Development and optimization of surface hardening treatments and anodizing processes

The optimization of metallic solid surfaces is one of the greatest industrial challenges about surface engineering. Surface hardening treatments are applied to improve the wear resistance of parts without affecting the more tough and soft core of the treated substrates. This doctoral work is focused on the study of gaseous multistage oxynitrocarburizing treatments for low carbon steels and hard-anodizing processes applied on aluminum HPDC components. There is still a lack of knowledge both in literature and in industry about these treatments. The aim of this work is to investigate the microstructural evolution during gaseous multistage oxynitrocarburizing treatments and the impact of the substrate’s characteristics on the hard-anodic layer, respectively. It is important to understand the impact of the process parameters and the substrate’s microstructure on the respective resulting layers; in this way, it is possible to improve the scientific knowledge and therefore to understand the basics for following replications in an industrial context. A wide-ranging view of the whole thermochemical and hard-anodizing processes has been provided by a review of the literature and several treatments replicated in an industrial plant.

L’ottimizzazione delle performance di superfici metalliche è una delle sfide industriali più avvincenti nell’ambito dell’ingegneria delle superfici. I trattamenti di indurimento superficiale sono quei processi sviluppati per incrementare la durezza e resistenza a usura superficiali di componenti senza però peggiorare la tenacità che presentano a cuore. Questo lavoro di dottorato è focalizzato sullo studio sia di trattamenti multistadio di ossinitrocarburazione applicati a substrati in acciaio basso legato, sia di trattamenti di anodizzazione dura applicati a componenti pressocolati in lega di alluminio. Attualmente vi sono ancora importanti lacune riguardo queste specifiche tipologie di trattamenti, sia in letteratura che nel mondo industriale. L’obiettivo di questo lavoro è approfondire sia l’evoluzione microstrutturale durante un trattamento multistadio di ossinitrocarburazione applicato a un substrato ferroso, sia come le caratteristiche microstrutturali di un substrato in lega di alluminio impattano sul film di ossido anodico duro. L’obiettivo finale è quello di ampliare il sapere scientifico e, quindi, gettare le basi per poter poi replicare con successo su scala industriale quanto studiato in laboratorio. Un’accurata revisione della letteratura e una serie di trattamenti replicati in impianti industriali ha portato a una visione ad ampio spettro su questi trattamenti termochimici e di ossidazione anodica dura.