Riassunto analitico
Il progetto di tesi consiste nello studio delle proprietà tribologiche di superfici di AlSi10Mg prodotte tramite tecnica di Manifattura Additiva (AM) ricoperte con rivestimenti di Diamond Like Carbon (DLC). Le tecniche di AM presentano diversi vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali: capacità di realizzare geometria complesse, risparmio di materiale, capacità di produzione on-demand, buone proprietà meccaniche. D'altro canto, i materiali così prodotti sono caratterizzati da una scarsa finitura superficiale e difettosità del materiale. Diventa quindi strategico poter migliorare tali materiali, ed una delle soluzioni più promettenti è attraverso la deposizione di ricoprimenti funzionalizzanti. Rivestimenti di DLC sono ampiamente utilizzati nell'industria come materiali auto-lubrificanti e protettivi da corrosione ed usura grazie alle ottime proprietà meccaniche. Infatti il DLC mostra in generale un basso coefficiente di attrito (CoF), elevata resistenza all'usura, elevata durezza, stabilità chimica.
In questo lavoro di tesi sono stati utilizzati campioni di AlSi10Mg prodotti con tecnica AM Selective Laser Melting, come materiale modello. Le superfici di tali campioni sono state rivestite tramite DLC attraverso tecnica Physical Vapour Deposition, e le superfici così ottenute sono state sottoposte a test tribologici ball-on-disc per valutarne CoF ed usura. Parallelamente, i rivestimenti prodotti sono stati caratterizzati morfologicamente, chimicamente, meccanicamente e strutturalmente.
Dalle analisi effettuate si è appurato che il DLC prodotto appartiene alla categoria degli amorphous-Carbon DLC, caratterizzato da un'elevata componente grafitica. Dal momento che le tecniche AM producono superfici con elevata rugosità, i test tribologici sono stati condotti su campioni di DLC/AlSi10Mg caratterizzarti da rugosità differenti, opportunamente selezionate tramite tecniche di lappatura meccanica. Si è osservato che il CoF è funzione di tale rugosità, mostrando un andamento a U rispetto alla rugosità aritmetica. Tale andamento è il risultato di fenomeni di usura concorrenti: a bassa rugosità prevale usura adesiva, ad alta rugosità prevale usura abrasiva. Sono inoltre stati condotti test tribologici a diversi carichi, nel range 1-10 N. Tali test, associati ad analisi strutturali in cross-section tramite fascio ionico focalizzato, mostrano come ad elevati carichi il rivestimento di DLC delamina a causa di crack che originano nel substrato che si deforma plasticamente.
La presente attività si inserisce nel progetto regionale RIMMEL - POR-FESR 2018 Emilia Romagna
|
Abstract
The present thesis deals with the tribological properties of AlSi10Mg surfaces fabricated by means of Additive Manufacturing (AM) technique, coated with Diamond Like Carbon (DLC) films. AM production techniques shows many advantages with respect to standard techniques, such as the ability to produce complex geometries, material savings, on-demand production ability, good mechanical properties. On the other hand, these materials present a poor surface finishing and material defects. Therefore, it becomes strategic improving these materials, and a promising solution consists in the usage of functional coatings. DLC coatings are currently used in many industrial sectors as self-lubricant material and as protection from corrosion and wear, related to their mechanical properties. In fact, DLC is characterized in general by a low coefficient of friction (CoF), high wear resistance, high hardness and chemical stability.
In this work AlSi10Mg samples produced by AM Selective Laser Melting have been used as model material. The surface of these samples have been covered by DLC produced by means of Physical Vapour Deposition technique. The resulting surface have been tribologically characterized by ball-on-disc tests, in order to estimate CoF and wear. Simultaneously, the coatings have been morphologically, chemically, mechanically and structurally characterized.
From the analyses, the produced DLC belongs to the amorphous-Carbon category, showing a high graphitic character. Since AM techniques produce high-roughness surfaces, the tribological tests have been performed on DLC/AlSi10Mg surfaces with different roughness, obtained by means of mechanical lapping. The CoF have been observed to be dependent on the roughness, showing a U trend as a function of arithmetic roughness. This trend is the result of the concurrence between two wear processes, namely adhesive wear at low roughness, and abrasive wear at high roughness. Further, tribological tests have been performed at different load, in the range 1-10 N. These tests, together with cross-section Focused Ion Beam analysis, show that at high load the DLC coating detaches due to cracks at the interface, related to plastic deformation of the substrate.
This work represents a part of the activity of the regional project RIMMEL - POR-FESR 2018 Emilia Romagna.
|
