La ricerca di tecnologie anti-attrito ed anti-usura finalizzate ad ottimizzare le prestazioni di componenti meccaniche mira a coprire le crescenti domande di risparmio energetico e di incremento del tempo-vita degli accoppiamenti in contatto strisciante. In particolare, negli ambiti in cui le normative igienico-ambientali sono più severe (es.alimentare, biomedicale) e/o le condizioni operative sono più critiche (es. aerospaziale, industria del vuoto), è richiesto lo sviluppo di soluzioni innovative per l’abbattimento delle dissipazioni frizionali e del consumo dei materiali che si propongono in sostituzione dei lubrificanti liquidi (olii o vernici) o fluidi (grassi). Le attività dell’unità operativa SUP&RMAN si inseriscono in questo contesto e offrono risposte in termini di studio, design, crescita e caratterizzazione di rivestimenti dotati di funzionalità multiple di interesse per la meccanica, con specifico riferimento alle caratteristiche di resistenza all’usura e autolubrificazion
Micrografia SEM (65000 ingrandimenti) di superficie di rivestimento ternario nanostrutturato CrN-Ag
Il prodotto è un ricoprimento superficiale ibrido, cosiddetto “intelligente” in quanto è: cresciuto con tecnologie ecocompatibili; ottimizzato in modo da accoppiare funzionalità confliggenti, come appunto alta durezza e alta scorrevolezza. Il materiale-base è una matrice tipicamente utilizzata come coating duro/ultraduro (es. CrN, TiN); il materiale-additivo, viceversa, è un drogante soffice, tipicamente un metallo (es. Ag, Mo) o un solfuro (es. MoS2, WS2) caratterizzato da struttura grafitica, dunque da alti tassi d’usura da trasferimento, fenomeno alla base dell’autolubrificazione, e conseguentemente bassi coefficienti d’attrito. La stabilizzazione del rivestimento è garantita dalla flessibilità della tecnologia di co-deposizione a film sottile che consente di sviluppare ricette di crescita tali da controllarne opportunamente il design e la micro-/nano-strutturazione (multi-layering, clustering) fino a massimizzarne le proprietà meccaniche e tribologiche.
L’elemento di maggior impatto strategico in chiave liquid lubricant replacement è nella combinazione di specifiche funzionalità dei materiali mediante additivazione, che costituisce una delle principali linee di innovazione per la Meccanica. .
I rivestimenti ibridi autolubrificanti si propongono come candidati alla soluzione di problematiche di contatto strisciante che interessano diversi settori merceologici, tra cui prevalentemente: automotive, aerospaziale, oleodinamica, sistemi di trasmissione, meccanica di precisione, utensileria, industria del vuoto, decorativo, materiali innovativi per l’edilizia, packaging, biomedicale. In tutti questi contesti, le prestazioni delle superfici giocano un ruolo fondamentale in termini di funzionalità, longevità e dunque anche appetibilità di mercato dei prodotti commerciali.
Esterno della camera di deposizione PVD Magnetron Sputtering
Accoppiamenti critici in macchine per la trasmissione del moto
È stata ottimizzata la ricetta di crescita con tecnologia a film sottile PVD Magnetron Sputtering di un rivestimento ibrido ternario (base dura: CrN; additivo autolubrificante: Ag) ed è stata applicata in accoppiamenti critici di un motoriduttore a bassa potenza e alte temperature di esercizio (fino a 600°C). I test a banco prova hanno evidenziato un consistente aumento del tempo di vita del contatto in condizioni di povera lubrificazione con olio, ed una significativa diminuzione delle emissioni acustiche. Si è verificato che le proprietà dell'Ag (buona autolubrificazione e alta mobilità all'interno della matrice CrN in condizioni di alta temperatura) migliorano le prestazioni tribologiche di contatti striscianti, operanti in trasmissione del moto. L'operatività del motoriduttore migliora in termini di: aumento dei cicli di esercizio a regime e diminuzione del rumore, contestualmente a un minor impiego di lubrificante.
End user: Azienda italiana del settore meccanico
I risultati del progetto hanno arricchito il know-how dell'end user, le cui strategie aziendali sono orientate a studiarne l'applicazione ad altri prodotti di alta gamma e alto valore aggiunto.
Interno della camera di deposizione PVD Magnetron Sputtering