Caratterizzazione meccanica avanzata multiscala tramite nanoindentazione di materiali compositi. = Advanced multiscale mechanical characterization through nanoindentation of composite materials.

Nelle applicazioni meccaniche i principali problemi riscontrati nell’utilizzo di componenti la cui applicazione richiede un contatto reciproco tra corpi in movimento sono l’attrito e l’usura. Per ovviare a tali problematiche, la ricerca tende a sviluppare elementi ingegneristici con ottime proprietà tecniche (es. materiali compositi multistrato) oppure eseguire una serie di trattamenti (es. trattamenti fisico-chimici della superficie). La necessità di migliorare le performance di corpi meccanici ha incentivato la ricerca a studiare tipologie di materiali finalizzati a facilitare lo “strisciamento” delle diverse parti meccaniche essendo applicati nellla realizzazione di componenti tribologici quali tenute, fasce elastiche, ingranaggi, cuscinetti volventi e bronzine. Quest’ultime sono componenti essenziali di qualsiasi applicazione meccanica poiché, non solo guidano il movimento dei diversi corpi a contatto sotto l’azione di diversi carichi, ma riducono ulteriormente l’attrito e l'usura grazie anche all'autolubrificazione. L’identificazione delle proprietà di tali materiali avviene solitamente attraverso tecniche di nanoindentazione e, dall’analisi delle curve di carico-profondità di indentazione, è possibile eseguire una caratterizzazione meccanica del prodotto. La tesi è articolata in 6 capitoli di cui il Capitolo 1 illustra generalmente il concetto di bronzina e di tribologia definendo una classificazione dei cuscinetti effettuata per tipologia di lubrificazione, forze applicate e materiali utilizzati. Il Capitolo 2 definisce l’indentazione strumentata, sia su materiali semplici sia su materiali multistrato, e le diverse tipologie di prove (quasi statiche, Continuous multicycle mode con applicazione di ECR, Sinus mode) per caratterizzare i materiali. Il Capitolo 3 descrive le diverse grandezze meccaniche misurabili con la tecnica di nanoindentazione, ossia la durezza, il modulo di indentazione, il creep di indentazione, il rilassamento da indentazione, il lavoro elastico e plastico e le proprietà viscoelastiche, quali storage modulus e loss modulus. Il Capitolo 4 introduce la fase sperimentale descrivendo preliminarmente le prove eseguite, il materiale utilizzato e gli strumenti statistici applicati e settando i parametri di misura utilizzati per l’esecuzione delle diverse prove. Il Capitolo 5 tratta lo studio effettuato e le diverse prove eseguite con l’obiettivo caratterizzare su due diversi livelli di scala, ossia scala nano (testa NHT) e scala micro (testa MCT) un composito multistrato con substrato in acciaio ricoperto da uno strato intermedio di bronzo poroso sinterizzato rivestito con politetrafluoroetilene (PTFE) caricato al piombo. In sintesi, l’esecuzione di prove CMC, con applicazione di correnti elettriche tramite tecnologia ECR, permette di delineare il modulo di indentazione e la durezza del materiale al variare della profondità nonché di individuare lo spessore dello strato di teflon rinforzato analizzando la resistenza elettrica. Nella configurazione dinamica (Dynamic Mechanical Analysis), invece, la nanoindentazione permette di profilare le proprietà di smorzamento (storage modulus e loss modulus) del PTFE+piombo.Il Capitolo 6 riporta le conclusioni dello studio riassumendo i risultati di modulo di indentazione e durezza del composito multistrato in funzione della profondità, il modulo di indentazione, la durezza e le proprietà viscoelastiche del PTFE+piombo e lo spessore medio del teflon rinforzato individuato tramite ECR e tecniche non convenzionali.