Nuove applicazioni per i metalli grazie a una raffinata tecnologia di trattamento delle superfici
Il trattamento delle superfici migliora in modo significativo la durata e la funzionalità dei materiali utilizzati in vari settori industriali; in tal senso, l’ossidazione elettrolitica al plasma(si apre in una nuova finestra) (PEO, plasma electrolytic oxidation) è emersa proponendosi come una tecnologia all’avanguardia in questo campo. Ricorrendo a scariche al plasma ad alta energia, la PEO non solo incrementa la resistenza alla corrosione e all’usura sulle superfici metalliche, ma permette inoltre l’integrazione di funzionalità aggiuntive, tra cui proprietà fotocatalitiche e magnetiche. Finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto FUNCOAT(si apre in una nuova finestra) si è concentrato sull’individuazione di modalità innovative per migliorare la tecnologia PEO mediante l’aggiunta di particelle, prefiggendosi in primo luogo di progettare, sviluppare e produrre su scala industriale nuovi trattamenti superficiali basati sulla PEO al fine di creare rivestimenti in grado di offrire molteplici funzioni. Questi rivestimenti migliorati sono stati pensati al fine di risolvere sfide di primaria importanza, come la protezione dei materiali dalla corrosione, la prevenzione delle incrostazioni e l’instaurazione di proprietà antimicrobiche. Aggiungendo particelle speciali (compresi i nanocontenitori) e composti chimici al processo di trattamento basato sulla PEO, i ricercatori hanno cercato di incrementare l’efficacia di tali rivestimenti.
Trasformare le sfide legate alla porosità in vantaggi
Un aspetto unico del progetto FUNCOAT è stato quello di affrontare le sfide associate alla porosità nei rivestimenti PEO. «La porosità, ovvero la presenza di piccoli fori sulla superficie, è un effetto collaterale naturale generato dal processo PEO, causato dalle scariche che formano il rivestimento. Sebbene questi pori spesso compromettano la resistenza alla corrosione, essi costituiscono un sottoprodotto inevitabile del processo, in quanto le scariche sono essenziali al fine di creare il rivestimento», spiega Maria Serdechnova, la coordinatrice del progetto. «Abbiamo studiato il modo in cui utilizzare questa porosità a nostro vantaggio mantenendo al contempo le prestazioni desiderate del rivestimento.»
Sbloccare funzionalità nuove e inaspettate
«Abbiamo cercato di far progredire i trattamenti superficiali sviluppando rivestimenti migliorati che offrono vantaggi fondamentali per settori quali i trasporti, l’elettronica e la protezione dell’ambiente. Per il settore dei trasporti, l’attenzione si è concentrata sul miglioramento della tolleranza ai guasti, della protezione attiva dalla corrosione e della resistenza all’usura (comportamento tribologico)», spiega Serdechnova. I ricercatori hanno inoltre esplorato nuove funzionalità, come le proprietà fotocatalitiche, il magnetismo e la conducibilità termica o elettrica, puntando ad espandere le applicazioni relative al trattamento basato sulla PEO. Per raggiungere gli obiettivi prefissati, il team del progetto ha integrato particelle e specie funzionali direttamente nel rivestimento PEO nel corso di un’unica fase, evitando la necessità di realizzare alcun tipo di post-trattamento e segnando in tal modo un significativo allontanamento dalle pratiche messe in campo convenzionalmente; ciononostante, questo metodo ha posto anche una sfida fondamentale. Molti materiali funzionali, come gli idrossidi doppi stratificati (LDH, layered double hydroxides) caricati con inibitori organici della corrosione, erano altamente sensibili al calore e alle intense scariche di plasma durante il processo PEO, il che ne ha determinato la decomposizione e ha compromesso l’efficacia delle loro funzioni originali nei rivestimenti. «Sorprendentemente, la decomposizione di queste particelle ha avuto anche effetti positivi. Ad esempio, quando sono state introdotte le particelle di LDH, la loro disgregazione ha generato una struttura ceramica schiumosa sul rivestimento che ne ha migliorato significativamente le proprietà fotocatalitiche», spiega Serdechnova. «Sebbene questo risultato sia stato meno efficace ai fini della protezione dalla corrosione, ha aperto la porta a nuove possibilità di applicazione in altri ambiti, come la pulizia ambientale.» Per affrontare le sfide poste da particelle e composti sensibili, i ricercatori hanno inserito specifiche modifiche all’elaborazione del processo PEO e al controllo dell’apporto energetico, proponendo inoltre nuove progettazioni come gusci di silicio, nanocontenitori LDH, materiali magnetici e composti fotoattivi allo scopo di funzionalizzare i rivestimenti sviluppati. Queste innovazioni hanno allargato i confini della tecnologia PEO, spianando la strada per lo sviluppo di rivestimenti dotati di proprietà multifunzionali adatti alle diverse esigenze dei settori industriali.
