Riassunto analitico
Questo elaborato di tesi si propone come un caso studio sull’usura anomala di due componenti del sistema di distribuzione di un motore a combustione interna da competizione. Le parti oggetto di studio sono l’albero a camme e i finger followers, entrambi protetti da rivestimenti sottili a base Diamond-Like Carbon (DLC). A seguito di un’analisi preliminare della morfologia del fenomeno d’usura, è stata valutata la qualità complessiva del rivestimento tramite una serie di prove distruttive, tra cui scratch test, nanoindentazione strumentata e calotest, insieme a osservazioni di microscopia ottica ed elettronica a scansione, con l’obiettivo di escluderlo dalle possibili cause dell’anomalia verificatasi. Successivamente, l’attività si è concentrata sul miglioramento delle condizioni di utilizzo dei componenti in esame, ponendo particolare attenzione alla finitura superficiale del substrato. Al fine di ottimizzare il contatto tribologico tra il DLC e la controparte, sono stati valutati processi di finitura superficiale alternativi a quello corrente, che prevede l’uso di buratti contenenti un mezzo solido ed una soluzione liquida. Le varianti esaminate differiscono tra loro prevalentemente per il mezzo utilizzato, il movimento del buratto e la soluzione liquida impiegata. A seguito di una campagna di test concentrata sulla valutazione della rugosità delle superfici post-finitura, è stata selezionata la soluzione più vantaggiosa. I componenti interessati sono stati quindi rivestiti e sottoposti agli stessi test distruttivi ed analisi microscopiche elencate in precedenza. Infine, è stata confrontata la condizione iniziale con quella post-utilizzo delle parti analizzate, presentando il miglioramento ottenuto, che ha portato all’eliminazione del fenomeno di delaminazione del rivestimento.
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Abstract
This thesis proposes a case study investigating the anomalous wear of two components within the valve train system of a racing internal combustion engine: the camshaft and the finger followers, both protected by Diamond-Like Carbon (DLC) coatings. Following an initial analysis of the wear morphology, the overall quality of the coating was evaluated through various destructive tests, including scratch test, instrumented nano-indentation and calotest, as well as optical and scanning electronic microscopy observations, with the aim of excluding it from the possible causes of the anomaly that occurred. Subsequently, the activity focused on improving the conditions of use of these components, paying particular attention to the surface finish of the substrate. In order to optimize the tribological contact between the DLC and the counterpart, alternative finishing processes to the current one, which involves the use of tumblers containing a solid medium and a liquid solution, were evaluated. The variants examined primarily differ in the medium used, the movement of the barrel and the liquid solution used. Following a test campaign focused on evaluating the roughness of the post-finishing surfaces, the most advantageous solution was selected. The affected components were then coated and subjected to the same destructive tests and microscopic investigations listed previously. The study concludes with a comparative analysis between the initial and post-use conditions of the analyzed parts, presenting the improvement obtained, which led to the elimination of the coating delamination phenomenon.
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