Riassunto analitico
La nanoindentazione è una tecnica recente che permette di calcolare proprietà nano-meccaniche, come durezza e modulo elastico, a partire dall’analisi della curva P-h proveniente da una prova di indentazione strumentata (Instrumented indentation testing, IIT). La nanoindentazione standard permette di studiare le proprietà meccaniche dei materiali eterogenei, ma per realizzare un’analisi statistica affidabile sarebbe necessario un elevato numero di indentazioni con tempi estremamente lunghi. Una possibile soluzione a questo problema è una recentissima strumentazione capace di eseguire prove di nanoindentazione ad alta velocità: che consente di realizzare, in breve tempo, matrici costituite da un elevatissimo numero di impronte, ottenendo quindi un numero di dati ottimale per studiare il comportamento meccanico di materiali eterogenei tramite elaborazioni statistiche. Questo lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione con l’azienda Turbocoating S.p.A. e l’Università di Roma3 con il principale obiettivo di caratterizzare le proprietà micromeccaniche di rivestimenti per turbina (TBC) tramite indentazione strumentata ad alta velocità. Le barriere termiche (Thermal Barrier Coating, TBC) sono rivestimenti applicati su componenti metallici di parti calde di turbine a gas (IGT, settore aereonautico). Esse sono costituite da sistemi bi-strato: uno strato di natura metallica, chiamato bond coating, posto a diretto contatto con il substrato, con il ruolo di fornire una protezione dall’ossidazione ad alta temperatura; e da uno strato di natura ceramica, depositato sul bond coating, chiamato top coating, che ha la funzione di isolante termico, per ridurre la temperatura del substrato rispetto ai gas caldi circostanti. In questo lavoro di tesi sono state valutate le variazioni delle proprietà meccaniche (quali modulo elastico e durezza) del top coating e della scaglia di ossido termicamente accresciuta sulla superficie del bond coating (anche detta TGO: thermally grown oxide) in campioni rappresentativi dello stato dell’arte delle TBC per palette di turbine per la produzione di energia (Industrial Gas Turbine, IGT), al variare delle condizioni d’esercizio durante cicli di riscaldamento e raffreddamento. L’analisi, abbinata ad una caratterizzazione dell’evoluzione strutturale e microstrutturale dei materiali stessi, è finalizzata sia a comprendere meglio i meccanismi di degrado delle TBC a seguito del ciclaggio termico, sia a verificare l’utilità e l’affidabilità della nanoindentazione ad alta velocità come tecnica per il controllo qualità di rivestimenti TBC ad alte prestazioni.
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