Caratterizzazione superfici

SUPERFICI E RIVESTIMENTI / TRATTAMENTI

TEC Star è in grado di fornire a tutti suoi clienti un completo servizio di caratterizzazione, dedicato a risolvere le problematiche tipiche riguardanti le superfici e i rivestimenti/trattamenti superficiali innovativi.

Utilizzando strumentazioni che rappresentano lo stato dell’arte della ricerca scientifica sulle superfici, TEC Star si dedica al problem solving industriale, rendendo accessibili ai suoi clienti tutte le risorse tecniche e di know hownecessarie allo svolgimento delle attività.

Di seguito è riportato un elenco degli aspetti dei materiali che sono analizzabili, con all’interno alcune case histories interessanti e rappresentative:

ANALISI CHIMICHE SUPERFICIALI

La superficie dei materiali è di importanza fondamentale perché ne determina il comportamento durante la vita dei manufatti, ponendosi in relazione con l’ambiente esterno.  La superficie è la prima zona di un oggetto che può degradarsi, anche solamente rimanendo a contatto con l’atmosfera esterna (ossidazione, corrosione, variazioni di colorazione, contaminazioni chimiche, ecc.).   I rivestimenti o trattamenti superficiali sono da sempre la soluzione più ovvia per proteggere la superficie, ma a volte non è facile capire per quale motivo un rivestimento o trattamento presenta dei difetti indesiderati.
Le tecniche analitiche che TEC Star mette a disposizione dei suoi clienti, sono in grado di indagare chimicamente la superficie in modo completo, rivelando la presenza di elementi chimici e rivestimenti di spessore anche di pochi milionesimi di millimetro (alcuni nanometri), con la possibilità di capirne i legami chimici dei diversi elementi che li compongono (per esempio gli stati di ossidazione, la valenza, ecc.).
In tal modo è possibile indagare per esempio: contaminazioni superficiali (verifica della pulizia o sterilizzazione delle superfici) – variazioni di caratteristiche fisiche e chimiche (degrado dovuto a reazioni chimiche esterne o all’esposizione solare) – failure analysis di trattamenti o rivestimenti anche molto sottili (plasmature, PVD, PECVD, cromature) – verifica della composizione di rivestimenti sottili in profondità (strati di ossidazione o conversione indesiderati, interfaccia tra rivestimento e substrato).
Potete trovare una descrizione delle tecniche analitiche a disposizione dei clienti di TEC Star e un esempio di applicazione (case history) nelle seguenti schede tecniche:

TEST TRIBOLOGICI

La tribologia è la scienza che si occupa dei processi che avvengono durante il contatto fra i materiali. Lo studio delle proprietà tribologiche di un materiale consente di determinarne il coefficiente di attrito, la resistenza all’usura o al graffio, ecc.; inoltre è possibile anche testare l’efficienza dei lubrificanti, al variare delle condizioni di lavoro (temperatura, materiali utilizzati, additivi chimici, ecc.).
Per determinare le proprietà tribologiche di un materiale, si sottopone lo stesso ad una “simulazione controllata” di funzionamento, con uno strumento (chiamato tribometro) con cui è possibile riprodurre le condizioni di lavoro; le geometrie del contatto fra i materiali possono variare e le strumentazioni che TEC Star mette a disposizione dei suoi clienti prevedono numerose configurazioni (block-on-ring, ball-on-disc, pin-on-disc, fretting), per simulare al meglio la situazione reale.
Le problematiche che si possono risolvere con i test tribologici riguardano, ad esempio: verifica efficacia di rivestimenti antiusura o antigraffio (cromature, PVD, vernici), verifica del comportamento di lubrificanti a bassa o alta temperatura, determinazione del coefficiente d’attrito in strisciamento di polimeri tecnici caricati (PTFE, MoS2, grafite).
Per capire meglio che cosa è possibile ottenere con i test a disposizione, di seguito trovate una scheda tecnica sulla strumentazione e un esempio di applicazione reale (case history):

