RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Nanotecnologie e funzionalizzazione delle superfici per il made in Italy (Made in Italy - Nanotech)

Università di riferimento

Politecnico di MILANO - CHIMICA, MATERIALI E INGEGNERIA CHIMICA - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Mariapia Pedeferri

Descrizione

L’U.O. PoliMi si occuperà di individuare e sperimentare tecnologie innovative di formatura di metalli (in particolare titanio) e trattamenti di finitura superficiale particolarmente idonee per la realizzazione di gioielleria seminobile.

Le tecnologie che verranno sperimentate in collaborazione con aziende del settore, sono la tecnologia di Metal Injection Molding, MIM, e la tecnologia di sinterizzazione laser che permette di ottenere oggetti direttamente nella forma finale.
Lo sviluppo di queste tecnologie è avvenuto negli ultimi anni in settori quali la meccanica e il biomedicale ma non sono ancora state sfruttate in contesti propri del Made in Italy quali il design e l’oreficeria.
La tecnologia MIM è un sistema di formatura dei metalli che integra lo stampaggio a iniezione e la metallurgia delle polveri: in sostanza è assimilabile allo stampaggio di materie plastiche con la differenza che il manufatto finale è completamente metallico. Questa tecnologia permette di realizzare componenti near net shape di forma complessa con precisioni centesimali. Il MIM presenta elementi migliorativi rispetto a molti dei tradizionali sistemi di trasformazione dei metalli, quali la grande libertà di design e l’elevata capacità di dettaglio con un’ottima finitura superficiale, oltre che la possibilità di replicare in serie il prodotto con una eccellente ripetibilità e con uno stretto controllo dimensionale e una riduzione dei costi produttivi.
La sinterizzazione laser di polveri metalliche è un processo mediante il quale è possibile realizzare oggetti con geometrie complesse per addizione di polveri metalliche attraverso un raggio laser e un modello tridimensionale CAD senza attrezzature aggiuntive. Questa tecnologia non richiede l’utilizzo di stampi e sembra quindi particolarmente adatta per la realizzazione di pezzi unici.

Parallelamente verranno sviluppati trattamenti di anodizzazione su titanio metallico che permettano di ottenere film nanostrutturati con peculiari proprietà funzionali ed estetiche.
Pur essendo molto semplice ottenere i colori alla superficie del metallo, per ottenerli intensi e luminosi è necessario seguire accuratamente specifiche modalità di ossidazione. È importante sottolineare che i colori che appaiono alla superficie del titanio, per effetto dell’ossidazione anodica, non sono dovuti alla presenza di pigmenti bensì al fenomeno dell’interferenza.
Il fenomeno della colorazione per interferenza del titanio si verifica per potenziali crescenti fino a circa 130 V. Con l’aumentare dello spessore del film, esso diventa isolante. Aumentando il potenziale applicato fino a valori di 200-300 V ed oltre (a seconda di quale sia l’elettrolita considerato) si determina la formazione di microarchi elettrici che causano la rottura del film nelle zone interessate dall’arco elettrico, la sua fusione locale e la immediata risolidificazione. Ciò comporta la formazione di una superficie microporosa e, se si sceglie adeguatamente l’elettrolita in cui realizzare l’anodizzazione, l’inglobamento nel film di ossido di titanio di specie chimiche presenti in tale elettrolita; a questo tipo di anodizzazione viene generalmente dato il nome di Anodic Spark Deposition (ASD).

I processi di anodizzazione che porteranno ai risultati migliori in termini sia di resa estetica, ovvero quelli che consentono di ottenere le colorazioni più uniformi sature e brillanti, sia di tipo funzionale, in termini durabilità, verranno successivamente trasferiti ai prototipi ottenuti con le tecnologie Metal Injection Molding e sinterizzazione laser. In fine verrà valutata la possibilità di eseguire un trattamento meccanico finale, quale la burattatura o la sabbiatura per modificare le proprietà sensoriali di touch dei gioielli ottenuti

Tutte le fase del progetto prevedono una caratterizzazione scientifica mediante prove di spettrofotometria, diffrazione di raggi X e analisi morfologica. Inoltre per meglio caratterizzare le proprietà di durezza superficiale, nonchè di resistenza all’attrito e all’usura è prevista una fase di caratterizzazione in collaborazione con l’Unità Operativa Roma 3 (nel seguito indicata come U.O. Roma3)

L’attività di ricerca della U.O. PoliMi si articolerà nelle seguenti fasi:

Fase 1: Stato dell’arte (mesi 1-3)
Analisi della letteratura scientifica

Fase 2: Ottenimento di gioielli prototipali (mesi 3-12)
Ottenimento di gioielli prototipali mediante tecnologia di Metal Injection Molding e tecnologia di sinterizzazione laser in collaborazione con aziende del settore in materiali seminobili ed in particolare in titanio.
Caratterizzazione superficiale dei gioielli così ottenuti mediante analisi di durezza, tribologiche e di morfologia superficiale (in collaborazione con l’U.O. Roma3).

Fase 3: Messa a punto dei trattamenti di superficie (mesi 3-12)
Messa a punto e ottimizzazione dei parametri di anodizzazione (composizione della soluzione, densità di corrente, potenziale di anodizzazione) ed eventuali post-trattamenti termici su titanio metallico. In questa fase verranno studiati sia i processi di anodizzazione che danno luogo ai colori di interferenza sia i processi di ASD che conferiscono una colorazione grigio-bruna alla superficie. Verranno infine studiata l’applicazione di trattamenti meccanici al fine di modificare la sensazione tattile.
Caratterizzazione superficiale dei campioni così ottenuti mediante analisi di spettrofotometriche, di diffrazione di raggi X e di morfologia superficiale.

Fase 4: Anodizzazione dei gioielli prototipali (mesi 12-24)
Anodizzazione dei gioielli prototipali prodotti nella Fase 2 con i parametri di processo ottimizzati nella fase 3.
Caratterizzazione superficiale dei gioielli così ottenuti mediante analisi di durezza, tribologiche e di morfologia superficiale (in collaborazione con l’UO Roma3) oltre che mediante analisi spettrofotometriche.
Trattamenti meccanici quali ad esempio la burattatura da effettuarsi sui gioielli prototipali precedentemente anodizzati al fine di modificare la superficie per modulare le proprietà di touch.

Fase 5: Redazione della relazione finale (24).