Giunzione di metalli dissimili mediante diffusion bonding = Joining of dissimilar metals by diffusion bonding

Lo scopo principale della tesi è quello di valutare la fattibilità nell’ottenere delle giunzioni tra metalli dissimili mediante le tecniche di vacuum-diffusion bonding e hot isostatic pressing-diffusion bonding. A tal fine sono stati impiegati i seguenti materiali: l'acciaio inossidabile AISI 310 e la lega 353 MA, a base Fe-Ni e contenente piccole aggiunte di cerio. Le tecniche di giunzione sopracitate sono vantaggiose rispetto ai metodi tradizionali che comportano la fusione completa dei materiali, poiché operano in condizioni di diffusione allo stato solido, riducendo il rischio di formare fasi indesiderate e zone termicamente alterate (ZTA). Ciò è particolarmente rilevante per garantire proprietà meccaniche simili a quelle dei materiali base, anche nei pressi dell'interfaccia di giunzione. Tali vantaggi rendono le tecniche di giunzione allo stato solido particolarmente interessanti per applicazioni in settori industriali esigenti, come quello aerospaziale, nucleare ed energetico. Nonostante i numerosi studi sulle giunzioni di leghe austenitiche, poche ricerche si sono concentrate sulla coppia AISI 310 e 353 MA, di potenziale interesse per i settori sopracitati. La tesi non si limita ad analizzare le proprietà chimiche e microstrutturali dell'interfaccia, ma mira anche a valutare le procedure operative per ottenere giunzioni solide e con difetti minimi. Diversi approcci sono stati testati: inizialmente i metalli sono stati uniti in un forno a vuoto per evitare la formazione di ossidi, mentre i campioni successivi sono stati realizzati in HIP, applicando una pressione di 100 MPa mediante argon. È stata anche valutata una combinazione delle due tecniche, sfruttando il forno a vuoto per avviare il processo di sigillatura delle superfici, riducendo di conseguenza l'infiltrazione del gas durante l'unione finale in HIP, che avrebbe reso impossibile l’ottenimento della giunzione. Una delle sfide è stata progettare una geometria dei campioni che prevenisse l'infiltrazione di argon, garantendo una buona tenuta grazie a strette tolleranze geometriche, senza ricorrere ai tradizionali metodi di incapsulamento o sigillatura. La geometria di accoppiamento è stata scelta in modo tale che i materiali stessi contribuissero a migliorare il contatto durante il riscaldamento grazie al diverso coefficiente di espansione termica (CTE). La temperatura di processo è stata variata tra 1100°C e 1200°C per studiarne l'effetto sulla dimensione dei grani, porosità e ampiezza della zona di diffusione. Le giunzioni ottenute sono state caratterizzate mediante microscopia ottica ed elettronica, valutandone la microstruttura, mentre la diffusione degli elementi è stata analizzata tramite spettroscopia EDS. I risultati mostrano che, partendo da un adeguato accoppiamento meccanico iniziale, la qualità della giunzione migliora con l'aumento della temperatura, sebbene ciò comporti la crescita dei grani. L'ampiezza della zona interdiffusiva aumenta con il diminuire della pressione, mentre la presenza di un layer di passivazione sulla superficie dei materiali ostacola la diffusione. La qualità dell'accoppiamento meccanico iniziale è risultata essere fondamentale per il successo della giunzione. Questi risultati possono contribuire all'ottimizzazione delle tecniche di diffusion bonding e fornire una base per future caratterizzazioni meccaniche più avanzate.