Miglioramento del comportamento a fatica in CMM: risultati e prospettive

I compositi a matrice metallica (CMM) in lega di Al e rinforzo particellare ceramico (Al2O3, SiC) si sono materiali strutturali interessanti per impieghi che richiedono elevati valori di resistenza meccanica, rigidità, resistenza a fatica, all’usura ed al creep. Tali compositi presentano un comportamento a fatica migliore delle corrispondenti leghe monolitiche [1]. In generale il comportamento a fatica di questi materiali dipende in maniera critica dai meccanismi di innesco e di propagazione delle cricche, strettamente correlati con la presenza di una fase ceramica associata ad una o più fasi metalliche [2,3]. Zone di particolare debolezza possono essere individuate in corrispondenza della superficie esterna dei campioni, a causa dei numerosi difetti connessi con la presenza di vuoti lasciati da particelle di rinforzo scalzate [4] e della distribuzione disomogenea di sforzi e deformazioni [5]. I metodi classici (lucidatura meccanica, laminazione, pallinatura etc.), impiegati per migliorare il comportamento a fatica di leghe metalliche, perdono parte della loro efficacia quando sono utilizzati con i CMM [6,7]. Altre tecniche meno convenzionali come impiantazione ionica e dynamic ion mixing (DIM) [8,9], che hanno dato promettenti risultati con leghe metalliche e materiali ceramici, non sono ancora state sperimentate con i CMM. Allo scopo di migliorare lo stato delle superfici di CMM, decisivo ai fini del comportamento a fatica, è stata messa a punto una tecnica di ricopertura con strati di Ti di spessore sottile (£ 2 mm) mediante sputtering [4,10,11,12]. La deposizione sputtering viene effettuata a temperatura ambiente per non alterare la struttura della matrice e consente di ottenere una ricopertura omogenea, di elevata durezza e con una buona adesione al substrato. I campioni trattati in questo modo mostrano, nella fatica a flessione rotante (a parità di condizioni di prova), un sensibile miglioramento della vita a fatica rispetto ai campioni non ricoperti. In questo lavoro vengono presentati i risultati ottenuti con diversi compositi aventi matrice in lega di Al (6061, 2618, A359) e rinforzo particellare in SiC o Al2O3, prodotti mediante metallurgia delle polveri o per fonderia, le cui caratteristiche sono in Tab. 1. Sono state effettuate anche prove di fatica a temperature di interesse per applicazioni industriali.