariu, C., Carcea, I., Cimpoesu, N., Chicet, D.L., Savin, C., 2017b. Obtaining of High Cr
Content Cast Iron Materials, IOP Conference Series-Materials Science and Engineering, Vol.:209,
Article Number: UNSP 012046.
Florea, C.D., Bejinariu, C., Carcea, I., Paleu, V., Chicet, D., Cimpoeşu, N., 2015b. Preliminary results on
microstructural, chemical and wear analyze of new cast iron with chromium addition, Key
Engineering Materials. 660, 97-102.
Florea, C.D., Bejinariu, C., Munteanu, C., Istrate, B., Toma, S.L., Alexandru, A., Cimpoesu, R., 2018. Corrosion
Resistance of a Cast-Iron Material Coated With a Ceramic Layer Using Thermal Spray Method. Book
Series: IOP Conference Series-Materials Science and Engineering. 374, Article Number: UNSP
012028.
Florea, C.D., Bejinariu, C., Savin, C., Istrate, B., Benchea, M., Cimpoesu, R., 2017d. Adhesion characterisation
of complex ceramics thin layers deposited on metallic substrate, Materials Science Forum. 907, 126-
133.
Florea, C.D., Carcea, I., Cimpoesu, R., Toma, S.L., Sandu, I.G., Bejinariu, C., 2017a. Experimental Analysis of
Resistance to Electrocorosion of a High Chromium Cast Iron with Applications in the Vehicle
Industry. Rev. Chim.-Bucharest. 68, 2397-2401.
77
Forna, N., Cimpoeşu ,N., Scutariu, M.-M., Forna, D., Mocanu, C., 2011. Study of the electro-corrosion
resistance of titanium alloys used in implantology. E-Health and Bioengineering Conference, EHB
2011. art. no. 6150362.
Gadow, R., Kienzle, A., 1997. Processing and manufacturing of C-fiber reinforced SiC composites for disk
brakes, Proceedings of the 6th International Symposium on Ceramic Materials and Components for
Engines, 412-418.
Herrmann, K., 2011. Hardness Testing – Principles and Applications, ASM International, ISBN-13: 978-1-
61503-832-9.
Hopulele I., Cimpoeşu N., Nejneru C., (2009), Metode de analiză a materialelor. Microscopie Şi Analiză
Termică Editura Tehnopres, ISBN 978-973-702-673-6.
Hunter, J. E., Cartier S. S., 1998. Brake Fluid Vaporization as a Contributing Factor in Motor Vehicle Collisions.
International Congress and Exposition, Detroit, Michigan, SAE.
Iacoviello, F., Di Cocco, V., 2016. Influence of the graphite elements morphology on the fatigue crack
propagation mechanisms in a ferritic ductile cast iron. Eng. Fract. Mech. 167, 248-258.
Kaya, F., 2010. Damage detection in fibre reinforced ceramic and metal matrix composites by Acoustic
Emission. Key Engineering Materials. 434–435, 57–60.
Matsuo, T.T., Kiminami, C. S., Botta Fo, W. J., Bolfarini, C., 2005. Sliding wear of spray-formed high-
chromium white cast iron alloys. Wear. 259, 1–6, 445-452.
Merches, I., Agop, M., 2013. Differentiability and Fractality in Dynamics of Physical Systems.
Singapore :World Scientific.
Michel, O.D, Thomas B G, 2012. Mathematical Modeling for Complex Fluids and Flows, Springer, New York.
Nottale, L., 1993. Fractal Space-Time And Microphysics: Towards A Theory Of Scale Relativity, Singapore,
World Scientific.
Nottale, L., 2011. Scale Relativity and Fractal Space-Time: A New Approach to Unifying Relativity and
Quantum Mechanics. London: Imperial College Press.
Ripoșan, I., Sofroni, L. Comportarea la uzare și șoc termic a fontelor albe pentru cilindrii de laminor, Vedecka
Konference s Mezinarodni ucasti, p. 304-319, Brno (Cehia), 1978.
Samuels, L.E., Mulhearn, T.O., 1957. An experimental investigation of the deformed zone associated with
indentation hardness impressions. J. Mech. Phys. Solids. 5, 125-134.
Savaresi, S. M., Tanelli, M., 2010. Active Braking Control Systems Design for Vehicles, Springer, ISSN 1430-
9491.
Sofroni, L., Ripoşan, I., Chira, I., Fonte albe rezistente la uzură. Editura Tehnică, 1987.
Stadler, Z., Krnel, K., Kozmac, T. 2007. Friction behavior of sintered metallic brake pads on a C/C-SiC
composite brake disc. J. Europ. Ceramic Society. 27, 1411 – 1417.
Takadoum, J., 2007. Materials and surface engineering in tribology, British Library, ISBN 978-1-84821-067-7,
UK.
Tan, Y., Jiang, S., Yangn, D., Sheng, Y., 2011. Scratching of Al2O3 under pre-stressing, J. Mater. Process. Tech.
211, 1217–1223.
Thomas, Y.H., 2009. Multi-Scale Phenomena in Complex Fluids: Modeling, Analysis and Numerical
Simulations, World Scientific Publishing Company.
Toma, S.L., Baciu, C., Bejinariu, C., Gheorghiu, D.A., Munteanu, C., Cimpoeșu, N., 2014. Studies on the
Corrosion Behavior of Deposits Carried out by Thermal Spraying in Electric ARC – Thermal
Activated. Applied Mechanics and Materials. 657, 261-265.
Totten, G. E., 2017. ASM HANDBOOK, Friction, Lubrication, and Wear Technology , ASM International,
Volume 18, ISBN electronic: 978-1-62708-192-4.
Wilantewicz, T., Cannon, W.R., Quinn, G.D., 2006. The Indentation Size Effect (ISE) for Knoop Hardness in
Five Ceramic Materials. Ceramic Engineering and Science Proceedings. 27(3), 237 – 249.
Xie, G., Sheng, H., Han, J., Liu, J., 2010. Fabrication of high chromium cast iron/low carbon steel composite
material by cast and hot rolling process. Mater Design. 31, 3062-3066.
Zalisz, Z., Watts, A., Mitchell, S. C., Wronski, A. S., 2005. Friction and wear of lubricated M3 Class 2 sintered
high speed steel with and without TiC and MnS additives. Wear. 258, 701-711.
Zavos, A., Nikolakopoulos, P. G., 2018. Tribology of new thin compression ring of fired engine under controlled
conditions-A combined experimental and numerical study. Tribol. Int. 128, 214-230.
Zhang, C., Zhang, L., Zeng, Q., Fan, S., Cheng, L., 2011. Simulated three-dimensional transient temperature
field during aircraft braking for C/SiC composite brake disc. Mater Design. 32, 2590 – 2595.
78
Lista publicațiilor
Lucrări tip ,,Article” cu factor de impact, indexate WEB of Science- Clarivate

