TECNOLOGIE E METODI INNOVATIVI PER IL RIVESTIMENTO SUPERFICIALE DEI MATERIALI

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1 Stefano Morganti Ricercatore TecnoMarche - PST Marche TECNOLOGIE E METODI INNOVATIVI PER IL RIVESTIMENTO SUPERFICIALE DEI MATERIALI Forum Tecnologico Nanotecnologie e Tecnologie Chimiche Innovative Civitanova,

2 A cosa servono? Per migliorare la resistenza meccanica. Per migliorare le performance di utensili, stampi, ecc.. Per migliorare la resistenza ad agenti chimici e alla corrosione. Per migliorare la resistenza alle alte temperature. Per realizzare una barriera alla diffusione (gas barrier). Per modificare la tensione superficiale (proprietà idrofobiche o idrofiliche) Per realizzare rivestimenti decorativi.. Stefano Morganti, Civitanova Marche

3 Come si realizzano? Coatings Solution Hot Dip Vapur Deposition Thermal Spray Cladding (welding) Electroplating Electroless plating Sol-gel Galvanizing Tinning Leading Aluminizing PVD Evaporation Magnetron Sputtering Cathodic arc IBAD MBE PLD Flame Arc Plasma HVOF D-Gun ICP Flame Arc SMAW GMAW / MIG GTAW / TIG SAW CVD Thermal MOCVD PECVD PCVD ALD Plasma PTA Laser Stefano Morganti, Civitanova Marche

4 Sol-gel SiO 2 / TiO 2 / ZrO 2 / Y 2 O 3 / B 2 O 3 / CeO 2 / HfO 2 / Al 2 O 3 Stefano Morganti, Civitanova Marche

5 Sol-gel Solution of precursors Hydrolysis and Condensation M: 4-leganti: Si, Zr, Ti, Ce, 3-leganti: Al, Y, B,. R: -CH 3, -CH 2 CH 3,.. Sol (colloid) Film deposition (Gelation and Evaporation) Xerogel film Heat treatment Dense film Stefano Morganti, Civitanova Marche

6 Deposizione Solution of precursors Hydrolysis and Condensation Dipping Wet layer formation Solvent evaporation Sol (colloid) Film deposition (Gelation and Evaporation) Xerogel film Heat treatment Dense film Stefano Morganti, Civitanova Marche

7 Gelazione Solution of precursors Hydrolysis and Condensation Sol (colloid) Film deposition (Gelation and Evaporation) Xerogel film Heat treatment Dense film Stefano Morganti, Civitanova Marche

8 Sol-gel coatings protettivi su substrati metallici Inorganic sol-gel coatings: sono rivestimenti di SiO 2, ZrO 2, B 2 O 3, SiO 2 -B 2 O 3, SiO 2 -ZrO 2, SiO 2 -TiO 2, ZrO 2 -Y 2 O 3, ZrO 2 - CeO 2, ecc., ottenuti per reazione di polimerizzazione di alcossidi metallici. Cr (CH 3 CH 2 O) 4 Si TEOS Si O O Si O Si O Al Al Layer of hydratate oxide Barrier layer (oxide) Al 99.5% Stefano Morganti, Civitanova Marche

9 Sol-gel coatings protettivi su substrati metallici/2 Hybrid organic-inorganic sol-gel coatings: sono ottenuti mediante l incorporazione di gruppi organici all interno del reticolo inorganico che permette l ottenimentio di rivestimenti spessi e flessibili. Tali rivestimenti derivano da alcossidi organicamente modificati. R : -CH 3 -C 6 H 5 -CH=CH 2 -(CH 2 ) 3 -NH-(CH 2 ) 3 NH 2.. Hybrid coting Nanostructured coating Si O Organic Network Nanoparticle Stefano Morganti, Civitanova Marche

10 Sol-gel coatings protettivi su Alluminio Untreated Coated Test: 1)50 in NaOH sol ph 14 2)15 in HCl sol ph 0 Stefano Morganti, Civitanova Marche

11 Rivestimenti Antimpronta Substrato in acciaio inox rivestito mediante spray con rivestimento ibrido fluorurato resistente (parte destra), mostra l'aspetto easy to clean aspect Stefano Morganti, Civitanova Marche

12 Altre applicazioni. Rivestimenti di finestre in policarbonato per sostituire il vetro delle automobili Easy-to-Clean Coatings per cabine doccie in polistirene Coatings Antigraffiti Stefano Morganti, Civitanova Marche

13 Vapor Deposition Sono processi di deposizione nei quali la materia è vaporizzata, da un sorgente solida o liquida, trasportata in forma atomica o molecolare attraverso vuoto, gas a bassa pressione e plasma, sul substrato dove è condensata. Gas Phase Gas Phase Condensed Phase (Solid or Liquid) Condensed Phase (Solid) Stefano Morganti, Civitanova Marche

