06/05/2021
Progetto Temart - i risultati del caso studio “Factotum”Pubblichiamo una breve sintesi dei casi studio affrontati dal progetto TEMART- Tecnologie e materiali per la manifattura artistica, i Beni Culturali, l’arredo, il decoro architettonico e urbano ed il design del futuro, progetto finanziato dalla Regione Veneto all’interno del Bando Por Fesr 2014-2020 per il sostegno a progetti di Ricerca e Sviluppo sviluppati da Distretti Industriali e dalle Reti Innovative Regionali- asse 1 “ricerca, sviluppo tecnologico e innovazione”- AZIONE 1.1.4 “Sostegno alle attività collaborative di R&S per lo sviluppo di nuove tecnologie sostenibili, di nuovi prodotti e servizi” (Delibera di Giunta regionale n. 1139 del 19 luglio 2017).
Titolo del sottoprogetto: Factotum
Partner referente: Engi srl (www.engi.it)
Altri partner:
ECOR International S.p.A. (www.ecor-international.com), Ca’ Foscari Università degli Studi di Venezia: Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica-DAIS (Home: Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica (unive.it)) e Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi-DSMN (Home: Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi (unive.it))
Obiettivo del sottoprogetto:
Obiettivo del caso studio è stato individuare rivestimenti da applicare sulla superficie in acciaio del corpo cilindrico di un dissuasore del traffico, per aumentarne la durezza superficiale, a vantaggio quindi della resistenza ai fenomeni di usura, garantendo la resistenza a corrosione e preservando al contempo le caratteristiche estetiche.
Attività realizzate:
E’ stata condotta un’approfondita e mirata ricerca sul mercato dei rivestimenti prodotti industrialmente che ha portato alla selezione di due prodotti, appartenenti alle due famiglie di rivestimenti sottili da processi di deposizione PVD (deposizione fisica da fase vapore) e Sol Gel, in particolare un rivestimento PVD multistrato (spessore circa 3,9 micron) ed un rivestimento Sol Gel base silicio (spessore circa 2,6 micron). Per i test funzionali dei rivestimenti sono stati prodotti campioni rivestiti realizzati non solo nell’acciaio inossidabile AISI316, attualmente impiegato per il dissuasore, ma anche nei due materiali a prestazioni inferiori e più economici, l’acciaio inossidabile AISI304 e l’acciaio Fe360: i rivestimenti selezionati permettono di incrementare le prestazioni della superficie, consentendo quindi di impiegare acciai con minori prestazioni superficiali rispetto all’acciaio inossidabile AISI316. Sulla base dei risultati ottenuti, il deposito PVD multistrato è stato selezionato per il rivestimento di prototipi. Il progetto è stato occasione per sperimentare e analizzare in maniera comparata rispetto ai rivestimenti commerciali selezionati anche sistemi di nuova formulazione o da trasferimento tecnologico da altri settori; in particolare, coating di natura inorganica o ibrida (sistemi organico-inorganico) depositati tramite sol-gel (TEOS Sol-Gel e GTP Sol-gel in strato singolo o triplo), PVD e plasma atmosferico.
Risultati raggiunti:
I test eseguiti sui due rivestimenti industriali selezionati hanno confermato le prestazioni attese in termini di durezza, resistenza a corrosione, qualità di adesione al substrato e per il risultato estetico della loro applicazione sulla superficie in acciaio, che è rimasta inalterata in presenza del deposito, essendo il rivestimento PVD color acciaio ed il rivestimento Sol Gel trasparente.
I valori di durezza e di modulo elastico dei rivestimenti sono stati misurati sia per gli acciai (AISI316, AISI304, Fe360) tal quali (naked) che rivestiti con i due depositi PVD multistrato e Sol Gel base silicio, permettendo così la valutazione comparativa dell’effetto dei rivestimenti scelti: entrambe le tipologie di rivestimento permettono di incrementare la durezza superficiale di tutti e tre gli acciai considerati, tuttavia nel caso dell’applicazione del rivestimento PVD, l’incremento è decisamente superiore.
I rivestimenti sono stati caratterizzati attraverso lo scratch test, che, attraverso lo scorrimento di una punta di geometria nota sulla superficie del campione in condizioni di carico costante o variabile, consente la caratterizzazione della resistenza al graffio e fornisce una misurazione quantitativa comparativa dell’adesione al substrato, espressa in termini di carichi critici (Lc), secondo la norma ISO20502: i valori misurati indicano l’elevata resistenza del rivestimento multistrato PVD per il quale solo elevati valori di carico riescono ad apportare danni e non si genera mai la delaminazione; nel caso invece del rivestimento Sol Gel, già a bassi valori del carico si riscontra la delaminazione del rivestimento.
Il confronto dei valori di durezza e dei carichi critici è stato esteso anche ai rivestimenti sperimentali inorganici e ibridi (PVD, Nadir e Teos_SolGel) oggetto delle attività di sviluppo di rivestimenti innovativi.
Sulla base delle proprietà identificate nei test descritti, è stato selezionato il rivestimento commerciale PVD multistrato per l’applicazione sui prototipi: un componente in AISI316L, 700 mm x diam. 110 mm, sp. 1,5 mm; un componente ovale in AISI304, 700 mm x diam. 110 mm x 140 mm, sp. 1,5 mm; un componente in Fe360, 700 mm x diam. 120 mm, sp. 2 mm; due componenti ghiera in AISI316; due componenti ghiera faro in alluminio anodizzato. Campioni di acciaio rivestito con il deposito commerciale PVD multistrato selezionato sono stati infine sottoposti a sabbiatura verificando la resistenza del film superficiale all’azione erosiva. Quale mezzo erosivo è stata utilizzata sabbia del Po (sabbia silicea), non riscontrando alcun distacco del rivestimento.
Ulteriori prospettive di sviluppo:
I rivestimenti analizzati hanno proprietà di resistenza meccanica e all’usura tali da valutare l’utilizzo di tipologie di acciaio con prestazioni superficiali e costi inferiori rispetto all’acciaio inossidabile AISI316, anche per oggetti da collocare in ambienti con condizioni di usura onerose (rivestimento multistrato). I coating sperimentali hanno mostrato caratteristiche in alcuni casi similari, tali da ipotizzarne l’applicazione su sistemi di ridotta dimensione e il trasferimento ad altri settori, come la conservazione dei beni culturali.
Allegato 1 - Valori di durezza misurati sia per gli acciai (AISI316, AISI304, Fe360) tal quali (naked) che rivestiti con i due depositi PVD multistrato e Sol Gel base silicio
Allegato 2 - Valori di durezza misurati per i rivestimenti sviluppati in laboratorio (PVD, NADIR, TEOS-SOLGEL)
Allegato 3 - Prototipi del componente FACTOTUM in AISI316 (A), AISI304(B) e Fe360 (C) rivestiti con il deposito commerciale PVD multistrato selezionato
Allegato 4 - Test di resistenza a corrosione (NaCl spray): i provini non rivestiti hanno evidenziato aree compromesse da insorgenza di ruggine già dopo i primi 10 cicli di test
Allegati:
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