Studio della morfologia superficiale – marzo 2022
I metalli costituiscono uno dei materiali più importanti delle applicazioni umane. Ovviamente, legno, ceramici, materiali plastici (compositi e non) si affiancano, e a volte li sostituiscono (vedi i compositi polimerici rinforzati con carbonio, vetro, Kevlar….etc.).
È banale ricordare come le proprietà del materiale (e a seguire del manufatto con esso progetto e realizzato) dipendono dalle sue caratteristiche ottenute sia nella produzione del materiale che delle successive fasi di lavorazione (trattamenti termici, rivestimenti superficiali tanto per citarne le due più importanti).
Si ritiene in questa sede che sia noto al lettore, in ambito della scienza dei materiali come un metallo è costituito (si vedano i concetti di celle elementari tipo la cubia a corpo centrato, grano e bordo grano, elementi di alligazione, diagrammi di fase, con particola enfasi e quello Ferro _ Carbonio di acciaio e ghise).
Dato un determinato manufatto in materiale metallico può essere necessario farne una caratterizzazione.
Ricordiamone le principali:
- Microscopia ottica
- Microscopia elettronica (SEM, TEM, AFM, EDX)
- Analisi Raman
- Controlli non distruttivi (ultrasuoni, polveri magnetiche, liquidi penetranti).
Ognuna delle tecniche sopra elencate richiede:
- Preparazione del campione (particolare mentre complessa nel caso della microscopia elettronica)
- Tempi di analisi
- Numeri di ingrandimenti ottenibili
- Interpretazione del dato/immagine/analisi conseguita.
SEM, TEM, AFM arrivano a caratterizzare il materiale su scala fino al raggiungimento del nanometro, mentre con quella ottica il numero di ingrandimenti è decisamente più basso. Per contro l’analisi e rapida, non richiede una preparativa complessa del campione e può essere fatta (entro certi limite) sull’apparato/sistema di cui è necessario fare la caratterizzazione del materiale con cui è costituito. Inoltre, grazie ai software di post-processing, è possibile fare analisi co-focali, di morfologia superficiale 3D, profili, etc.
I microscopi HIROX, rappresentano uno strumento allo stato dell’arte per la caratterizzazione ottica di un metallo (e ovviamente anche per altri materiali) e del suo stato superficiale.
Nelle figure a seguire si osservi un case study relativo alla morfologia superficiale di una chiave.
È possibile fare una prima analisi a 50x e 100x, dove già è possibile vedere il dettaglio dello stato appunto superficiale.
Per arrivare poi da 200x a 1000x dove si evidenzia la struttura dei grani (e relativi bordi), eventuali inclusioni. Ovvero quella caratterizzazione morfologica da cui dipendono tutti i parametri meccanici (resistenza statica e dinamica, rigidezza/elasticità, comportamento a fatica, etc.) del metallo.