Rivestimenti superiori con l'ingegneria delle superfici su nanoscala
La complessità e la sofisticazione in aumento dell'ingegneria dei sistemi usati in molti settori, inclusi quello aerospaziale e della robotica, hanno spinto i partner del progetto TRIBO ad adottare tecnologie assistite da laser nella manipolazione dei nanomateriali. I nanomateriali sono noti per le loro eccezionali proprietà meccaniche che potrebbero portare ad una resistenza all'usura potenziata dei giunti ad attrito in condizioni difficili. Nello specifico, la tecnica del laser cladding si può utilizzare per migliorare localmente le proprietà superficiali degli elementi delle macchine metalliche. Un materiale di rivestimento con le proprietà desiderate viene fuso su un substrato tramite un raggio laser. La miscelazione tra i due materiali deve essere più piccola possibile per utilizzare le proprietà del materiale di rivestimento nel modo più efficace. Migliorando localmente una superficie tecnica con nanomateriali dedicati, è possibile utilizzare un materiale di base economico normale per le superfici non esposte a carichi elevati. Gli ingegneri presso l'École Nationale d'Ingénieurs de Saint-Étienne in Francia hanno unito diversi materiali in polveri in una miscela per ottenere un rivestimento composito con le proprietà desiderate. La rapida lavorazione laser ha creato una serie di fori artificiali che fungono da depositi per detriti e lubrificanti solidi, rilasciati gradualmente nell'area di contatto. I rivestimenti sviluppati con materiali a variabilità funzionale consistevano in lubrificanti solidi come il bronzo bianco (CuSn) che fungono da matrice duttile, comunque rinforzata dalla fase ceramica appropriata. I test di resistenza all'abrasione effettuati hanno dimostrato che il coefficiente di attrito secco di questi rivestimenti può raggiungere valori di solo 0,12. Inoltre, la possibilità unica di utilizzare raggi ad alta energia per fondere e rimiscelare rapidamente elementi di lega è stata sfruttata per migliorare la resistenza all'abrasione degli acciai per cuscinetti. I partner del progetto TRIBO hanno usato coperchi di schermatura per evitare l'evaporazione degli elementi di lega dalla superficie del materiale di base e hanno unito l'azione di diversi tipi di laser. Ad esempio, i laser a pulsazione periodica e i laser ad onda continua sono stati testati su sistemi di elementi di metallo-lega di base come alluminio-stagno (Al-Sn) e ferro-stagno (Fe-Sn). Ciò ha portato ad una distribuzione uniforme degli elementi di lega nel bagno di fusione, mentre il raffreddamento rapido della fusione ha portato alla formazione di precipitazioni ricche di Sn, aprendo la strada alla penetrazione industriale delle nanotecnologie. La concentrazione media di Sn, che si può usare come lubrificante solido, è stata misurata tramite analisi con microsonda a raggi X e superava i 20 wt.%.
