Appunti Scienza e tecnologia dei materiali, Disegno Industriale

PRESSATURA

Le polveri metalliche (dimensioni medie 40-200 µm), con

l’aggiunta di lubrificanti e leganti (cere) sono introdotte nello

stampo e pressate. Si hanno fenomeni di saldatura a freddo delle

polveri, che garantiscono la possibilità di maneggiare il manufatto

allo stato pressato o “green”. Dopo la pressatura, la porosità

media è 10-15%. La porosità residua dopo la pressatura

diminuisce all’aumentare della pressione applicata. Nella pressatura uniassiale, l’uniformità di pressatura è

fortemente condizionata dalle dimensioni del pezzo:

Altezza inferiore alle dimensioni trasversali: pressione circa uniforme

- Altezza confrontabile con le dimensioni trasversali: pressatura diversa da zona a zona

-

Più alta pressione di pressatura, più alta sarà la densità.

Vado a sostituire ad una pressatura uniassiale, una isostatica: le polveri in una borsa flessibile, a cui viene

applicata la pressione da un fluido o da un gas (se opero a caldo).

SINTERIZZAZIONE

I campioni pressati vengono riscaldati in modo da eliminare i lubrificanti in modo

controllato. Si realizza poi un processo termico di sinterizzazione: riscaldamento

ad elevata temperatura con o senza pressione.

Dopo la sinterizzazione, il componete ha una densità finale di 90-95%

rispetto a quella della lega massiva. Le forme sinterizzate possono

essere lavorate alle macchine utensili o sottoposte agli usuali trattamenti

termici. Componenti con porosità controllata possono essere impregnati con oli lubrificanti in modo

da migliorare le proprietà tribologiche come i cuscinetti autolubrificanti utilizzati per gli

elettrodomestici.

I vantaggi della metallurgia delle polveri sono:

• Produzione di pezzi complessi con forma vicina a quella definitiva microstruttura controllata

• Può essere utilizzata con metalli e leghe difficilmente colabili

• Bassi scarti di lavorazione

Svantaggi:

• Produzione di piccoli pezzi

• Stampi costosi

POWER INJECTION MOULDING (P.I.M.)

Le dimensioni delle polveri sono minori di 20 µm con un leganti (binder) con 35-

45%; si ha la miscelazione e produzione di granuli tramite estrusione. Quantità

maggiore di legante che viene riscaldato, viene poi aggiunta la polvere che va a

produrre la mia materia prima. La produzione del componente si ottiene tramite

il processo di stampaggio ad iniezione, come i polimeri, mentre l’estrazione del

legante si ha per via termica o con un solvente. Il “brown” ha una porosità di 30-

40%. La densità finale è di 95-98% rispetto alla lega massiva. Se io riduco i pori

avrò una contrazione di volume, perché riduco lo spazio vuoto. Es. giunti snodabili ma non smontabili.

Vantaggi:

Forme pressochè finite, con elevata finitura superficiale

 Forma complesse

 Bassa porosità residua

 Proprietà meccane più elevate

 Possibilità di stampare in sequenza diversi tipi di materiale

 Possibilità di comporre più componenti

 Riciclaggio degli scarti

 Vantaggiosa per produzioni elevate e pezzi complessi



Svantaggi:

Pezzi di piccole dimensioni

 Limitazioni nello spessore

 Elevato costo delle polveri e dello stampo



ADDITIVE MANUFACTING

L’oggetto da realizzare è costruito strato dopo strato attraverso la fusione o sinterizzazione di polveri

metalliche. Esso è modellato tramite cad che ne disegna la geometria esterna;

il modello viene poi suddiviso in strati che determineranno la forma definitiva dell’oggetto. Le sezioni che

costituiscono gli strati vengono costruite una dopo l’altra a partire dal basso all’alto. La polvere metallica

viene poi distribuita in uno strato uniforme, in una camera mantenuta in atmosfera inerte o in vuoto parziale.

Un fascio laser scansiona le sezioni, causando una fusione parziale o totale delle particelle di polvere.

Una volta realizzato lo strato, un pistone abbassa l’oggetto e viene aggiunto un nuovo strato di polvere. Il

processo di scansione con il fascio laser viene ripetuto fino a quando l’oggetto è completato.

A seconda del tipo di polveri e del laser impiegato esistono varie tecniche come la Selective Laser Sintering

(SLS), la Direct Metal Laser Sintering (DMLS), Selective Laser Melting (SLM). Una volta completato l’oggetto,

le polveri vengono rimosse e l’oggetto è staccato dal supporto e sottoposto a operazioni i rifinitura. Le polveri

non usate possono essere nuvoamente utilizzate. Si producono comunque forme molto complesse con

discreta finitura superficiale; possono essere utilizzate leghe di acciai, bronzi, alluminio, titanio.. e si

producono protesi, oggetti decorativi, componenti nel settore aeronautico..

CORROSIONE E PROTEZIONE DEI MATERIALI METALLICI

La corrosione dei materiali tende a riportare questi materiali allo stato in

cui si trovano in natura di combinazione con l’ossigeno, dal quale sono

estratti nei processi metallurgici mediante somministrazione di energia.

Secondo la “Rust never sleeps” di Neil Young, la corrosione interessa

praticamente tutti i comparti industriali e l’entità dei danni risulta

compresa tra il 3 e 4% per i paesi industrializzati del prodotto nazionale

lordo. Tipologie di danneggiamento:

Corrosione generalizzata (es intera nave)

1. Corrosione localizzata (es corrosione in fessura di un bullone)

2. Corrosione selettiva (attacco selettivo come la dezincificazione di un ottone=

3. ottone + Zn)

Corrosione ad umido: ambiente contenente acqua con meccanismo del fenomeno di tipo

elettrochimico, segue le leggi della termodinamica e della cinetica eltettrochimica.

