Attività del Gruppo di Metallurgia

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Arturo Fortunato
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1 Attività del Gruppo di Metallurgia Caratterizzazione strutturale: TEM, SEM, XRD, AFM Caratterizzazione meccanica: Micro/Nano-indentazione, formabilità Trattamenti termici: ciclaggio termico in aria e vuoto BURLEIGH INSTRUMENTS Metris-2001 AFM PHILIPS CM200 TEM Hysitron UBI-1 Nanoindenter Macchina ciclaggio termico

2 w (l) (nm) Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development 4 Marzo 2011 Esempi applicativi Evoluzione micro-strutturale di Ti-Cr-B-N (1 m)/si sottoposto a trattamento termico in aria. Sezione TEM sul tal quale e Dopo tratt. termico in aria a 900 C, 4h. Topografia e rugosità-lunghezza di un film di Si 3 N 4 /Si l (nm) Indentazione trasversale di un film di Ti-Cr-B-N/Si x (200nm)/ aisi m Immagine in sezione di Ti-Cr-B-N /Si e misure di E e H.

3 Formabilità dei rivestimenti 48m m 100x10 mm² CrN x /AISI 304 dopo test Nakazima

4 Formabilità dei rivestimenti Messa in opera della macchina per la piegatura sulla MTS 810 DIRECT BENDING REVERSE BENDING

5 Prove di Torsione a Caldo Il Torsiometro viene utilizzato per valutare la formabilità a caldo a temperature variabili fra 100 e 1300 C, sotto velocità di deformazioni variabili fra 10-3 e 15 s -1.

6 Simulazione mediante Codice FEM Esempio di estrusione

7 Laboratorio Prove di Creep

8 GRUPPO DI METALLURGIA MECHAMET GROUP PERSONALE Prof. S.Spigarelli Prof. associato Prof. E.Quadrini Prof. associato Prof. M.Cabibbo Prof. associato Dr. Ing. M.El Mehtedi assegnista Dr. Ing. P.Ricci assegnista Ing. G. Quercetti dottorando Ing. A. Di Salvia dottoranda Sign. D.Ciccarelli tecnico

9 UNIVERSITA POLITECNICA DELLE MARCHE Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development 4 Marzo 2011 Nano-rivestimenti e loro applicazioni Una nuova frontiera della ricerca sui materiali Marcello Cabibbo Professore Associato di Metallurgia

10 Rivestimenti nano-strutturati & Gruppo di Metallurgia L attività UPM nasce dal Progetto EU NoE EXCELL Aprile 2005: Network of excellence: to overcome the fragmentation of European research in multifunctional thin films Università Politecnica delle Marche, Ancona, Italy Cambridge University, UK Technion, Haifa, Israel CRC HAS Chemical Research Center of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest, Hungary Institute for Spectroscopy, RAN, Moscow, Russia Moscow State Institute of Steel and Alloys ( Technological University), Moscow, Russia Université Arcelor- Mittal, Liege, Belgium Johann Wolfgang Goethe University, Frankfurt, Germany Libre de Bruxelles, Belgium University of Nottingham, UK SH SISTEMI, Osimo, Italia Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla, Spagna Nel 2007 i membri EXCELL fondano il Virtual Institute of Nano Films V.I.N.F. ( con i seguenti scopi: Integrazione di persone, apparecchiature, Ricerca e partecipazione a progetti (EU, regionali, ) Divulgazione: seminari, conferenze, scuole, Trasferimento tecnologico alle industrie

