77883 - TRATTAMENTI SUPERFICIALI E RIVESTIMENTI PER MATERIALI METALLICI M

Anno Accademico 2023/2024

  • Docente: Carla Martini
  • Crediti formativi: 6
  • SSD: ING-IND/21
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale in Ingegneria meccanica (cod. 5724)

    Valido anche per Laurea Magistrale in Chimica industriale (cod. 0884)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente sa valutare quando sia necessario o conveniente modificare le proprietà superficiali di un materiale metallico per migliorarne le prestazioni (es. rendendolo più resistente all’usura o alla corrosione o conferendogli particolari proprietà fisiche e chimiche). In particolare, lo studente è in grado di scegliere tra le principali tecniche di trattamento superficiale e per la deposizione di rivestimenti a diverso spessore, con particolare riguardo ai metodi di deposizione da fase vapore, liquida e solida.

Contenuti

1. Fenomeni di degrado che iniziano dalla superficie:

1a. Generalità su fenomeni di corrosione. Corrosione ad umido: aspetti termodinamici e cinetici; metodi di protezione. Corrosione a secco (ossidazione ad alta temperatura): aspetti termodinamici e cinetici; metodi di protezione. Rivestimenti per la protezione dalla corrosione.

1b. Generalità sui fenomeni di attrito e usura: caratteristiche delle superfici reali; contatto fra le superfici; attrito; processi e meccanismi di usura; trattamenti e rivestimenti per applicazioni tribologiche.

2. Rivestimenti depositati da fase vapore (processi PVD, CVD e PACVD): tecnologie di deposizione, proprietà e strutture degli strati; trattamenti duplex, rivestimenti nanostrutturati ed adattivi, rivestimenti a base di carbonio. Trattamenti termochimici che coinvolgono fenomeni di diffusione (carbocementazione, nitrurazione, carbonitrurarione e nitrocarburazione, sulfinazione, borurazione, alluminizzazione, cromizzazione, sherardizzazione).

3. Rivestimenti depositati da fase liquida: da soluzione acquosa: (i) rivestimenti galvanici (Cr, Ni, Zn, alternative alla deposizione da bagni contenenti Cr (VI)) e chimici (Ni-P, Ni-B); rivestimenti compositi a matrice Ni-P); (ii) trattamenti di conversione (cromatazione e trattamenti alternativi; fosfatazione; ossidazione anodica; ossidazione elettrolitica al plasma), o per immersione nel metallo fuso (zincatura e alluminatura a caldo).

4. Rivestimenti depositati da fase solida: spruzzatura termica e riporti per saldatura (tecnologie di deposizione, proprietà e strutture degli strati). Cladding.

5. Metodi di caratterizzazione per superfici metalliche rivestite/trattate: morfologia, rugosità, composizione, spessore, durezza, modulo elastico, adesione, tensioni residue, tenacità a frattura, resistenza ad attrito/usura e a corrosione.

Trasversalmente a tutto il corso, vengono proposti e discussi i criteri di scelta per trattamenti e rivestimenti da impiegare in applicazioni anticorrosione o antiusura/antiattrito, con esempi pratici (casi di studio).

Per ciascuna tipologia di rivestimento/trattamento superficiale, vengono discussi sia il campo di applicabilità (tipologie di materiali metallici rivestibili/trattabili) che limiti e vantaggi del processo.

Una video presentazione dell’insegnamento è disponibile attraverso i "Link ad altre eventuali informazioni", a fondo pagina.

 

Testi/Bibliografia

Materiale necessario al superamento della prova d'esame:

  1. Appunti presi a lezione
  2. Materiale in formato elettronico fornito dal docente (tutte le slide proiettate a lezione sono messe a disposizione degli studenti su Virtuale, in formato pdf protetto da password).

