Rivestimenti multistrato ad alte prestazioni
La maggior parte dei componenti ingegnerizzati producono esiti negativi a causa di problemi relativi alla superficie, tra cui figurano un’adesione insufficiente dei rivestimenti, screpolature e difetti dovuti a impatto. Per contrastare questi problemi, sono stati sviluppati numerosi trattamenti superficiali per lo più costituiti da sistemi con superficie multistrato di diversi spessori, cioè su scala nano (nanometro), micro (micrometro) e macro (millimetro). Finora, il design dei sistemi con superficie multistrato si è basato sull’esperienza, evidenziando la necessità di modelli precisi e dettagliati, con lo scopo di accelerare il processo di progettazione e migliorare le prestazioni. Con il progetto M3-2S (Multiscale modelling for multilayered surface systems), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno raggiunto dei progressi importanti in quanto a tecniche di modellizzazione in ambito di dinamica molecolare e analisi agli elementi finiti. Gli avanzamenti del progetto hanno incluso inserti per la lavorazione di barre di ghisa e freni in acciaio per le ferrovie, rulli per la formatura di strati di lega di alluminio per gioielli, applicazioni in biomedicina e in ambito alimentare, oltre a ingranaggi di trasmissione per diversi settori. I risultati hanno dimostrato che gli avanzati sistemi con superficie multistrato sviluppati aumentavano la resistenza all’usura, la capacità di carico e la durata dei dimostratori. I ricercatori hanno sviluppato avanzati sistemi doppi che combinano i rivestimenti superficiali con una tempra superficiale, entrambe lavorazioni che hanno migliorato la resistenza ai carichi e all’usura in modo significativo. Combinando i rivestimenti multistrato in titanio (TiN) e nitruro di cromo (CrN) con la nitrurazione al plasma è stato possibile aumentare la resistenza a usura e la capacità portante del cuscinetto oltre 3 e 1 000 volte, rispettivamente, rispetto al rivestimento monostrato in TiN/CrN attualmente in uso per gli acciai temprati. La migliore capacità portante e resistenza all’usura dei nuovi sistemi con superficie multistrato può prolungare la durata della vita di molti prodotti semilavorati e attrezzature. La maggiore durata dei componenti riduce la necessità di sostituzione a causa di guasto per utensili da taglio, stampi per la lavorazione a caldo o componenti per motori e trasmissione, riducendo così i tempi di fermo macchina. Inoltre, la lunga durata della vita utile dei componenti e strumenti con superficie ingegnerizzata riduce al minimo le probabilità di guasto del prodotto, risparmiando così sul riutilizzo delle risorse naturali. L’impiego di un rivestimento multistrato ad alta durezza specifico consente la lavorazione a secco, il che elimina le preoccupazioni ambientali legate all’uso e allo smaltimento dei refrigeranti da taglio. Inoltre, gli innovativi stampi con rivestimento multistrato caratterizzato da strati autolubrificanti rende possibile la formatura delle lamiere senza la necessità di utilizzare olio lubrificante. La nuova tecnica di modellizzazione multi-scala del progetto M3-2S dovrebbe facilitare la progettazione di sistemi con superficie multistrato in molti settori industriali, mantenendo attiva la competitività dell’Europa nel settore relativo all’ingegnerizzazione delle superfici.
Parole chiave
Rivestimenti, trattamenti superficiali, sistemi con superficie multistrato, M3-2S, resistenza all’usura, portanti