14 Physical Vapor Deposition (PVD) Processo di deposizione atomica nel quale il materiale vaporizzato da un target SOLIDO è trasportato, attraverso vuoto, gas a bassa pressione e PLASMA, al substrato dove condenza. Cathode (-) Anode (+) Stefano Morganti, Civitanova Marche

15 Physical Vapor Deposition (PVD) Processo di deposizione atomica nel quale il materiale vaporizzato da un target SOLIDO è trasportato, attraverso vuoto, gas a bassa pressione e PLASMA, al substrato dove condenza. Sputtering Cathode (-) Anode (+) Stefano Morganti, Civitanova Marche

16 Chemical Vapor Deposition (CVD) Processo chimico dove il materiale vaporizzato da una sorgente LIQUIDA è trasportato, attraverso vuoto, gas a bassa pressione e PLASMA, e condenzato sul substrato. Stefano Morganti, Civitanova Marche

17 Most Industrial Coatings Metals Alloys Oxides Nitrides Others Al, Zn Ag, Au, Pt, Pd Co, Ni In, Bi, Sn Ti, Ta Cu, Cr Mo, W Si Stainless steels NiCr CoCr Co/Ni glassy alloys ITO (In x Sn y O z ) SiO x Al 2 O 3 TiO 2, Nb 2 O 5 ZnO, ZnO 2 Ta 2 O 5, Cr 2 O 5 SnO 2, MgO In 2 O 3, WO 3 TiN Si 3 N 4 ZnS MgF 2 Cr 2 Si 2 SiC Stefano Morganti, Civitanova Marche

18 Substrates for Vacuum Coating Polymer Substrate Metal substrate Others Polyester Polypropylene Polyimide Polycarbonate Polystyrene Polyamide Polytetrafluoroethylene Aluminium Copper Carbon steel Stainless steel Nickel Paper Nonwoven fabrics: flass fiber, carbon fiber, steel fiber Aramides. Il substrato pùò essere di qualsiasi forma e dimensione. Caratteristiche fisiche migliori rispetto ai processi galvanici e di verniciatura. Controllo a livello atomico dello spessore. Flessibilità delle produzione Eco compatibilità del processo. Stefano Morganti, Civitanova Marche

19 Metallizzazione della plastica Electroplating on plastics ABS Etching 1) Chromic Acid 2) Reducing agents Cr electrodeposition Ni electrodeposition Cu electrodeposition Flash Ni electrodeposition Pd + Ni electroless ABS* Stefano Morganti, Civitanova Marche

20 Rivestimenti decorativi PVD (magnetron sputtering) Pretreatment of bumpers (Technics Plasma). TiN ZrN TiAlN AlTiN CrN Ti + MoS 2 ta-c a-c:h Titanium Gold Light gold Bronze Black Silver Silver/grey Black Anthracite Green/turquoise A wide spectrum of colors has been obtained with reactive sputtering of Cr, Ta, Ti, W, Mo and Zr in the gases N 2, O 2, CH 4, SiH 4 and B 2 H 6. Stefano Morganti, Civitanova Marche

21 Tribo coatings on motor and gear components Gear component coated with a soft MoS 2 film with self-lubricating properties. Low friction coefficient for Diamond Like Carbon coatings Stefano Morganti, Civitanova Marche

22 Coating antiusura PVD CrN PVD TiN PVD ZrN Stefano Morganti, Civitanova Marche

23 Coating con proprietà barriera A plastic beer bottle available from Brick Beer Deposizione di coating SiOx con effetto barriera in bottiglia PET Stefano Morganti, Civitanova Marche

24 Coating con proprietà barriera Coating device with bottle input and output Stefano Morganti, Civitanova Marche

25 Self-Detaching Coatings PECVD coating on stamps for improving the detaching of Polyurethane ADVANTAGES: Better moulding and extraction Reduction of operator time Better working conditions Reductions of the extra-cycles Stefano Morganti, Civitanova Marche

26 Applicazioni: Atmospheric Pressure Plasma Surface cleaning: consiste nella rimozione di agenti contaminanti (olio, polvere, composti chimici e biologici) dalla superficie del substrato. Surface etching: consiste nella rimozione di materiale dalla superficie del campione trattato in modo da modificare la morfologia della superficie. Surface activation: consiste nell inserzione (grafting) di funzionalità chimiche sulla superficie del substrato in modo da conferirgli particolari proprietà. Surface deposition: deposizione di rivestimenti funzionali (barriera, anticorrosivi, conduttivi, ecc.) mentre le proprietà massive rimangono inalterate. Stefano Morganti, Civitanova Marche

27 Proprietà di idrorepellenza Cotone trattato a plasma Modifica della bagnabilità Equipment for textile finishing Stefano Morganti, Civitanova Marche

28 Grazie per la cortese attenzione Dr. Stefano Morganti tel (Ascoli Piceno) tel (Civitanova Marche) fax

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