I polimeri placcati al titanio potrebbero rivoluzionare i componenti in materiali compositi
Per la produzione moderna si utilizza un’ampia gamma di componenti in materiali compositi leggeri ed economici, come i polimeri placcati in metallo, che spesso trovano applicazione (sebbene con scarsa adesione) per gli elementi decorativi, come la rubinetteria da bagno. Questi componenti sono usati diffusamente anche in ambito elettronico, ad esempio per gli armadi elettrici, grazie alla conduttività della placcatura metallica e alla leggerezza del polimero. La placcatura metallica tradizionale ha però un limite: gran parte dei metalli non è biocompatibile, e dunque non è sicura per il contatto con il corpo umano. Grazie alla sua biocompatibilità, la placcatura in nichel-cromo è stata usata tradizionalmente come soluzione alternativa per alcune applicazioni, ma la sua lavorazione richiede l’uso di sostanze chimiche pericolose. Per affrontare il problema, Polymertal ha sviluppato un trattamento chimico innovativo per le superfici polimeriche, abbinato a un processo di placcatura ingegneristica specializzato, che ha consentito la produzione di componenti complessi ibridi in metallo-polimero. Grazie al progetto TiPlate, finanziato dall’UE, l’azienda ha sviluppato la placcatura del titanio utilizzando solo sostanze chimiche sicure conformi alle direttive REACH e ROHS. «Crediamo che TiPlate possa rivoluzionare il settore della placcatura dei metalli nei casi in cui la biocompatibilità è fondamentale, ad esempio per le apparecchiature mediche o le componenti automobilistiche che entrano in contatto con il corpo umano», afferma Sabina Ifraimov, responsabile tecnologica e scientifica di TiPlate. Il lavoro per la registrazione di un brevetto è già ben avviato e l’azienda sta attuando sforzi di commercializzazione mirati, indagando applicazioni in diversi settori.
La deposizione elettroforetica ottimizza la placcatura del titanio
La placcatura tradizionale del titanio si ottiene con la tecnologia dell’evaporazione sottovuoto o con la placcatura elettrolitica da sali fusi, ma entrambe presentano dei limiti. La tecnologia di evaporazione crea uno strato estremamente sottile di placcatura metallica (fino a 1 micron) e alcune aree dei pezzi complessi rischiano di essere schermate dal processo di placcatura, compromettendone l’uniformità. Inoltre, è possibile placcare solo strutture di determinate dimensioni. Poiché le alte temperature (oltre 800 °C) necessarie per la placcatura elettrolitica da sali fusi decomporrebbero i polimeri, il team ha messo alla prova una placcatura elettrolitica basata sulla dissoluzione del sale di titanio in una soluzione elettrolitica, applicando poi una corrente elettrica per convertirlo in metallo. Anche questo metodo, tuttavia, si è rivelato inefficace. «Le soluzioni tradizionali basate sull’acqua comportano problemi come la sovratensione dell’idrogeno, e uno spreco di energia per convertire l’idrogeno dell’acqua in gas, causando un processo altamente inefficiente. Inoltre, la formazione di bolle d’idrogeno ha aggravato la situazione, dando luogo a una placcatura porosa», spiega Ifraimov. La svolta è stata lo sviluppo di un nuovo processo di placcatura basato sulla deposizione elettroforetica da particelle di titanio disperse, a temperatura ambiente. L’équipe ha sperimentato diversi parametri di placcatura, tra cui alcune modifiche alla composizione della dispersione e alla configurazione della cella, per ottimizzare il processo. Sono state quindi impiegate diverse tecniche di valutazione, tra cui misurazioni elettrochimiche, come la ciclovoltammetria, insieme a valutazioni morfologiche utilizzando la microscopia ottica, la microscopia elettronica a scansione e la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia.
Una rivoluzione nel mercato dei componenti in metallo-polimero
Il risultato è un processo economico che, secondo Ifraimov, potrebbe aprire diverse opportunità di mercato. «TiPlate offre molteplici vantaggi: riduce infatti la quantità di titanio necessaria, che consente di contenere i costi e di aumentare l’efficienza produttiva, mentre i componenti leggeri prodotti ridurranno i costi di trasporto, offrendo comunque una forza e una resistenza al calore elevate», aggiunge la coordinatrice. Dal momento che diversi settori industriali desiderano sfruttare questi vantaggi competitivi, Ifraimov ritiene che i risultati apriranno nuove opportunità di lavoro nei settori manifatturiero, della ricerca e dello sviluppo, e delle vendite, sostenendo al contempo l’impegno più ampio dell’UE nell’ambito dei materiali di prossima generazione, come il progetto GLACERCO. Oggi Polymertal sta concentrando l’attenzione sul mercato europeo e sta lavorando alla creazione di uno stabilimento di produzione, dopo essersi assicurata contratti di vendita partecipando a fiere come Automechanika e Formnext. «Attualmente siamo posizionati strategicamente nei settori chiave dell’automotive, dei semiconduttori e medicale, e abbiamo instaurato collaborazioni e partenariati di rilievo con importanti aziende del settore come Porsche, BMW, Continental, ASML e Johnson & Johnson», conclude Ifraimov.
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