LITS (Laboratorio di Ingegneria dei Trattamenti Superficiali)

Gli obiettivi del LITS

Le principali linee di ricerca del Laboratorio di Ingegneria dei Trattamenti Superficiali (LITS) sono centrate sullo studio, sviluppo e modellizzazione dei trattamenti superficiali per materiali strutturali ad alta tecnologia. Questi temi rappresentano gli obiettivi attuali e programmati di sviluppo. Vediamoli dettagliatamente.

Sviluppo di prodotto/processo nel settore dei rivestimenti ottenuti con tecniche di termospruzzatura. Questa linea di ricerca è condotta tramite l’impiego di un impianto CAPS (di proprietà de La Sapienza) e tramite accordi di collaborazione con CSM Spa e Sulzer Metco AG per l’uso di apparecchiature di deposizione a combustione (HVOF, Flame Spray). Si segnala l'impiego dell'impianto CAPS, unico impianto esistente in Italia per l'esecuzione nella stessa camera di processi APS, VPS, IPS, RPS, HPPS fino a valori di sovrappressione di 4 bar. Tale impianto costituisce un forte connotato di unicità anche a livello europeo essendo, ad oggi, non più di 6 gli impianti esistenti ed ha richiesto uno sforzo finanziario di investimento di primo piano dato il suo valore in assoluto. I temi trattati riguardano lo sviluppo di rivestimenti protettivi, anche nanostrutturati, antisura ed anticorrosione (elettrochimica, ad alta temperatura). Le attività in corso in questo campo sono numerose:

  • rivestimenti in materiale UHTC (boruri di metalli di transizione) per la protezione di velivoli da rientro
  • rivestimenti base ZrO2 (polveri HSOP) a barriera termica
  • rivestimenti base SiO2 a barriera termica, antiusura e nanostrutturati
  • rivestimenti nitrurati antiusura ottenuti da plasma spray reattivo di leghe Ti
  • rivestimenti autolubrificanti (cermet + MoS2, grafite, WS2)
  • rivestimenti antiusura del tipo NiCrBSi, Al2O3-TiO2
  • rivestimenti nanostrutturati antiusura (WC-Co, Cr3C2-NiCr)
  • rivestimenti in materiale polimerico nanostrutturati con aggiunta di SiO2
  • rivestimenti in materiale polimerico con aggiunta di ossidi e ceramici non ossidici (Al2O3, Si3N4)
  • componenti self standing ottenuti da tecniche di plasma spray (strutture simmetriche)

Sviluppo di prodotto/processo nel settore dei rivestimenti ottenuti con tecniche di deposizione fisica da vapore, di deposizione chimica e senza apporto di materiale. Questa linea di ricerca è condotta tramite un accordo di collaborazione con l’Istituto Scientifico Breda per l’uso di un impianto AC-PVD. Esistono, inoltre, attività di collaborazione con Enea per quanto riguarda i trattamenti superficiali laser ed i trattamenti di impiantazione ionica, sempre destinati a componentistica per usi strutturali. I temi trattati afferiscono allo sviluppo di rivestimenti antiusura ed anticorrosione (anche ad alta temperatura). Gli argomenti oggetto di studio sono numerosi e tra questi:

  • rivestimenti PVD monostrato a base di nitruri per usi antiusura
  • rivestimenti PVD multistrato a base di nitruri/metalli per usi antiusura
  • rivestimenti PVD a base di nitruri a superreticolo
  • rivestimenti PVD autolubrificanti
  • rivestimenti PVD nanostrutturati (nitruri+carbonio)
  • film polimerici conduttivi con dispersione di nanocluster metallici
  • trattamenti di nitrurazione di leghe Ti per usi strutturali
  • trattamenti termomeccanici di leghe leggere per usi aeronautici
  • trattamenti anticorrosione su leghe di Mg per uso aeronautico;
  • laser remelting di rivestimenti termospruzzati
  • impiantazione ionica sui leghe leggere
  • rivestimenti ceramici sol-gel per leghe leggere (Tor Vergata)
  • rivestimenti polimerici self-healing per leghe leggere via elettrofilatura (Tor Vergata)

