Una nuova combinazione di rivestimento e metodo di applicazione protegge le superfici delle ali
Il settore aeronautico fa largo uso dei polimeri rinforzati con fibre di carbonio (carbon fibre reinforced polymers, CFRP). Si tratta di un materiale rigido e leggero, oltre che liscio. Di conseguenza le superfici dei velivoli, quali i pannelli delle ali e i bordi d’attacco, sono spesso realizzati in CFRP, che contribuiscono a ridurre la resistenza aerodinamica. Tuttavia, i CFRP sono soggetti all’erosione. Infatti, le particelle trasportate dall’aria e la pioggia agiscono come carta vetrata sulle ali dei velivoli. È per questo che le superfici strategiche, come i bordi d’attacco delle ali, sono rivestite per proteggerle dall’erosione. I rivestimenti attuali sono però inadeguati a questo scopo, perché devono essere riapplicati costantemente, oltre ad avere scarse proprietà di conduzione termica ed elettrica. Ciò significa che offrono poca protezione contro i fulmini e hanno scarse capacità di sghiacciamento e antighiaccio. Il settore ha bisogno di un nuovo rivestimento, che il progetto WINNER, finanziato dall’UE, ha sviluppato. Il gruppo di ricerca ha compiuto passi avanti su diversi rivestimenti di protezione dall’erosione, da usare su pannelli alari con varie proprietà elettriche e termiche. L’obiettivo era fornire protezione dall’erosione, dai fulmini e dal ghiaccio.
Rivestimenti a strati
I rivestimenti si basano su più strati di titanio e nitruro di titanio. Il titanio è un metallo duro ma leggero in grado di assorbire l’energia d’urto, mentre il nitruro di titanio è una ceramica dura ma fragile, spesso usata per i rivestimenti degli utensili, che però si incrina con l’impatto. L’uso di entrambi i materiali ne combina i vantaggi. «Per questo motivo», spiega il coordinatore del progetto Borja Coto, «abbiamo dovuto progettare un’architettura a pila di rivestimenti, utilizzando i materiali a strati alternati come in una lasagna». Applicare i rivestimenti al substrato in CFRP comporta difficoltà specifiche poiché, essendo essenzialmente materiali plastici, hanno bisogno di un’applicazione a bassa temperatura.
Applicazione a vapore
Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori di WINNER hanno modificato una tecnologia di rivestimento esistente, chiamata deposizione fisica da vapore (physical vapour deposition, PVD), per usarla con i nuovi rivestimenti del progetto. La PVD vaporizza il materiale di rivestimento in una camera a vuoto e poi lo deposita sulla superficie. I vantaggi fondamentali sono il fatto che la PVD funziona con molti materiali, può creare uno o più strati su molti tipi di substrato (fra cui i CFRP) e consente un controllo preciso dello spessore. La combinazione di composti protettivi in titanio e PVD non era mai stata provata. I risultati indicano che l’applicazione PVD del nuovo rivestimento fornisce una buona protezione dall’erosione. «C’è ancora un certo margine di miglioramento del livello di protezione dall’erosione provocata dalla pioggia» afferma Coto. «In termini di proprietà elettriche, abbiamo ottenuto rivestimenti resistivi, ma l’attenzione principale del progetto era rivolta alle proprietà relative all’erosione.» Il risultato più importante sono state le nuove conoscenze acquisite sulle complessità dei diversi tipi di erosione su rivestimenti PVD su CFPR, importanti per progettare strategie di rivestimento adeguate. Successivamente, il gruppo ottimizzerà i rivestimenti usando altri materiali candidati, quali il cromo e il nitruro di cromo, che potrebbero essere utilizzati come strati intermedi con il titanio e il nitruro di titanio, per migliorare l’aderenza e, quindi, la protezione dalla pioggia. In futuro, l’aggiunta di altri composti ancora per modificare le proprietà elettriche potrebbe essere d’aiuto per la protezione dai fulmini e lo sbrinamento. Tutti i rivestimenti dovranno infine essere testati e verificati conformemente alle norme di sicurezza del settore aeronautico. Il progetto WINNER ha aperto la strada alla futura applicazione di rivestimenti sulle ali degli aerei. Tali rivestimenti sono una parte integrante dell’ampia base di lavoro europea per migliorare l’efficienza energetica e l’impatto ambientale dell’aviazione.
Parole chiave
WINNER, rivestimento, erosione, CFRP, PVD, ala di aeromobile, aviazione, polimeri rinforzati con fibre di carbonio, protezione dall’erosione, deposizione fisica da vapore
