Le nanoparticelle offrono le proprietà dei diamanti ai rivestimenti
I motori a combustione interna convertono l’energia chimica dei carburanti in energia cinetica causando il movimento delle varie parti in condizioni di ciclo rapido e con valori elevati di temperatura e pressione. L’inefficienza dei motori determina un aumento del consumo di carburante e delle relative emissioni. Un consorzio europeo ha sviluppato rivestimenti superlubrificanti e antiusura a base di diamante nanostrutturato nell’ambito del progetto ADEC (Advanced low friction engine coating). La nuova tecnologia ha riguardato lo sviluppo di nanoparticelle di diamanti funzionalizzate e la loro dispersione in una matrice metallica, innovativi processi galvanici, l’ossidazione elettrolitica del plasma, rivestimenti in carbonio simile a diamante (DLC) contenenti metallo e materiali appropriati per i pistoni e le fasce elastiche. I ricercatori hanno funzionalizzato con successo nanodiamanti con atomi di idrogeno. Questi gruppi funzionali rappresentano punti di collegamento tra le nanoparticelle e il materiale. Con il forte potenziale zeta, hanno formato dispersioni stabili di particelle di nanodiamanti in una zona a pH leggermente acido. Lo sviluppo ha compreso sia la ri-funzionalizzazione della superficie di gradi a nanodiamanti commerciali esistenti che ulteriori fasi di lavorazione per introdurre particelle a nanodiamanti in una forma a dispersione acquosa. Dopo il trattamento dei nanodiamanti con idrogeno, i ricercatori li hanno depositati in placcature di nickel. L’aggiunta di nanodiamanti in questa placcatura di metallo l’ha resa all’avanguardia a causa della personalizzazione della purezza e della distribuzione delle dimensioni delle nanoparticelle. Ad eccezione dei nanodiamanti, i ricercatori hanno inoltre effettuato prove con altri elementi di dispersione in placcature di nickel come il nitruro di boro esagonale, il fluoruro di calcio e il carburo di silicio. Test di rivestimenti a dispersione su una parete del cilindro hanno dato risultati promettenti. Il team ha poi provato ad aggiungere silicio e tungsteno a rivestimenti in carbonio simile a diamante, ottenendo in tal modo rivestimenti in grado di tollerare le temperature più elevate. Le prove su pistoni e segmenti hanno rivelato un minore attrito e una minore usura del motore, consentendo anche una significativa riduzione della temperatura di funzionamento del cilindro. I rivestimenti super-lubrificanti di ADEC, a base di nanoparticelle di diamanti altamente resistenti all’usura per l’impiego nei motori a combustione miglioreranno la durata dei componenti, riducendo le sostanze inquinanti come il biossido di carbonio. La tecnologia è promettente e aumenterà in modo significativo la posizione competitiva delle piccole e medie imprese coinvolte nel progetto e contemporaneamente sosterrà gli obiettivi dell’UE in materia di risparmio di carburante e di riduzione delle emissioni.
Parole chiave
Nanoparticelle, rivestimenti, nanodiamanti, motore, superlubrificante, resistente all’usura, ADEC