MICRO E NANO-DUREZZA

La durezza dei materiali è una grandezza di importanza fondamentale per definire il comportamento dei manufatti; tradizionalmente la misura della durezza si ottiene determinando la resistenza del materiale a deformarsi plasticamente, sotto l’azione di forze esterne applicate su un cosiddetto “indentatore” di acciaio a geometria variabile (Berkovich, Vickers, Knoop, ecc.).
Nel caso dei rivestimenti, l’attendibilità della misura della durezza dipende dal rapporto fra la profondità di misura e lo spessore del rivestimento stesso, che non dovrebbe superare 1/10 (altrimenti il valore trovato potrebbe essere influenzato dalla durezza del materiale su cui il rivestimento è depositato).
Nel caso di rivestimenti “tradizionali” (rivestimenti galvanici, nichelature chimiche, cromature a spessore, ecc.), in cui gli spessori sono dell’ordine del decimo di millimetro, si parla di micro-durezza (l’indentatore procede per profondità di centesimi di millimetro).
Nel caso di rivestimenti o trattamenti innovativi (PVD, PECVD, plasmature in vuoto), in cui gli spessori in gioco sono dell’ordine del millesimo di millimetro (micron), è necessario effettuare indentazioni profonde pochi millesimi di micron (nanometri), misurando cioè la nano-durezza.
Le problematiche risolvibili con i test di durezza riguardano, ad esempio: determinazione del miglior rivestimento superficiale per applicazioni anti-graffio o anti-usura, variazione della durezza di rivestimenti in condizioni diverse di umidità e temperatura, determinazione puntuale della durezza di compositi metallici non omogenei (cemented carbides), variazione di durezza in profondità di materiali trattati con cementazione laser.
Per capire meglio che cosa è possibile ottenere con i test a disposizione, di seguito trovate una scheda tecnica sulla strumentazione e un esempio di applicazione reale (case history):

 

MICRO E NANO-MORFOLOGIA

La morfologia delle superfici e dei materiali è importante per capire il comportamento dei manufatti durante il funzionamento e per comprendere le motivazioni delle eventuali failures, che si generano in seguito.
In generale la morfologia microscopica delle superfici è indagata con microscopi elettronici a scansione ad alta risoluzione (SEM); TEC Star rende disponibile ai suoi clienti l’accesso a queste strumentazioni e ad altre, come SEM ad alta risoluzione con possibilità di effettuare sezioni in situ (con fascio ionico focalizzato, in modalità FIB dual beam).
Queste strumentazioni sono in grado di indagare la morfologia dei materiali e delle superfici, fino a risoluzioni di alcuni millesimi di micron, permettendo l’osservazione di polveri (anche ultrafini), rivestimenti e trattamenti superficiali di spessori anche inferiori al micron, su materiali metallici, ceramici e polimerici.
Per capire meglio che cosa è possibile ottenere con gli strumenti a disposizione, di seguito è riportato una scheda tecnica sulla strumentazione e un esempio di applicazione reale (case history):

CRISTALLOGRAFIA

La diffrattometria a raggi X (XRD, X-Ray Diffraction) consente di rilevare le strutture cristalline presenti nel campione (sia elementi singoli, che molecole) con un’accurata determinazione quantitativa delle fasi cristalline presenti.
E’ un’analisi di tipo non distruttivo, che permette di risalire anche alla composizione chimica del materiale analizzato, tenendo conto che le sole fasi rilevate sono quelle cristalline (le fasi amorfe possono essere analizzate solamente macinando il campione in forma di polvere).
Il diffrattometro a raggi X a disposizione della clientela di TEC Star può essere utilizzato per: determinare le dimensioni medie di cariche inorganiche cristalline all’interno di un composito, stabilire la dimensione media di nanoparticelle, quantificare le deformazioni residue (residual stress) all’interno di particolari metallici o rivestimenti superficiali.

Per capire meglio che cosa è possibile ottenere con gli strumenti a disposizione, di seguito è riportato una scheda sulla strumentazione e un esempio di applicazione reale (case history):

Cristallografia a raggi X (XRD) >>> vedi case history

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