finalizzate allo sviluppo di film sottili con proprietà antiusura e anticorrosione Federico Cartasegna Environment Park S.p.A.
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- Sabrina Barbieri
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1 PVD - Applicazioni del plasma finalizzate allo sviluppo di film sottili con proprietà antiusura e anticorrosione i Federico Cartasegna Environment Park S.p.A.
2 I processi PVD Proprietà dei rivestimenti PVD Applicazioni dei rivestimenti PVD
3 I PROCESSI PVD PVD: Physical Vapour Deposition (Deposizione fisica in fase di vapore) FISICA: I rivestimenti si realizzano attraverso cambiamenti di stato dei materiali (evaporazione e condensazione) PROCESSI IN VUOTO (discontinui) TEMPERATURE DI PROCESSO C MATERIALI DEPOSITABILI: metalli e ceramici (i nitruri sono i più diffusi) SPESSORI: 0,5 4 micron E POSSIBILE RIVESTIRE GEOMETRIE COMPLESSE Possibilità di eseguire rivestimenti multistrato e con composizione variabile a gradiente Processi a secco a basso impatto ambientale
4 I PROCESSI PVD - TIPOLOGIE PVD Physical Vapour Deposition Sputtering Evaporation Diode Magnetron Resistive Arc Ion beam Triode Inductive e-beam
5 PROCESSI PVD LA TECNOLOGIA OG PVD AD ARCO IN CC Evaporazione della componente metallica: ottenimento di plasma di ioni metallici attraverso l evaporazione dei catodi mediante scarica di un arco elettrico in corrente continua
6 REATTORE PVD AD ARCO IN CC
7 PROCESSO PVD: TECNOLOGIA LARC (Lateral Arc Rotating Cathodes) Plasma altamente ionizzato grazie a: movimento dei catodi (stabilità dell arc-spot) campi magnetici intensi sviluppo di rivestimenti nanocompositi
8 CARATTERISTICHE DEGLI IMPIANTI INDUSTRIALI Dimensioni delle camere: da 0,1 a 2 m3 Tempi di processo: da 1 a 4 ore Possibilità di eseguire rivestimenti combinati con materiali diversi (sia metalli che gas di processo) nello stesso processo
9 I processi PVD Proprietà dei rivestimenti PVD Applicazioni dei rivestimenti PVD
10 PROPRIETA DEI RIVESTIMENTI CERAMICI PVD elevata durezza (18-40 Gpa) e resistenza all usura bassi coefficienti i di attrito (fino a 0,15) proprietà chimiche eccellenti in termini di stabilità e resistenza a corrosione, bio-compatibilità (ISO10993) Approvati FDA per il contatto con alimenti proprietà barriera contro la migrazione di metalli pesanti e ioni altamente penetranti elevata stabilità termica (fino a 1100 C)
11 PROPRIETA DEI PRINCIPALI RIVESTIMENTI CERAMICI PVD Tipo di rivestimento Durezza (GPa) Coefficiente di attrito a secco Temperatura massima di utilizzo ( C) TiCN 37 0,4 450 TiAlN 32 0, AlTiN 38 0, AlTiSiN-nc 40 0, TiN 24 0, CrN 18 0,3 650
12 I processi PVD Proprietà dei rivestimenti PVD Applicazioni dei rivestimenti PVD
13 APPLICAZIONI DEI RIVESTIMENTI PVD utensili da taglio per lavorazione meccaniche stampi per pressofusione metalli stampaggio materie plastiche ed elastomeri stampaggio lamiere (punzoni, estrattori) componenti meccanici (alberi, valvole motore) settore decorativo (rubinetteria, gioielleria..) biomedico (protesi, strumenti chirurgici) meccano-tessile sensoristica di processo
14 UTENSILI PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO ESEMPIO: Fresatura a secco (hard metal mills for the Titanium and steel UNI machining). Analisi comparata: rivestimenti PVD permettono incremento durata frese in metallo duro circa 50 volte (90m percorsi contro 2,5m del non rivestito)
15 UTENSILI PER ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO ESEMPIO: tornitura alta velocità Rivestimenti ceramici nano- compositi permettono lavorazioni i realizzate ad alte velocità per tempi prolungati permettendo lavorazione completa di alberi di piccole dimensioni (senza cambio utensile). )
16 STAMPI PER MATERIA PLASTICHE/ELASTOMERI Il rivestimento ceramico sviluppato ha permesso di quadruplicare il tempo operativo dello stampo prima della sostituzione per la rimozione della gomma che rimane incollata. NON RIVESTITO: 20 BATTUTE (1/2 TURNO) Impronta per stampaggio per compressione di guarnizioni per settore auto; materiale: gomma HNBR RIVESTIMENTO PVD: 80 BATTUTE (2 TURNI)
17 VALVOLE PER MOTORI DA COPETIZIONE Valvole in lega di titanio Esigenza di elevata resistenza all usura, basso attrito e bassa rugosità Richiesta minima quantità di macro-particelle Sviluppo di rivestimenti PVD superduri Coating nanocompositi con minima presenza di macro-particelle e bassa rugosità Industrializzazione del nuovo processo
18 SENSORI DI PROCESSO Diverse esigenze tecniche: Resistenza all abrasione Barriera alla diffusione dell idrogeno Resistenza all infragilimento da idrogeno
19 APPLICAZIONI DECORATIVE
20 APPLICAZIONI BIOMEDICALI
21 Resistenza alla corrosione salina Componente rivestito PVD
22 CONSIDERAZIONI FINALI Per applicare con successo i rivestimenti PVD nell industria è necessario: Identificare con precisione le esigenze Scegliere la giusta tipologia di rivestimento (chimica, spessore, struttura) Scegliere la corretta tipologia i di impianto i PVD da utilizzare Valutare i diversi scenari di industrializzazione (volumi di produzione, analisi tecnico-economica)
23 ENVIRONMENT PARK S.p.A. Via Livorno, Torino - IT T F envipark.com Federico Cartasegna T E federico.cartasegna@envipark.com Sede legale: g Galleria San Federico, Torino - IT C.F./P.I/R.I R.E.A
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