11 VINF ricerca La ricerca dei membri del V.I.N.F. è dedicata ai rivestimenti nano-strutturati e in particolare: biocompatible coatings, hard coatings, catalytic converters, hard disk media and heads, nanoporous membranes, fuel cells, smart coating, Il V.I.N.F. attraverso i sui membri dispone di diverse apparecchiature di deposizione e caratterizzazione Deposizione: PVD; (PE)-CVD; arc deposition; IIAMS; Electro-Spark Deposition; Electrodeposition; spin & dip-coating, Caratterizzazione strutturale: (FEG)TEM-EELS/EDS; (GI)-XRD; (FEG)- SEM-EDX/EDS, XRF, AES, SIMS, XPS, AFM, STM, SNOM, Raman, ellissometro, Surface Area and Porosity Analyser, Magnetometro, NMR Caratterizzazione meccanica: Micro e Nano-Indentatore, creep tester, (nano)-scratch test, (nano)-tribometro, Prove di compressione statica, prove di piegatura (Nakazima), Trattamenti: termici (ciclaggio), elettrochimici, ed altro

12 Incontro U to A - Metodi e Strumenti per il Lean Product Development 4 Marzo 2011 Rivestimenti nano-strutturati sintesi Decorativi (accessori, occhialeria, bigiotteria, gioielleria, accessori per la casa: posateria, rubinetteria, ecc.) Antiusura (accessori, lenti per occhiali, vetri,componenti in plastica, componenti meccanici ecc.) Anticorrosione (componenti meccanici metallici, utensili, superfici esposte ad agenti atmosferici, serramenti ecc.) Lubrificanti solidi (componenti meccanici in applicazioni ad alta velocità: valvole, alberi, cuscinetti, turbine, ecc.) Autopulenti (rivestimenti lunotti e parabrezza ecc.) per superfici vetrose, Antiriflesso (rivestimenti per lenti, vetri, barriere termiche ecc.) Duri (rivestimenti per applicazioni meccaniche: stampi, utensili, lame, punte e punzoni, ecc.) Filtro interferenziale (rivestimenti conduttivi, barriere termiche, ecc.) per vetri Elettro/foto/termo cromici (rivestimenti per lenti, vetri per aerei, decorazioni luminose, ricoprimenti sensibili alla temperatura, ecc.) Metalli preziosi (rivestimenti per bigiotteria, gioielleria, posateria, sensori di gas e sostanze tossiche, ecc.) Polimerici (per impermeabilizzazioni, protezioni da agenti chimici aggressivi, trattamenti antiaderenti, ecc.)

13 Rivestimenti ultra-duri Nuova tipologia di rivestimenti nano-strutturati con prestazioni di durezza elevatissime Sono composti da: una matrice ceramica primaria nella quale è dispersa una fase secondaria di cristalliti di dimensioni nanometriche cristalliti matrice Esempi: n-tin-asi 3 N 4 n-tin-abn Sono state ottenute durezze prossime a quelle del diamante

14 Rivestimenti catalitici Esistono rivestimenti che riescono ad accelerare certe reazioni chimiche, quali ad esempio quelle che permettono l abbattimento di sostanze/gas inquinanti Un esempio è rappresentato dal TiO 2 le cui capacità catalitiche sono attivate dalla radiazione elettromagnetica (foto-catalisi): irradiato con una lunghezza d onda > 420 nm un elettrone viene eccitato nella banda di conduzione, rendendo così attiva la particella per la decomposizione, ad esempio, di inquinanti organici Inquinante TiO 2 e - h + H 2 O, CO 2 + non inquinanti Dal momento che si tratta di una reazione superficiale, l efficienza aumenta al diminuire della dimensione delle particelle di TiO 2 ; e quindi diviene molto alta nel caso delle nano-polveri Immagine TEM di nano-particelle di TiO 2

15 Applicazioni dei rivestimenti nano-strutturati per imballaggio Bottiglia in PET rivestita con film DLC (diamond Like Carbon) Schema del processo di rivestimento con DLC Barriera contro i gas o traspiranti Rivestimenti anti-uv Ad alta resistenza meccanica e ad alte temperature Antimicrobici

16 Stampaggio (Al, plastica, ) I rivestimenti consentono di minimizzare i fenomeni di incollaggio ed usura abrasiva incrementando l affidabilità del processo Benefici Minori interventi di manutenzione Pulizia più facile dello stampo Maggiore durata dello stampo

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