STUDIO DELL'EVOLUZIONE MICROSTRUTTURALE DI LEGHE METALLICHE SOTTOPOSTE A TRATTAMENTI SUPERFICIALI

In this Ph.D. work has been studied the surface coatings of light alloys, in particular titanium and aluminum alloys (Ti Cp, Ti6Al4V, 2024AA, 7075AA), with the aim of increasing the hardening of these alloys that are known for their pour tribological properties. Moreover, the other big topic is the nitriding of steels previously heat treated and cold deformed. The investigation of nitriding treatments concerns the study of the constitution and morphology of the nitride layers. The attention was focused on the thickness of the compound layers (white layer) and on the effective nitriding thickness at changing of cold deformation degrees imposed before nitriding. This work reflex the industrial problematic about the nitriding of pieces workhardened by mechanical operations. The systematic research provides the investigation of UNI C40 steel submitted to various cold rolling degrees (thickness reduction of 25 %, 50 %, 70 %) and of UNI 42CrMo4 turned (surface material removed was 1 mm, 4 mm, 8 mm). Than the pieces were nitriding by a long gas nitriding treatments. The research about light alloys, on one hand, has the aim to study the effect of the diffusion of nickel and nickel-boron on the microstructure and the hardness of TiCp and Ti6Al4V, on the other investigates the diffusion of copper into aluminium alloys, such as 2024AA and 7075AA. Nickel and copper were deposited on the substrate by electrolytic deposition, while nickel-boron was deposited electroless deposition. The research provides an investigation on the time and temperature of heat treatments, performed in a furnace, that permit the diffusion of coated elements into the substrates. The microstructure was investigated by optical and electronic microscopy equipped with EDS and PB-WDS probes, glow discharge optical spectrometer (GDOS), XRD diffraction and hardness tests. About the useful of surface coatings, the corrosion behaviour of a permanent magnetic alloy, Nd-Fe-B, coated by a triple layer of nickel-copper-nickel, was studied. The corrosion resistance was investigated by flux tests, carried out at 90 °C in an atmosphere containing chlorides or at 70 °C containing sulphides, by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and by potentiodynamic polarization tests, carried out in solution at different temperatures (0-90 °C) containing chlorides or sulphides. The morphology and the composition of the samples and the corrosion products were analysed by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), equipped with an energy dispersive x-ray (EDS) detector. The magnetic properties were characterised by magnetic flow measurements.

Il lavoro di ricerca del dottorato è stato prevalentemente concentrato sullo studio di rivestimenti elettrochimici di leghe leggere, in particolare nichelatura elettrolitica e deposizione chimica di nichel-boro su titanio Cp e lega Ti6Al4V, ramatura elettrolitica su leghe 2024AA e 7075AA, e sulla nitrurazione di acciai precedentemente trattati termicamente e deformati. Nel caso della nitrurazione la ricerca ha riguardato l'analisi degli strati nitrurati, del loro spessore e della loro morfologia e lo studio degli spessori di nitrurazione efficace al variare del grado di deformazione imposto prima della nitrurazione. Questo lavoro nasce da problematiche aziendali, sorte in seguito a nitrurazione di pezzi incruditi a causa di deformazioni meccaniche. Si è quindi proceduto con uno studio sistematico sull'acciaio UNI C40 sottoposto a vari gradi di laminazione a freddo (con riduzione dello spessore del 25 %, 50 % e 70 %) e sull'acciaio UNI 42CrMo4 tornito (con asportazione di materiale superficiale dello spessore di 1 mm, 4 mm e 8 mm). I pezzi così deformati sono stati sottoposti a nitrurazione gassosa. Nel caso delle leghe leggere sono stati studiati i tempi e le temperature dei trattamenti termici che permettono la diffusione degli elementi depositati in superficie al fine di innalzare la durezza superficiale di questi materiali, noti per le loro scarse proprietà tribologiche. Si è andati a studiare l'evoluzione microstrutturale dei campioni considerati per poter valutare l'interazione tra gli elementi depositati e il materiale base. Le tecniche usate per la caratterizzazione sono: microscopia ottica, microscopia elettronica a scansione accompagnata da microanalisi EDS e PB-WDS, spettroscopia ottica, prove di microdurezza Vickers e diffrazione raggi X. Nell'ambito dello studio di rivestimenti parte del lavoro di ricerca è stato volto anche allo studio della resistenza a corrosione di un triplice strato elettrolitico di Ni-Cu-Ni depositato su pezzi magneti di NdFeB sinterizzati. La caratterizzazione di tale rivestimento è stata svolta prevalentemente mediante prove in flusso e tecniche potenziodinamiche, al fine di rilevare la resistenza a corrosione in ambienti aggressivi, quali ambienti cloridico e solfureo, a diverse temperature. Si è, quindi, proceduto con l'analisi visiva e microscopica delle superfici sottoposte a tali prove e, mediante microanalisi, degli eventuali prodotti di corrosione formatisi. E' stata, inoltre, effettuata una caratterizzazione magnetica prima e dopo le prove di corrosione mediante un flussimetro con bobina di resistenza 37 Ω.