Sviluppo di prodotto/processo nel settore dei rivestimenti ottenuti per via galvanica. Questa linea di ricerca, non prioritaria al momento, è condotta in collaborazione con aziende esterne operanti nel settore dei trattamenti galvanici per componentistica aeronautica. In particolare le attività sono centrate su due tipologie di materiali: rivestimenti in Cr duro con funzioni antiusura e rivestimenti Zn-Ni, Zn con funzioni anticorrosione. Nel merito il Centro si occupa dell’ottimizzazione del processo di produzione e dello sviluppo di trattamenti alternativi compatibili con l’ambiente.

Sviluppo di tecniche di modellizzazione di prodotto/processo. Questo settore di attività è finalizzato alla modellizzazione di prodotto/processo tramite codici di calcolo FEM (Ansys, Abaqus ), codici di calcolo CFD (Fluent), codici di calcolo termodinamici (Termocalc-Dictra), software di simulazione proprietari e dedicati. A titolo di esempio si citano:

  • modellizzazione dei processi di termospruzzatura HVOF (La Sapienza)
  • modellizzazione delle interazioni plasma-particella in processi di plasma spray (La Sapienza)
  • modellizzazione delle tensioni residue indotte da processi plasma spray e di rivestimento PVD (La Sapienza e Tor Vergata)
  • modellizzazione delle tensioni residue indotte da processi di carbocementazione e nitrurazione (La Sapienza)
  • modellizzazione della durezza superficiale post carbocementazione e nitrurazione (La Sapienza)
  • modellizzazione di processi cold-spray (La Sapienza)
  • modellizzazione FEM di processi di nanoindentazione (La Sapienza)
  • modellizzazione di danneggiamenti per usura (La Sapienza e Roma TRE)
  • modellizzazione delle trasformazioni di fase e simulazione dei diagrammi di stato (Roma TRE)
  • modellizzazione della durezza in film sottili multistrato (Roma TRE)
  • modellizzazione di fenomeni corrosivi di natura e.c. (Tor Vergata)
  • modellizzazione di meccanismi di degrado ad alta temperatura (Tor Vergata)

Caratterizzazione avanzata dei materiali e sviluppo di correlazioni tra parametri di processo e proprietà macroscopiche.
Questa linea di attività, eseguibile grazie al parco apparecchiature di cui il Centro dispone e che coprono la caratterizzazione meccanica, morfologica, compositiva, microstrutturale di resistenza alla corrosione, è trasversale alle precedenti, in quanto dedicata all’ottenimento di dati sperimentali affidabili e riproducibili da utilizzare per i processi di sviluppo/ottimizzazione/modellizzazione. Il Centro ha sviluppato metodologie preparative dedicate, che sostanzialmente evitano artefatti di preparazione e che consentono l’osservazione sullo stesso punto a diverse scale dimensionali (SEM, TEM). Il Centro è in grado di operare eseguendo test a norma (ASTM, UNI, ISO) ed ha una procedura codificata per la rintracciabilità dei campioni. La presenza di un FEG-SEM dual beam dotato di colonna FIB completa il parco attrezzature a disposizione. Nel complesso, fermo restando l'interesse verso il settore applicativo dei rivestimenti antisura e/o anticorrosione, nel lungo termine è obiettivo del Centro quello di potenziare da un lato la presenza di attrezzatura per la deposizione (tecnica PVD, tecnica cold spray) e dall'altro di potenziare le competenze e l'offerta per le attività di modellizzazione (con aumento delle risorse destinate a questa linea) e di caratterizzazione avanzata.


Il Coordinatore e le UdR coinvolte


Cosa può offrire il LITS all'industria


La dotazione strumentale del LITS

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