La sede di Metallurgia, ubicata presso la facoltà di Ingegneria, dispone di una Biblioteca e di Laboratori ed apparecchiature utili per lo svolgimento di attività di ricerca nel campo della metallurgia di prodotto e di processo. I laboratori della sede di Metallurgia sono strutturati ed organizzati in modo da consentire lo svolgimento di indagini e studi ad ampio spettro. Essi coprono varie aree di ricerca e possono essere suddivisi in: laboratorio di metallografia ottica ed elettronica, laboratorio di proprietà meccaniche e tecnologiche, laboratorio di metallurgia chimica, laboratorio di rivestimenti, strutture e superfici, laboratorio di tribologia. Tali laboratori offrono la possibilità agli studenti prevalentemente del corso di laurea in Ingegneria Chimica ed in Ingegneria Meccanica di svolgere attività di tirocinio e di tesi nel campo dello studio materiali.

Laboratorio di metallografia ottica ed elettronica

(responsabile: Prof. Cavallini)

Il laboratorio di metallografia ottica ed elettronica consta di varie unità ciascuna delle quali è dedicata a particolari operazioni di preparazione metallografica e di caratterizzazione microstrutturale e di fase.

• Preparazione metallografica

La sezione di preparazione metallografica è dotata di troncatrici e di una taglierina metallografica per le operazioni di taglio. È inoltre dotata di apparecchiature che consentono operazioni di sgrossatura e levigatura con carte abrasive e operazioni di lucidatura con paste diamantate o sospensioni abrasive. Nella sezione di preparazione metallografica è inoltre possibile inglobare i campioni con una inglobatrice a caldo ed effettuare attacchi chimici ed elettrochimici delle superfici da esaminare.

• Microscopia ottica

La sezione di microscopia ottica dispone di 3 microscopi metallografici ed uno stereomicroscopio, equipaggiati con sistemi digitali di acquisizione delle immagini.

La sezione di microscopia ottica dispone inoltre del Leica QWin, un software di analisi di immagine che consente di determinare dimensione, forma, orientamento di grani, particelle, porosità ecc. Esso consente inoltre la valutazione percentuale di componenti microstrutturali e l’elaborazione statistica dei dati.

• Microscopia elettronica

Il microscopio elettronico a scansione (SEM) in dotazione al laboratorio consente, grazie alla notevole profondità di campo, l’osservazione di superfici di frattura ed è dunque uno strumento indispensabile per la failure analysis. L’utilizzo del SEM consente l’analisi ad elevato ingrandimento delle microstrutture e la determinazione della composizione chimica delle diverse fasi mediante analisi a dispersione di energia (EDS).

Laboratorio di proprietà meccaniche e tecnologiche

(Responsabile: Prof. Felli)

Il laboratorio tecnologico è composto dalle sezioni.

• Laboratorio caratteristiche meccaniche, forni, laminazione.

La sezione “caratteristiche meccaniche” dispone dei seguenti strumenti per la caratterizzazione meccanica dei materiali.

Il dinamometro universale Instrom 3367 è in grado di effettuare prove sia in trazione che in compressione. Sopporta carichi fino a 50 KN. È corredato da due celle di carico (da ± 30 KN e ± 5 KN) e da diversi estensimetri meccanici (C.O.D. con tratto utile 5 e 10 mm, a pinza con tratto utile da 25 mm e corsa da 12,5 e 25 mm). Sono disponibili diversi tipi di afferraggi per effettuare una vasta gamma di prove di caratterizzazione meccanica.

Nell’ambito del laboratorio l’utilizzo del forno Neutor Digital consente di produrre un’ampia gamma di leghe anche di metalli estremamente reattivi. Tale forno infatti permette di effettuare la fusione sotto vuoto o in atmosfera inerte. Il riscaldamento per induzione che produce un rimescolamento del fuso e la colata centrifuga consentono inoltre di ottenere getti omogenei e privi di soffiature.

Il durometro Wolpert è utilizzato per prove di durezza Brinell, Vickers e Rockwell con carichi fino a 200 Kg

Il durometro Zwick /ZHU è utilizzato per prove di durezza Brinell Vickers e Rockwell con carichi fino a 187,5 Kg.