Analytics, în domeniul tezei
1. Florea, C.D., Munteanu, C., Cimpoesu, N., Sandu, I.G. Baciu, C., Bejinariu, C., Characterization
of Advanced Ceramic Materials Thin Films Deposited on Fe-C Substrate, REVISTA DE
CHIMIE, Vol. 68, Issue: 11, pages: 2582-2587, 2017, FI(2017): 1,412.
2. Florea, C.D., Carcea, I., Cimpoesu, R., Tomaa, S.L., Sandu, I.G., Bejinariu, C., Experimental
Analysis of Resistance to Electrocorosion of a High Chromium Cast Iron with Applications in the
Vehicle Industry, REVISTA DE CHIMIE, Vol.: 68, Issue: 10, pages: 2397-2401, 2017, FI(2017): 1,412.
3. Bejinariu, C., Munteanu, C., Florea, C.D., Istrate, B., Cimpoesu, N., Alexandru, A., Sandu, A.V.,
Electro-chemical Corrosion of a Cast Iron Protected with a Al2O3 Ceramic Layer, REVISTA DE
CHIMIE, Vol. 69, Issue: 12, Pg.: 3586-3589, 2018, FI(2017): 1,412.
Lucrări tip ,,Proceedings Paper”, indexate WEB of Science- Clarivate Analytics, în