Corrosione a secco: ambiente atmosfere gassose ad alta T.

ACCOPPIAMENTO GALVANICO

In un accoppiamento galvanico un metallo risulta protetto mentre l’altro si “sacrifica”

ossidandosi al posto del primo. Se è l’attacco del metallo sacrificale a causare la perdita

di funzionalità del manufatto, l’accoppiamento falvanico non può che ridurre il il tempo di vita del manufatto

stesso portando ad un danneggiamento prematuro. Quando due metalli, soggetti a corrosione attiva, sono

immersi in un elettrolita e sono a contatto tra di loro, il più nobile funziona preferenzialmente da catodo, il

meno nobile da anodo.

L’aderenza del rivestimento al materiale di base è la condizione necessaria per il successo del sistema; fra

il materiale rivestente e quello rivestito si possono instaurare legami di tipo chimico (fortio deboli) e/o legami

di tipo meccanico ad esempio ancoraggio del deposito delle asperità superficiali del materiale base. La

sporcizia, le polveri e i prodotti di corrosione impediscono quasi sempre una buona aderenza del rivestimento

quindi la superficie del materiale di base deve essere pulita accuratamente prima di venire rivestita mediante

un’opportuno pretrattamento.

Pittura

Meccanismi dell’azione protettiva: formazione di strati barriera che non assorbono acqua e impediscono la

diffusione di ossigeno (effetto barriera) e azione protettiva dei pigmenti attivi inseriti nel film che esercitano

un’azione di tipo elettrochimico, instaurando alla superficie del materiale condizioni di immunità o di passitvità

(effetto elettrochimico). Le proprietà richieste sono una buona resistenza chimica, massima aderenza e

adeguata durezza, resistenza ed elasticità. E per ottenere tali serve:

• Una mano di fondo (primer) con azione inibente del processo corrosivo

• Un’eventuale mano intermedia per spessore e impermeabilità

• Una mano di finitura o di copertura con resistenza all’ambiente esterno.

Rivestimenti metallici

Se il rivestimento non presenta difetti, la protezione nei confronti della base risulta completa, poiché

1. l’attacco corrosivo interessa solo il materiale che costituisce il rivestimento. In pr

In presenza di difetti, se il rivestimento funge da anodo, esso protegge le aree scoperte della base,

2. che fungono da catodo (rivestimento zinco su acciaio)

Se il rivestimento funge da catodo si determicna una forte corrosione delle piccole aree di substrato

3. scoperte, che fungono da anodo (rivestimento rame su acciaio)

Rivestimenti in:

Zinco: zincatura a caldo in bagno di zinco fuso (galvanizzazione) o elettrozicatura (poco usata).

▪ Deposita soluitamente sull’acciaio. E’ efficace per corrosione in atmosfera (20 µm durano dai 3 ai 20

anni) e corrosione marina (25 µm l’anno)

Nichel: tramite elettrodeposizione o riduzione chimica (per forme complicate). E’ deposto per

▪ resistenza all’usura, a corrosione e per motivi estetici. E’ efficace per corrosione in atmosfera, nelle

acque e per corrosione alcali (in soluzione e fusi)

Cromo: Il rivestimento viene prodotto per elettrodeposizione; è deposto per cromatura dura

▪ (resistenza all’usura e ossidanzione a caldo) e cromatura decorativa (evita le perdite di lucentezza

del substrato di nichel). E’ però difficile depositare Cr su oggetti complicati, i depositi poco spessi sono

porosi e quelli spessi sono di solito criccati.

Nichel-Cromo (o cromature): consistono in circa 20-50µm di Nichel su cui è deposto uno strato di

▪ cromo inferiore a 1µm. Hanno funzione decorativa, che però si perde appena la corrosione raggiunge

il substrato di ferro.

Alluminio: viene prodotto tramite immersione in bagno fuso di Al-Si, metallizzazione a spruzzo o

▪ diffusione. E’ deposto su acciaio.

Rame: Viene prodotto tramite elettrodeposizione; si deposita su acciaio, zinco e alluminio.

▪

Strati di conversione

Si usano per creare strati modificati in grado di aumentare la resistenza alla corrosione, migliorare l’estetica,

fare da substrato per un ulteriore rivestimento. Sono:

l’anodizzazione: cioè la formazione di uno strato di passività pr via elettrochimica; usato soprattutto

1) per l’alluminio; protezione della corrosione e motivi estetici

Fosfatazione: si usanano soluzione di acido fosforico che prodoucono fosfati metallici per azione

2) anticorrosiva e buon cancoraggio a pitture; usata su acciaio, alluminio, acciaio zincato. E’ il principio

alla base dei convertitori di ruggine su cui poi si può verniciare

Cromatazione (non è la cromatura): si forma un film passivo a base di ossidi di Cr; eseguita su Zn,

3) Al, Cu, ottone, bronzo.. Usata per protezione dalla corrosione, incremento della conducibilità elettrica

superficiale e motivi estetici. Usando pigmenti si possono ottenere strati colorati.

Non si usa mai il metallo al 100%, ma vengono utilizzate leghe= materiale a carattere metallico risultante

dalla combinazione di due o più metalli o di uno o più metalli con elementi a carattere non metallico. Le leghe

vengono tradi