Analisi fisico-meccaniche avanzate delle superfici, dalla macro alla nano-scala

Analisi fisico-meccaniche avanzate delle superfici, dalla macro alla nano-scala

Estratto dalla relazione presentata durante i P&E Coating Days 2025 di
Lorenzo Mendola, Nanovea

Le crescenti esigenze prestazionali dei moderni rivestimenti, insieme alla diffusione di nanoparticelle, additivi funzionali e strutture nanocomposite, richiedono metodi di caratterizzazione sempre più precisi, oggettivi e riproducibili. In questo contesto, Nanovea propone tecnologie di misura e analisi capaci di caratterizzare superfici e coating dalla scala macroscopica fino a quella nano, supportando sia il controllo qualità sia le attività di ricerca e sviluppo.

La piattaforma comprende Mechanical Tester, tribometri e profilometri ottici 3D non a contatto, strumenti attraverso i quali è possibile trasformare valutazioni tradizionalmente qualitative in dati quantitativi direttamente confrontabili.

Dalla valutazione empirica alla caratterizzazione strumentale

Proprietà come durezza, adesione e resistenza al graffio sono state spesso valutate attraverso prove basate sull’osservazione dell’operatore. I sistemi strumentati Nanovea consentono invece di misurare parametri quali durezza, modulo elastico, carico critico di delaminazione, profondità di penetrazione, coefficiente di attrito, volume di usura ed energia dissipata, offrendo una descrizione più completa e riproducibile del comportamento del rivestimento.

La nanoindentazione e microindentazione permettono di determinare durezza, modulo elastico e comportamento elasto-plastico e viscoelastico, oltre al fenomeno del creep, particolarmente importante per valutare la stabilità e la durabilità dei coating polimerici nel tempo.

Lo scratch test consente invece di analizzare resistenza al graffio e adesione, identificando con precisione l’innesco di deformazioni, cricche, delaminazione e distacco del rivestimento.

Attrito, usura e condizioni operative

La tribometria permette di misurare coefficiente di attrito statico e dinamico e resistenza all’usura, correlando i dati con la profondità e il volume del materiale asportato. Le prove possono essere effettuate in condizioni ambientali controllate, con temperature da -40 °C a 1000 °C, umidità variabile, liquidi e lubrificanti, fino a condizioni di tribocorrosione e alte velocità di rotazione.

Questa flessibilità consente di simulare condizioni operative reali e verificare come temperatura, umidità e ambiente possano modificare il comportamento di vernici e rivestimenti.

La superficie osservata in 3D

I profilometri ottici 3D non a contatto, basati sulla tecnologia Chromatic White Light Sensor, permettono di acquisire la topografia delle superfici senza alterare il campione. Le analisi forniscono dati su rugosità, ondulazione, planarità, difetti, spessore, profondità e volume delle tracce di usura, permettendo di caratterizzare anche superfici trasparenti, delicate o particolarmente complesse.

Nel settore del coating, la profilometria consente di quantificare difetti come crateri, micrograffi, buccia d’arancia e irregolarità di distribuzione, correlando la morfologia superficiale alle condizioni di applicazione e di essiccazione.

Applicazioni e casi industriali

Le tecniche Nanovea hanno trovato applicazione in diversi ambiti. La nanoindentazione permette, ad esempio, di caratterizzare coating sottilissimi come il TiCrN, mentre la combinazione tra scratch test e profilometria 3D consente di analizzare con precisione il comportamento di sistemi multilayer.

Nel settore automotive, prove eseguite su componenti provenienti da diversi fornitori hanno evidenziato differenze significative nelle prestazioni di rivestimenti apparentemente equivalenti dal punto di vista della composizione chimica. Altri test hanno dimostrato l’influenza della temperatura e dell’umidità sul comportamento tribologico e meccanico dei materiali.

Particolarmente significativo anche il caso di un coating polimerico di appena 15 nm applicato a stent cardiaci, nel quale lo scratch test ha permesso di individuare problemi di adesione riconducibili alla pulizia del processo produttivo.

L’integrazione di nanoindentazione, scratch test, tribometria e profilometria 3D offre quindi al settore dei trattamenti superficiali un approccio completo alla caratterizzazione dei materiali: dalla comprensione delle proprietà meccaniche locali alla valutazione dell’usura e della topografia, fino all’analisi delle prestazioni in condizioni operative reali. Un supporto concreto per sviluppare coating più performanti, ottimizzare i processi e trasformare la caratterizzazione delle superfici da valutazione empirica a decisione basata su dati oggettivi.

L’articolo completo è disponibile su Verniciatura Industriale 699-700.