EuroWire January 2015

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Articolo tecnico
Gennaio 2015 68
3 Descrizione e
analisi di trafile
con rivestimento
composito a
base di diamante
nanocristallino
(nano-dies)
Le Figure 2a e 2b illustrano la morfologia
superficiale dei rivestimenti al dia-
mante policristallino tradizionale e
nanocristallino. La pellicola di diamante
policristallino convenzionale illustrata
nella Fig. 2a, mostra una superficie del
diamante microcristallino ben sfaccettata
con una granulometria da 2 a 4μm.
La superficie è molto ruvida e consiste
in una combinazione di facce {111} e
{110}. Invece, la pellicola di diamante
nanocristallino illustrato sulla Fig. 2b
appare molto densa con una morfologia a
grano fine (dimensioni del grano di circa
50nm). La morfologia della superficie
è priva di sfaccettature e molto più
liscia rispetto alle pellicole di diamante
policristallino.
La Fig. 3 mostra lo spettro Raman dei
rivestimenti compositi delle pellicole
di diamante policristallino e diamante
nanocristallino. Per le pellicole di
diamante policristallino tradizionali,
l’unico picco marcato caratteristico del
diamante (carbonio sp3) si manifesta a
1.332cm-1. Per le pellicole di diamante
nanocristallino, un picco caratteristico
per il diamante (carbonio sp3) si manifesta
vicino a 1.339cm-1. Un ampio picco vicino a
1.580cm-1 corrisponde al carbonio amorfo
o al carbonio non-diamante (carbonio sp2).
Si può dedurre che la pellicola di diamante
policristallino convenzionale contiene
una quantità di gran lunga inferiore
di componente non-diamante. Per il
diamante nanocristallino, la banda del
diamante a 1.332cm-1 è significativamente
più ampio, e l’intensità dello scattering
Raman risulta marcata vicino all’area
di 1.560cm -1. L’ampliamento della
banda del diamante è la conseguenza
della diminuzione della granulometria
su scala nanometrica, e la presenza
dell’intensità dello scattering a 1.560cm-1
è dovuta all’aumento dei componenti
con ibridazione sp2 tipo grafite o carbonio
amorfo ai confini del grano nelle pellicole.
Lo scattering Raman è 50~60 volte più
elevato per il carbonio con ibridazione
sp2 rispetto al carbonio con ibridazione
sp3, pertanto il componente di diamante
è predominante nelle pellicole. Lo
spettro di Raman delle pellicole di
diamante nanocristallino nella può essere
considerato come la rappresentazione
della superficie della pellicola composta
di diamante poiché lo spettro di Raman
mostra la struttura dello strato superiore
della pellicola.
I profili della superficie del rivestimento di
diamante policristallino convenzionale e
del rivestimento composito nanocristallino
sono stati testati con lo stesso spessore
in 5 siti di campionatura utilizzando un
profilometro per l’analisi delle superfici
ed i risultati della rugosità della superficie
(Ra) furono rispettivamente 309,64nm e
104,71nm. Al confronto, la rugosità (Ra)
del rivestimento composito di diamante
nanocristallino poteva raggiungere 30nm
o persino valori inferiori dopo la levigatura
meccanica.
In base alla descrizione e all’analisi, il
rivestimento di diamante nanocristallino
presenta una superficie liscia con una
granulometria di circa 50nm, che è di
gran lunga inferiore rispetto a quella dei
rivestimenti di diamante policristallino
tradizionali. Ciò risulta vantaggioso per
la levigatura superficiale dei rivestimenti
di diamante. Pertanto, le filiere con
rivestimenti compositi di diamante
nanocristallino (nano-dies) possono essere
facilmente fabbricate, (si veda la Figura 4
con corpo della filiera), per soddisfare i
requisiti di eccellente resistenza all’usura,
finitura di altissima qualità, e attrito ridotto
con l’alluminio.
4 Prove di applica-
zione delle filiere
rivestite di diamante
nanocristallino nella
trafilatura del filo
di alluminio
4.1 Prove tradizionali di applicazione
di filiere rivestite di diamante
nanocristallino nella trafilatura di
filo di alluminio
Sono state preparate delle filiere rivestite
di diamante nanocristallino (nano-dies)
con varie specifiche (diametro interno
inferiore a 4mm) per la trafilatura di filo
di alluminio utilizzando la tecnologia
per i rivestimenti compositi di diamante
nanocristallino e la successiva tecnologia
di levigatura sopra descritte. In base a
delle prove pratiche di trafilatura del
filo di alluminio e del filo di alluminio
smaltato effettuate in linee di produzione
di clienti in Cina, i rivestimenti compositi
di diamante nanocristallino mostrano
caratteristiche di adesione molto buone,
resistenza all’usura e un attrito superficiale
di gran lunga inferiore. Le filiere rivestite
di diamante nanocristallino hanno
evidenziato un aumento della vita utile
dal 10% al 25% circa, con una velocità
di trafilatura approssimativa di 15m/
secondo. Ciò consente non solo di ridurre
i costi delle filiera di trafilatura, ma anche
di ridurre considerevolmente i tempi
di cambio (solo il 4% rispetto al 10%
del processo precedente) e pertanto di
aumentare radicalmente la produttività.
Grazie ad un coefficiente di attrito così
ridotto fra il rivestimento in diamante
nanocristallino delle filiere e il conduttore
di alluminio (pari solo a circa 0,09),
l’utilizzo di tali filiere può ovviamente
migliorare la finitura superficiale dei
prodotti trafilati ed evitare l’usura causato
dall’alluminio nelle filiere di trafilatura.
L’eccellente resistenza all’usura del
rivestimento in diamante nanocristallino
delle filiere consente di ottenere un filo
dal diametro uniforme e di risparmiare
la materia prima fino all’1~2%. Inoltre, le
filiere rivestite di diamante nanocristallino
sono indicate per la trafilatura di filo ad
alta velocità e per i processi ecologici di
trafilatura di filo “senza decapaggio”.
4.2 Lubrificazione ad acqua applicata
al processo di trafilatura di filo
di alluminio, cavi coassiali e tubi
compositi di alluminio-plastica
con filiere rivestite di diamante
nanocristallino
Le filiere rivestite di diamante nano-
cristallino esaminate in questo articolo
presentano un altro vantaggio principale,
ovvero il cambiamento del metodo di
lubrificazione grazie all’introduzione di
un elemento ecologico estremamente
interessante, oltre al risparmio dei costi
diretti.
▲ ▲ Figura 5: Utilizzo della lubrificazione ad acqua
nel processo di trafilatura di tubi compositi di
alluminio e plastica con filiere rivestite in diamante
nanocristallino e aspetto del prodotto di alluminio
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