Analisi delle tensioni interne in laminati di rame trattati in letto fluido

Le caratteristiche delle superfici metalliche giocano un ruolo fondamentale nei componenti meccanici sottoposti ad azioni dinamiche, in quanto le cricche hanno generalmente origine da imperfezioni, difetti o intagli superficiali. Allo scopo di migliorare le proprietà superficiali, come valida alternativa alla ricerca di materiali speciali o di particolari ricoprimenti, sono state messe a punto tecnologie basate sull’utilizzo di letti fluidizzati di polveri di allumina per rivestire e, allo stesso tempo, trattare meccanicamente le superfici metalliche. Il rivestimento, infatti, può essere generato dalle particelle di allumina che, trascinate da una corrente gassosa in pressione, impattano sulle superfici metalliche dei campioni e rimangono aderenti al substrato. In questo lavoro il metodo a letto fluido con particelle di allumina è stato applicato a campioni di rame commercialmente puro, laminati a freddo, con dimensioni di 40x40 mm2 e spessore di 2 mm. Come polvere abrasiva, avente anche funzione di materiale di rivestimento, è stata impiegata allumina con granulometria di 1.2 μm. L’apparecchiatura utilizzata consiste in una colonna verticale (diametro 140 mm e altezza 1000 mm) all’interno della quale vengono fluidizzate le polveri di allumina per mezzo di un flusso di aria in pressione. I trattamenti sono stati effettuati nelle due condizioni limite relative all’angolo d’impatto: superficie dei campioni parallela alla direzione del flusso e superficie ortogonale alla direzione del flusso. Le indagini sperimentali sono state condotte sui campioni laminati di partenza e dopo trattamento in letto fluido. Le superfici sono state caratterizzate attraverso prove di microdurezza Vickers, osservazioni di microscopia elettronica in scansione, misure microanalitiche in dispersione di energia e misure di diffrazione dei raggi x per la valutazione degli stati tensionali. Le tensioni residue, o macrotensioni, compensate su larga scala, sono state esaminate attraverso lo spostamento ei centri di riga rispetto ai valori teorici; le tensioni interne, o microtensioni, compensate su scala microscopica, presenti negli strati superficiali del materiale, sono state valutate attraverso lo studio degli allargamenti di riga, secondo una procedura basata sul confronto tra la larghezza della riga sperimentale e quella della riga teorica ottenuta considerando esclusivamente l’effetto sul profilo delle dimensioni di grano. Le indagini hanno mostrato la formazione in superficie di un ricoprimento sottile ed omogeneo di allumina e di uno substrato di rame rilassato, caratterizzato da una riduzione dello stato tensionale rispetto a quello presente nel laminato di partenza. Le misure diffrattometriche hanno dimostrato un rilassamento sia delle macro che delle microtensioni nel substrato di rame; le prove di microdurezza Vickers, che hanno interessato strati più profondi di materiale rispetto alle misure diffrattometriche, hanno dato, invece, valori di poco superiori nei campioni trattati in letto fluido, rispetto ai laminati iniziali, ad indicare che lo strato rilassato, situato nelle vicinanze del ricoprimento, lascia rapidamente il posto ad uno strato leggermente incrudito. L’inclinazione della superficie del campione rispetto alla direzione del flusso di allumina determina la rilevanza dei suddetti fenomeni: con il campione parallelo al flusso di allumina si ottiene il ricoprimento con il maggior grado omogeneità superficiale; mentre, con il campione perpendicolare al flusso, si ottiene il più elevato spessore del ricoprimento ed il più alto grado di rilassamento nel substrato di rame rispetto alle condizioni iniziali di laminato a freddo.