Il microdurometro Leitz Miniload 2 è indispensabile per prove di microdurezza Vickers, Knoop e scalfitura con carichi estremamente contenuti (dan 1 a 500 g) e misura elettronica della durezza.

Nell’ambito del laboratorio tecnologico sono poi disponibili un dinamometro dinamico idraulico Italsigma srl per prove di fatica assiale (trazione-compressione) con carichi fino a 3000 Kg, un dinamometro dinamico elettromagnetico Giuliani per prove di fatica assiale (trazione) fino a 1000 Kg, nonché dinamometri dinamici elettromeccanici Giuliani per prove di fatica assiale (trazione) fino a 300 Kg.

La sezione “Forni” dispone di stufe e forni elettrici di diversa grandezza e morfologia per poter effettuare trattamenti termici (anche sotto atmosfera protetta) e fusioni di ogni tipo fino a 1200 °C.

• Laboratorio prove non distruttive

Il laboratorio di prove non distruttive comprende varie apparecchiature per la determinazione di difetti sia superficiali che interni. Tale laboratorio è attrezzato per eseguire prove non distruttive con liquidi penetranti colorati, mediante metodo ultrasonoro e magnetoscopico.

• Laboratorio di sensoristica in fibra ottica

Nell’ambito del laboratorio sensoristica in fibra ottica dedicata allo sviluppo di materiali intelligenti (smart materials) vengono sviluppate tecniche di inserimento di fibre ottiche e sensori in fibra ottica in materiali metallici, polimerici e ceramici. Vengono inoltre studiate tecniche di incollaggio dei sensori su varie strutture, edifici , ponti, strutture aerospaziali ecc. Queste tecniche vengono validate da misure spettrometriche correlate con misure di deformazione .

L’apparecchiatura più importante per questa attività, acquistata e gestita in collaborazione con il dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Astronautica è l’Hoptical Spectral Analyse (OSA), Burleigh Multi-line Wide Meter VA-7600.

Laboratorio di metallurgia chimica

(Responsabile: Prof.ssa Lupi)

Il laboratorio di metallurgia chimica consente lo svolgimento di attività concernenti principalmente la metallurgia estrattiva. Le apparecchiature di tale laboratorio consentono di condurre operazioni di lisciviazione, estrazione con solvente per la separazione selettiva di ioni metallici, recupero di metalli da effluenti industriali, elettrodeposizione di metalli e leghe. Le principali attrezzature Assorbimento Atomico, Impianto Pilota di Mixer-Settlers (6+6 stadi), 2 set di strumenti per l’elettrolisi

Laboratorio di rivestimenti, strutture e superfici

(Responsabile: Prof. Natali)

Tale laboratorio è dotato di apparecchiature utili alla realizzazione di rivestimenti superficiali, di apparecchiature per prove di corrosione e di una sezione di diffrattometria RX.

Impianto di laboratorio per rivestimenti in leghe a base di zinco.

L’impianto, utilizzato per zincare piccoli campioni di acciaio, è completamente gestito da un personal computer che controlla i principali parametri del processo; in particolare: la velocità di immersione nel bagno; il tempo di permanenza nel fuso; la velocità di estrazione del campione.

La limitata capacità del bagno (circa 7 litri) permette di sperimentare con elevata flessibilità rivestimenti a base di zinco

Apparecchiature per prove di corrosione.

Oltre alle consuete attrezzature per le caratterizzazioni elettrochimiche relative alla resistenza alla corrosione dei materiali metallici, il laboratorio dispone di una camera umidostatica per prove Kesternich secondo la normativa DIN 50018

Spettrofotometro a sfera.

Nell’ambito di studi relativi alla fabbricazione ed all’analisi di leghe preziose e di leghe a base di rame il laboratorio dispone di uno spettrofotometro a sfera in grado di rilevare la curva di riflettanza spettrale nel campo del visibile e di associare al colore i corrispondenti valori CieLab.

Diffrattomentria RX

Il laboratorio di diffrazione RX dispone di un diffrattometro Philips X’Pert Pro che utilizza una radiazione Cu Kα ed un monocromatore. Le tecniche di indagine, utilizzate presso tale laboratorio consentono di esaminare campioni sia in polvere che massivi. I dati forniti dallo strumento sono elaborati tramite software X'Pert e le fasi identificate tramite database PDF2.