domeniul tezei
4. Florea, C.D., Bejinariu, C., Munteanu, C., Istrate, B., Toma, S.L., Alexandru, A., Cimpoesu, R.,
Corrosion Resistance of a Cast-Iron Material Coated With a Ceramic Layer Using Thermal Spray
Method, Edited by: Sandu, AV; Abdullah, MMAB; Vizureanu, P; Ghazali, CMR; Sandu, I, Book
Series: IOP Conference Series-Materials Science and Engineering, Vol. 374, Article Number:
UNSP 012028, DOI: 10.1088/1757-899X/374/1/012028, Conferince EUROINVENT
International Conference on Innovative Research (ICIR), Location: Iasi, ROMANIA, Date: MAY
17-18, 2018., Publisher IOP PUBLISHING LTD, DIRAC HOUSE, TEMPLE BACK, BRISTOL
BS1 6BE, ENGLAND, Document Type: Proceedings Paper.
5. Florea C.D., Bejinariu C., Carcea I., Cimpoesu N., Chicet D.L., Savin C., Obtaining of High Cr
Content Cast Iron Materials, Edited by:Sandu, AV; Abdullah, MMA; Vizureanu, P; Ghazali,
CMR; Sandu, I, IOP Conference Series-Materials Science and Engineering, Vol.: 209, Article
Number: UNSP 012046, DOI: 10.1088/1757-899X/209/1/012046, Conferince EUROINVENT
International Conference on Innovative Research (ICIR), Location: Iasi, ROMANIA, Date: MAY
25-26, 2017, Publisher IOP PUBLISHING LTD, DIRAC HOUSE, TEMPLE BACK, BRISTOL
BS1 6BE, ENGLAND, Document Type: Proceedings Paper.
6. Florea, C.D., Bejinariu, C., Munteanu, C., Cimpoesu, N., Preliminary Results on Complex
Ceramic Layers Deposition by Atmospheric Plasma Spraying, Edited by: Abdullah, MMAB;
AbdRahim, SZ; BinGhazli, MF; Tahir, MFM; Yong, HC; Ahmad, R ADVANCED MATERIALS
ENGINEERING AND TECHNOLOGY V, Book Series: AIP Conference Proceedings, Vol. 1835,
Article Number: UNSP 020053, DOI: 10.1063/1.4983793, 2017, Conference: International
Conference on Advanced Materials Engineering and Technology (ICAMET), Location:
Kaohsiung, TAIWAN, Date: DEC 08-09, 2016, Publisher AMER INST PHYSICS, 2
79
HUNTINGTON QUADRANGLE, STE 1NO1, MELVILLE, NY 11747-4501 USA, Document

Type: Proceedings Paper.
Lucrări publicate în reviste incluse în BDI, în domeniul tezei
7. Florea, C.D., Bejinariu, C., Savin, C., Istrate, B., Benchea, M., Cimpoesu, R., Adhesion
characterisation of complex ceramics thin layers deposited on metallic substrate, Materials
Science Forum, Vol. 907 MSF, 2017, Pg. 126-133, (SCOPUS).
8. Florea, C.D., Bejinariu, C., Carcea, I., Paleu, V., Chicet, D., Cimpoeşu, N., Preliminary results
on microstructural, chemical and wear analyze of new cast iron with chromium addition, Key
Engineering Materials, Vol. 660, 2015, Pg. 97-102 (SCOPUS).
9. Florea C, Bejinariu C, Paleu V, Chicet D, Carcea I, Alexandru A, Cimpoesu N, Chromium
Addition Effect on Wear Properties of Cast-Iron Material. Conference: Innovative Manufacturing
Engineering Conference (IManE), 2015, Iasi. Published in Applied Mechanics and Materials Vols.
809-810 (2015), pp 572-577, Trans Tech Publications, Switzerland,
doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.809-810.572, ISBN 978-3-03835-663-9.
Lucrări publicate în reviste incluse în BDI, în domenii conexe
10. Cimpoeşu, R., Florea, C.D., Stanciu, S., Bejinariu, C., Advanced shape memory elements for
automotive industry, International Journal of Modern Manufacturing Technologies, Vol. 9,
Issue 1, 2017, Pg 20-24 (SCOPUS).
11. Cazac, A.M., Bejinariu, C., Baciu, C., Toma, S.L., Florea, C.D., Experimental determination of
force and deformation stress in nanostructuring aluminum by multiaxial forging method, Applied
Mechanics and Materials, Vol. 657, 2014, Pg. 137-141 (SCImago Journal & Country Rank).
12. Cazac, AM, Bejinariu, C, Badarau, G, Toma, SL, Florea, CD, The experimental determination of
the friction stress between teh semiproduct and the active plate at the multiaxial forging of
aluminum, Al_99.5, Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi publicat de Editura POLITEHNIUM
din Iaşi, Tomul LIX(LXIII), Fasc. 4, Secţia Ştiinţa şi Ingineria Materialelor, 2013, pg 107-114,
ISSN 1453-1690
Participare la conferințe naționale și internaționale
 BraMat 2017, 10th International Conference on Materials Science and Engineering, Brasov,
Romania, 8 March 2017 through 11 March 2017;
 ICIR 2015, Iasi; International Conference on Innovative Research, Romania, 14 May 2015
through 16 May 2015;
 IManE 2014, Innovative Manufacturing Engineering International Conference, Chisinau,
Republica Moldova, 29 May 2014 through 30 May 2014;
80
 ICIR Euroinvent 2017; 2017 International Conference on Innovative Research, Romania Palace
of Culture Iasi, Romania, 25 May 2017 through 26 May 2017;
 Euroinvent ICIR 2018, Euroinvent International Conference on Innovative Research, Palace of
Culture Iasi, Romania, 17 May 2018 through 18 May 2018;
 International Conference on Advanced Materials Engineering and Technology (ICAMET),
Location: Kaohsiung, TAIWAN, Date: DEC 08-09, 2016;
 BraMat 2019, 11th International Conference on Materials Science and Engineering, Brasov,
Romania, March 2019.
81

Rezumat DCFlorea2019 v3

Încărcat de

Drepturi de autor:

Formate disponibile

Rezumat DCFlorea2019 v3

Încărcat de

Informații document

Titlu original

Drepturi de autor

Formate disponibile

Partajați acest document

Partajați sau inserați document

Opțiuni de partajare

Vi se pare util acest document?

