Studio dei processi di fretting su materiali di interesse aeronautico.

Nel settore aeronautico la scelta dei materiali strutturali è strettamente legata alla necessità di combinare elevate prestazioni meccaniche con una ridotta massa dei componenti. Per questo motivo, le leghe di alluminio trovano largo impiego nella realizzazione di strutture quali fusoliere, ali e relativi elementi di collegamento, grazie alla bassa densità e all’elevato rapporto tra resistenza meccanica e peso. La riduzione della massa delle strutture rappresenta infatti un aspetto di primaria importanza in campo aeronautico, in quanto consente di diminuire il consumo di combustibile e, conseguentemente, le emissioni associate all’esercizio del velivolo. Tra le diverse famiglie di leghe di alluminio, quelle appartenenti alla serie 7xxx sono particolarmente impiegate in campo aeronautico grazie alla combinazione di elevata resistenza meccanica, buona tenacità a frattura e adeguata resistenza a fatica. Durante il funzionamento, numerosi componenti aeronautici sono tuttavia sottoposti a carichi ciclici e a piccoli spostamenti relativi in corrispondenza delle superfici di contatto. Tali condizioni possono determinare l’insorgenza del fretting, fenomeno tribologico caratterizzato dalla combinazione di elevate pressioni di contatto e movimenti oscillatori di piccola ampiezza. Tale forma di danneggiamento può compromettere progressivamente l’integrità delle superfici e contribuire alla riduzione della vita utile dei componenti. Per questo motivo risulta importante approfondire il comportamento dei materiali sottoposti a tali condizioni e valutare possibili strategie volte a modificarne la risposta superficiale, tra cui l’impiego di rivestimenti protettivi ad elevata resistenza all’usura. In questo contesto, il presente lavoro di Tesi è stato finalizzato allo studio sperimentale dei processi di fretting in differenti accoppiamenti di materiali di interesse aeronautico, con particolare attenzione all’influenza esercitata dai materiali costituenti il contatto. L’attività sperimentale è stata impostata confrontando differenti combinazioni tra dischetto e controcorpo, includendo sia materiali non rivestiti sia superfici modificate mediante rivestimenti. Per ciascun accoppiamento sono state effettuate prove variando il carico normale e l’ampiezza di spostamento, allo scopo di individuare il comportamento del sistema nelle diverse condizioni investigate e costruire le relative mappe di fretting. Le tracce ottenute sono state successivamente caratterizzate mediante microscopia elettronica SEM-FEG e analisi EDX, così da mettere in relazione il comportamento osservato durante le prove con le modificazioni morfologiche e composizionali sviluppatesi sulla superficie. Per alcune condizioni sono state inoltre realizzate sezioni mediante FIB, al fine di approfondire il danneggiamento sub-superficiale e verificare la presenza e lo sviluppo di cricche. Il confronto tra i differenti sistemi analizzati ha avuto infine l’obiettivo di valutare l’effetto della variazione dei materiali costituenti la coppia tribologica e dell’impiego di rivestimenti superficiali sulla risposta a fretting, fornendo una caratterizzazione comparativa dei regimi e dei principali meccanismi di danneggiamento sviluppatisi nelle condizioni di prova considerate.