Laboratorio di Tribologia

(Responsabile Prof.ssa Borruto)

Il laboratorio di tribologia è dedicato allo studio dell’usura dei materiali, volgendo l’attenzione sia ai fenomeni di base, in particolare le interazioni superficie-ambiente e le alterazioni sub-superficiali dei materiali, sia all’esame di materiali applicativi per la ricerca di soluzioni atte minimizzare l’usura.

Le macchine in dotazione sono:

1. tribometro Amsler (A 135) che realizza tra i materiali a contatto sia un rotolamento puro, sia un rotolamento accompagnato da strisciamento, sia un’ usura di puro strisciamento;

2. tribometro Pin on Disk (METRO COM) che realizza tra i materiali a contatto uno strisciamento del 100%.

Con dette macchine è possibile realizzare:

§ prove di usura a secco e con lubrificazione in olio, acqua e siero umano;

§ accoppiamenti omogenei ed eterogenei, in relazione ai parametri: tenore in ossigeno dell’ atmosfera, tasso di strisciamento, carico applicato e stato superficiale (durezza, rugosità, bagnabilità).

La rugosità superficiale viene rilevata mediante un rugosimetro (Mitutoyo).

Laboratorio Idrogeno

(Responsabile Prof. Bernabai)

Le apparecchiature in dotazione al laboratorio idrogeno sono:

1. forno LECO HW200, che permette di rilevare la quantità di idrogeno per 100g di peso del campione a diverse temperature di misura (100¸900 °C) e in diversi steps;

2. macchine per il caricamento elettrolitico di idrogeno.

Lo studio delle modalità di interazione idrogeno–acciai viene effettuato presso questo laboratorio con diversi metodi di indagine:

§ metodo della frattura differita, per evidenziare la tendenza del materiale alla formazione e allo sviluppo delle cricche da idrogeno;

§ metodo della frattura pre-maturata, per fornire una valutazione del comportamento dell’acciaio in ambiente idrogenante, più vicina alle condizioni reali di lavoro. Tale metodo consiste nella idrogenazione di un campione in una cella elettrolitica con una soluzione 0.1N di H₂SO₄, a carico costante, con una densità di corrente prefissata al variare del tempo di carica in idrogeno. Al raggiungimento di un determinato tempo di carica, viene fermata l’idrogenazione e dopo un tempo standard di 3 minuti il campione viene portato a rottura in una macchina di trazione. Si esamina al SEM la facies della frattura.

§ metodo della misura della quantità di idrogeno caricato elettrochimicamente (analisi al forno LECO), adatto a stabilire la correlazione tra la variazione delle caratteristiche meccaniche degli acciai e la quantità di idrogeno assorbita.

Il gruppo metallurgia svolge attività ad ampio spettro di riguardanti relazione struttura-proprietà di leghe ferrose e non ferrose, tribologia, metallurgia estrattiva, rivestimenti protettivi, archeometallurgia, failure analisys. In particolare i più recenti progetti di ricerca svolti in ambito nazionale e/o internazionale sono i seguenti:

Archeometallurgia: Ricerca finanziata dalla Facoltà negli anni 2003 e 2004. Essa comprende analisi metallografiche e chimiche su reperti archeologici in collaborazione con soprintendenze, musei, centri di ricerca universitari. Ricerche di storia della tecnica, con particolare riguardo alla metallurgia. Studio di processi di fabbricazione di antiche monete false (subaeratae). Produzione di leghe metalliche di composizione “antica”.

Colaminati: Ricerca finanziata mediante contratto con il Centro Sviluppo Materiali. Tale ricerca prevede la messa a punto del processo di colaminazione per materiali resistenti alle alte temperature: Al/acciaio inox e Al/Ti. studio dei processi diffusivi, dei meccanismi di ossidazione e del comportamento al ciclaggio termico

Colorimetria: Caratterizzazione colorimetrica di leghe di rame per lo studio degli effetti degli elementi di lega sulla variazione del colore; valutazione della variazione del colore per effetto dell’esposizione ad ambienti differenti.

