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.