Rivestimenti sottili PVD e CVD

In ambito industriale è sempre più diffuso l’impiego di rivestimenti sottili per migliorare la resistenza all’usura, la lubrificazione e per aumentare la resistenza a fatica. Si sente di frequente parlare di nitruro di titanio (TiN) o nitruro di alluminio (AlTiN) nel campo del motociclismo, del carbonitruro di titanio (TiCN) per gli utensili nella lavorazione di materiali acciaiosi e del nitruro di cromo (CrN) come rivestimento antiattrito. I componenti meccanici vengono sottoposti a specifici trattamenti superficiali per incrementarne il ciclo di vita e accrescerne le performance durante l’utilizzo. Esistono differenti processi per il trattamento superficiale, ma in questo articolo ci soffermeremo sui rivestimenti da film sottili.

L’importanza di utilizzare film sottili

Per “film sottile” si intende uno strato dell’ordine dei nanometri fino al micron di un particolare materiale, che consente di proteggere e/o migliorare le proprietà estetiche e meccaniche dell’oggetto (o più tecnicamente del supporto) su cui viene applicato.

I materiali maggiormente utilizzati come film, di cui alcuni esempi sono quelli citati in precedenza, sono metalli-leghe metalliche, semiconduttori, materiali ceramici.

La formazione del film è il risultato del susseguirsi delle fasi di nucleazione e crescita. A partire da piccoli gruppi di atomi che si avvicinano e interagiscono con il substrato, si formano cluster e poi isole di atomi che danno vita al film continuo, coalescendo tra di loro.

La deposizione di strati sottili di un particolare materiale permette di ottenere proprietà uniche nel prodotto finito, offrendo la possibilità di modificare il comportamento tipico dell’oggetto di partenza e ottenere miglioramenti nella resistenza meccanica, nelle proprietà ottiche, elettriche e magnetiche, oltre a più interessanti attributi elastici. In questo modo, si riescono a soddisfare le esigenti richieste di mercato nell’ottenere un componente che risponda contemporaneamente a differenti requisiti, massivi e superficiali.

In alcune applicazioni, ad esempio, si richiedono elevati carichi di rottura e resistenza a fatica, accompagnati da basso peso e bassa rugosità superficiale, basso coefficiente di attrito e alta durezza superficiale. Tutte queste caratteristiche possono essere soddisfatte utilizzando l’opportuno film sullo specifico substrato.

Per le proprietà desiderate è importante valutare attentamente lo spessore del film e il grado di rugosità, al fine di progettare adeguatamente il processo e la scelta del materiale da depositare come film. Ricordiamo, infatti, che il primo parametro influenza notevolmente le caratteristiche del film depositato mentre dal secondo dipendono le proprietà ottiche, magnetiche, meccaniche ottenute.