Fatica: Ricerca finanziata nell’ambito del PRIN 2005. Caratterizzazione del comportamento a fatica di materiali metallici, in particolare leghe di alluminio, ghise sferoidali e acciai inossidabili duplex sinterizzati. Morfologia della frattura.

Sensoristica in fibra ottica: Ricerca condotta nell’ambito di PRIN 2003; Contratti Alenia, Teknoconsulting Srl, collaborazione ENEA e INFN. Tale ricerca prevede l’inserimento di sensori in fibra ottica in strutture metalliche, composite e litiche per aeronautica (analisi modale strutture aereospaziali), strutture civili (ponte a Cremona, strutture TAV, pesatura dinamica del traffico), beni culturali (scuola grande di S.Rocco, campanile di S.Giacomo dell’Orio, cavallo del Colleoni); realizzazione della catena di misura; messa a punto di un sensore criogenico; monitoraggio alte temperature.

Idrogeno: La ricerca sino ad ora effettuata e divulgata in numerose pubblicazioni, è stata diretta a studiare le modalità di interazione idrogeno- acciai e ha preso in esame i seguenti materiali: acciai AISI 9840, AISI 420 , AISI 304 , acciai per impianti chimici e petrolchimici che lavorano in idrogeno sia in alta pressione che ad alta temperatura (A 333P11), rivestimenti superficiali ottenuti con la tecnologia del welding overlay ( AISI 316 L e Inconel 625).

Partecipazione a progetti finanziati:

o Progetto Murst 40% anno 2003: Stoccaggio e trasporto di gas contenenti idrogeno.

o Programma Strategico FISR ( anno 2004/2008) Nuovi sistemi di produzione e gestione dell’energia.

o Progetto FISR “TEPSI (2005/2009) Tecnologie e Processi innovativi per affrontare la transizione e preparare il futuro del Sistema Idrogeno. Capofila Contratto: Enea.

Intermetallici: Ricerca finanziata dalla facoltà nel 2005 e nel 2006. Tale ricerca si propone la fabbricazione e caratterizzazione di leghe Mg-Ni-terre rare e di leghe Ti-Al. Queste ultime sono caratterizzate a caldo proprio perché risultano di notevole interesse per applicazioni alle alte temperature, in particolare in campo energetico.

Recupero metalli: Recupero non ferrosi: Ni e Co da accumulatori esausti, Zn da polveri EAF, Cu da scrap, metalli nobili da scrap elettronici.

Rivestimenti: Studio e caratterizzazione di processi di rivestimento in discontinuo di leghe di Zn su acciai sia per hot dipping che per elettrodeposizione

Tribologia: La ricerca sino ad ora effettuata e divulgata in numerose pubblicazioni ha affrontato sia i fenomeni di base, in particolare le interazioni superficie-ambiente e le alterazioni sub-superficiali dei materiali, sia l’esame di materiali applicativi per la ricerca di soluzioni atte minimizzare l’usura.

E’ stata presa in esame l’usura dei seguenti materiali:

o materiali ferrosi: acciai al carbonio, acciai inossidabili al cromo, al nichel cromo, acciai maraging, acciai super rapidi, stelliti, ghise lamellari, acciai per utensili;

o sinterizzati ferrosi: sinterizzati a varie densità e nei diversi stati (sinterizzato semplice , impregnato e trattato a vapore); progetto di un nuovo materiale autolubrificante;

o materiali compositi: studio di compositi innovativi rinforzati in fibra di carbonio

o materiali per impiego biotecnologico con particolare riguardo al sistema biotribologico della protesi d’anca che ha dato luogo ad un brevetto nazionale "protesi d’anca con relativo metodo di progettazione" del 23 ottobre 2001. In pending in Europa e America.

Partecipazione a progetti finanziati:

o Progetto Murst 40% anno 1999: progettazione di un multistrato finalizzato alla resistenza all’usura.

o Progetto Murst 40% anno 2000: studio dell’usura di protesi d’anca .

o Progetto Murst 40% anno 2001: studio dell’usura di protesi d’anca .

o Progetto Murst 40% anno 2002: biomateriali innovativi, finalizzata allo studio dell’usura di protesi d’anca.

Dove

Indirizzo: Via Eudossiana 18, I-00184 Roma

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