Testi di consultazione consigliati:

1. P. Paracchini (a cura di), "Manuale di trattamenti e finiture, Tecniche nuove" (2003).

2. B. G. Mellor (Ed.), "Surface coatings for protection against wear", Woodhead Publishing (2006).

3. ASM Handbook vol.5, “Surface Engineering”, ASM International (2010).

4. G. Bianchi, F. Mazza “Corrosione e protezione dei metalli”, AIM (2005).

5. G. Straffelini, “Attrito e usura”, Tecniche Nuove (MI), (2005).

6. G. Straffelini, "Friction and wear: Methodologies for design and control", Springer (2015).

7. I.Hutchings, P.Shipway, "Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials", Butterworth-Heinemann (Elsevier) (2017).

8. K.Holmberg, A.Matthews, ” Coatings Tribology: Properties, Mechanisms, Techniques and Applications in Surface Engineering”, Elsevier (2009).

9. C.Donnet, A. Erdemir, “Tribology of DLC Coatings: Fundamentals and Applications”, Springer (2008).

10. H.Dong (Ed.), “Surface engineering of light alloys: Aluminium, magnesium and titanium alloys”, Woodhead (2010).

11. S.Grainger, “Engineering coatings - design and applications”, Abington Publishing, Cambridge, UK (1989)

Metodi didattici

Il corso è composto da:

- Lezioni teoriche in aula, con svolgimento secondo l'orario ufficiale.

- Esercitazioni in laboratorio, relative ai metodi di caratterizzazione dei materiali rivestiti (in considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei Moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al Modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del Modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio).

- Seminari facoltativi tenuti da esperti aziendali su tematiche inerenti al corso vengono tipicamente proposti ogni anno.

Questo corso partecipa al progetto di innovazione didattica dell’Ateneo.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'apprendimento viene verificato mediante prove il cui fine è quello di valutare la comprensione dei criteri per la scelta dei rivestimenti e dei trattamenti superficiali per materiali metallici, con particolare riguardo alle temperature di deposizione/trattamento, le microstrutture e gli spessori degli strati ottenibili, il potere penetrante (capacità di rivestire uniformemente geometria complesse), lo stato tensionale residuo (quindi la loro influenza sul comportamento a fatica), la durezza superficiale (quindi la loro influenza sul comportamento ad usura/attrito), l'adesione, compattezza, nobiltà pratica (quindi la loro influenza sul comportamento a corrosione), la tipologia di substrati trattabili/rivestibili.

L'esame è costituito da una prova scritta (test a risposte multiple costituito da 30 domande a 3 opzioni, durata 45 minuti) integrato da discussione orale. La votazione è espressa in trentesimi. Si accede alla prova orale se il risultato conseguito nella prova scritta è superiore a 18/30. E’ consigliata la frequenza, perché a lezione verranno più volte ribaditi i concetti fondamentali su cui verteranno le domande d’esame. A titolo di esempio, è disponibile nel materiale didattico caricato sulla piattaforma virtuale.unibo.it una serie di domande-tipo presenti nella prova scritta, durante la quale non sono ammessi strumenti ausiliari sia di testo che elettronici. La durata della discussione orale, basata sui risultati conseguiti nella prova scritta, è inferiore a 30 minuti. Il superamento della prova totale avviene con il conseguimento di un punteggio pari o superiore a 18/30.

Il calendario delle prove è reso disponibile con anticipo sulla piattaforma web AlmaEsami dell'Ateneo di Bologna. Gli studenti che intendono sostenere la prova devono iscriversi preliminarmente nella lista dell'appello scelto e devono esibire un documento di riconoscimento il giorno dell'esame.


Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore e computer, lavagna tradizionale.

Seminari da esperti aziendali su tematiche inerenti al corso.

Materiali audiovisivi selezionati, prove di autovalutazione via Virtuale in preparazione all'esame.

Eventuali strumenti per studenti con disabilità possono essere concordati con il Servizio Studenti con DSA (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it/per-studenti).

Link ad altre eventuali informazioni

https://youtu.be/3urRkuUkXWc

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Carla Martini

SDGs

Istruzione di qualità Imprese innovazione e infrastrutture Città e comunità sostenibili Consumo e produzione responsabili

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.