Rivestimenti tribologici in TiN depositati tramite tecnologica sputtering per applicazioni innovative sci e snowboard

Le proprietà di scivolamento di sci e tavole da snowboard sono tra gli aspetti cardini da tenere in considerazione durante la loro progettazione in quanto assicurano un facile guadagno di velocità, fondamentale per la discesa libera e per il freestyle, sia in ambito amatoriale che agonistico. Al momento, queste sono assicurate da una base realizzata da una plastica ad alte prestazioni, il polietilene ad altissimo peso molecolare (Ultra High Molecular Weight PolyEthylene, UHMWPE), opportunamente trattato con una cera fluorurata a basso coefficiente d’attrito applicata ad alta temperatura secondo un processo chiamato sciolinatura. Quindi, la soluzione attuale per la base di sci e snowboards possiede eccellenti proprietà di scivolamento, ma pecca per la mancanza di un’adeguata resistenza all’usura, coinvolgendo inoltre serie problematiche ambientali. Questo lavoro di tesi si pone come obbiettivo di valutare l’applicazione di un laminato in Ti, rivestito tramite sputtering con un film sottile in TiN, come soletta innovativa per sci e snowboards. In particolare, si vuole determinarne la resistenza all’usura e il coefficiente d’attrito di modo da poterne fare un confronto con l’attuale soluzione in UHMWPE. Inizialmente, verrà data una visione d’insieme sulla struttura degli snowboards, sul loro processo produttivo e sui materiali utilizzati. Inoltre, gli aspetti di sostenibilità ambientale per la loro produzione saranno analizzati, fornendo possibili soluzioni alternative per studi futuri. Successivamente, verranno introdotte le diverse tecniche di deposizione, con un approfondimento sul sistema di sputtering ed i connessi argomenti sul plasma e sul vuoto. Quindi, saranno presentate le fasi di crescita e formazione dei film sottili, evidenziando le caratteristiche e peculiarità dei rivestimenti tribologici. A seguire, verranno elencati e introdotti i metodi di analisi sperimentale per la caratterizzazione morfologica e composizionale, quella adesiva, tribologica e meccanica. In questo senso, saranno in un primo momento realizzati dei rivestimenti di Ti su substrati di Si, sia in atmosfera di Ar che di N2, per ottimizzare i parametri di potenza di sputtering e pressione del gas durante il processo di deposizione in base ai diversi deposition rates, ricavabili da analisi profilometriche. In secondo luogo, il parametro temperatura di deposizione verrà ottimizzato in base ai risultati morfologici e composizionali ottenuti da analisi SEM ed EDS, eseguiti su rivestimenti di TiN depositati su substrati di Ti in atmosfera di N2 a diverse temperature. Una volta ottimizzati tutti i parametri di processo, si analizzerà la qualità del sistema substrato-rivestimento per mezzo dei dati ottenuti dai test di adesione, operati in condizioni normali e di stress termico. Dunque, tale sistema verrà confrontato con l’UHMWPE, opportunamente sciolinato, in termini di coefficiente d’attrito su neve, resistenza all’usura e durezza.