Rivestimenti Metallici Nanostrutturati

 
Il tema della durata di vita di strutture e componenti e della loro sicurezza in esercizio si pone sempre con maggiore forza, in particolare, per il settore trasporti, per quanto riguarda i componenti rotanti ed i veicoli in movimento.
Il recente e, purtroppo, catastrofico incidente di Viareggio causato dalla rottura per fatica di un assile di un carro ferroviario ha ulteriormente messo in evidenza la necessità di individuare soluzioni innovative in grado di meglio garantire da rotture ed incidenti la sicurezza del trasporto di merci e passeggeri.
Il Consorzio PROCOMP ha fornito una risposta interessante all'obiettivo del progetto RINNOVA di sviluppare , con il supporto dell'Università di Trento, un rivestimento metallico innovativo, depositato con processo galvanico, in presenza di nano e/o micro particelle di carburo di silicio con funzione anticorrosione ed antiusura.
I campi applicativi a cui era destinato il rivestimento metallico composito, erano gli assili di carrozze ferroviarie con la funzione di limitare i rischi di corrosione e innesco di cricche di fatica, le parti esterne di mezzi navali veloci, come stabilizzatori, eliche, per limitarne la corrosione e l'usura, componenti di macchine di trasformazione alimentare sottoposti a forte usura e, infine, componenti per l'industria automobilistica e motoristica.
Lo sviluppo del processo, inizialmente effettuato su scala laboratorio, ne ha dimostrato sia la fattibilità ed applicabilità su scala industriale sia l'efficacia in termini di riduzione dei rischi di corrosione e di riduzione dell'usura.
In particolare la presenza di nanoparticelle di SiC nel rivestimento metallico di Ni ne affina la struttura metallografica limitando significativamente l'effetto della corrosione, come dimostrato da prove di corrosione su campioni, dopo diversi tempi di trattamento.
     
 Risultati delle prove di corrosione in nebbia salina
 su ricoprimenti metallici nanostrutturati (Ni+ nSiC)
 Aspetto dei campioni rivestiti di solo Ni dopo prove di corrosione   Aspetto dei campioni rivestiti con Ni e nanoparticelle di SiC dopo prove di corrosione 
 
L'attività di sviluppo dei ricoprimenti metallici nano/microstrutturati  con funzione antiusura ha evidenziato la particolare efficacia della presenza di microparticelle di SiC su coating di spessore elevato, come si è riscontrato dalle prove di usura effettuate su campioni con diverse tipologie di coating. 
 
Deposizione galvanica su bronzo di un ricoprimento di Cu e microparticelle di SiC
Riduzione dell'usura di campioni con diversi ricoprimenti di Cu e nano e microparticelle di SiC
 
I processi di deposizione galvanica di ricoprimenti metallici compositi (nano e microparticelle di SiC) sono stati applicati ad alcuni componenti dimostratori di potenziale interesse di diversi settori industriali.
L'esperienza più completa è stata effettuata su due assili di un vagone ferroviario che sono stati ricoperti con un rivestimento in Ni nanostrutturato, nelle parti esposte durante l'esercizio ed in particolare in quelle a rischio per l'innesco e propagazione di cricche per fatica, a partire da possibili pit di corrosione.
I due assili sono stati montati su un carro ferroviario ed inseriti in un convoglio standard gestito dalle ferrovie norvegesi.
La sperimentazione ha fornito un esito positivo con più di un milione di chilometri percorsi senza evidenziare problemi sugli assili ricoperti.
 
Assile ferroviario in preparazione per la deposizione galvanica di Ni+nSiC
Assile dopo deposizione galvanica di Ni+nSiC assemblato e montato sul carrello ferroviario
Dettaglio dell'assile dopo la prima fase di due mesi di sperimentazione
 
Sono inoltre stati ricoperti alcuni altri dimostratori, di geometria limitata, per il settore navale ed alimentare, con lo scopo di effettuare un primo passo nella industrializzazione dei ricoprimenti compositi sviluppati.
 
Elica navale in bronzo dopo rivestimento galvanico nanostrutturato (Ni+µSiC) e lucidatura
Trafile per estrusione di pasta, in bronzo, con ricoprimento metallico composito (Cu+µSiC)
 
L'interesse PROCOMP per lo studio di rivestimenti in grado di aumentare la durata di vita e la sicurezza di componenti rotabili, ha portato, in tempi recenti, sia all'approfondimento delle tematiche relative all'innesco e propagazione di cricche di fatica, fino a rottura, sia ad intensificare i contatti con gli operatori del settore ferroviario per ricercare convergenze di interesse su progetti di ricerca in grado di affrontare complessivamente le problematiche scientifiche e generali sull'argomento.

 
Pit di corrosione e cricche riscontrati su un assile ferroviario esercito
Cricca innescata da un pit di corrosione e propagata per fatica


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Consorzio PROCOMP Consorzio per lo sviluppo e realizzazione di componentistica innovativa per i trasporti