Este necorespunzător acest conținut?

Drepturi de autor:

Formate disponibile

Rezumat DCFlorea2019 v3

Încărcat de

Drepturi de autor:

Formate disponibile

UNIVERSITATEA TEHNICĂ

“GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

CONTRIBUŢII PRIVIND CARACTERIZAREA UNOR

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

Ing. Costel Dorel FLOREA

Conducător de doctorat: Prof. univ. dr. ing. Costică BEJINARIU

Costel Dorel FLOREA

3.1.1 Caracterizarea fizico – chimică a aliajelor Fe – C experimentale .............. 61(36)

Teza urmărește caracterizarea materialelor folosite în prezent în obținerea discurilor

1.1. Consideraţii generale

Indiferent de modul de propulsie, de utilizare sau de gabarit toate vehiculele folosesc

1.1.1. Sisteme de frânare auto

Cerinţele actuale impun menținerea unor proprietăți la temperaturi înalte (coeficient de

1.1.2. Parametri şi perspective

În industria auto, reducerea consumului de combustibil, precum și emisiile de gaze cu

1.2. Analiza sistemelor de frânare auto

1.2.1. Elemente tribologice

Tribologia reprezintă ştiinţa ce se ocupă de interacţiunea dintre două suprafeţe în

1.2.2. Analiza evoluţiei discurilor de frână

1.2.3. Deteriorarea sistemelor de frânare

Discurile sunt, de obicei, deteriorate într-unul din cele patru moduri:

1.3. Materiale, tehnologii şi echipamente folosite în procesele de

Sunt identificate principalele materiale folosite în realizarea discurilor din sistemele de

1.3.1. Materiale de fricţiune clasice

În urmă cu 15 ani, producătorii materialelor de fricţiune pentru autovehicule foloseau

1.3.2. Materiale de fricţiune cu matrice ceramică

Întrucât materialele compozite cu matrice polimerică şi materialele compozite cu

1.3.3. Tehnologii şi echipamente de elaborare

Pentru obținerea aliajelor metalice se aplică diverse procese metalurgice în diferite

- obţinerea unei compoziţii precise şi omogene a aliajelor;

1.4. Proprietăţi ale aliajelor de fricţiune utilizate în componenţa

Tabelul 1.1. Literele cod şi valorile frecării corespunzătoare (Savaresi, 2010)

1.5. Concluzii. Obiective propuse

Discurile de frânare metalice prezintă un interes deosebit în aplicațiile auto, feroviare

Obiectivul principal al tezei îl reprezintă elaborarea și caracterizarea unor materiale

Aceasta a urmărit caracterizarea materialelor folosite în prezent în obținerea discurilor

2.1. Metodologia de cercetare a unor materiale pentru discuri de

Figura 2.2. Materiale propuse în teza de doctorat și tehnicile de analiză.

Prin microscopia electronică de baleiaj (SEM) se vor investiga microstructurile

2.2. Conceperea şi realizarea aliajelor de fricţiune utilizate în

Pentru îmbunătățirea proprietăților aliajelor folosite uzual la construcția discurilor de

2.2.1. Obținerea fontelor aliate cu crom

Pentru îmbunătățirea proprietăților fontelor cenușii (de exemplu EN-GJL-250) cu

2.2.2. Obținerea straturilor ceramice

Pentru îmbunătățirea proprietăților materialelor utilizate la momentul actual în

Tabel 2.1. Parametrii tehnologici utilizați în procesul de depunere

Echipamentul de depunere (partea de pulverizare) este prezentat în Figura 2.4 a) și b)

Pentru procesul de depunere, echipamentul poate acoperi suprafețe mari până la 4 m2

2.3. Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea

2.4. Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea

2.6. Metodologia de lucru şi aparatura folosită pentru determinarea

Analiza rezistenței la coroziune (electro-coroziune) s-a efectuat prin experimente de

Achiziţia și interpretarea datelor achiziționate din celula de lucru cu echipamentul

2.7. Metodologia de cercetare a structurii și compoziției chimice a

Proprietăților materialelor metalice sau nemetalice se datorează compoziției chimice

2.7.1. Microscopia electronică de baleiaj

Microscopul electronic de baleiaj (SEM) este un echipament cu multiple utilizări, în

2.7.2. Spectrometria energiilor dispersive

Tehnica de analiză EDS utilizează spectrul de radiații X emis de o probă solidă