La compocasting è un processo di fonderia che unisce tecniche di fusione convenzionale con la conoscenza della metallurgia delle polveri, al fine di migliorare le proprietà meccaniche dei materiali così ottenuti oppure anche per la produzione di leghe avanzate, come nel caso di compositi a matrice metallica (MMC).
Il processo inizia fondendo in un opportuno crogiolo un metallo utilizzato come base e aggiungendo poi particelle di rinforzo, anch’esse metalliche, oppure ceramiche o di altro tipo. Queste particelle sono distribuite uniformemente nel metallo fuso attraverso agitazione meccanica o attraverso l’utilizzo di gas inerti. Il materiale è infine versato in uno stampo prestando particolare attenzione affinché le particelle di rinforzo restino distribuite in modo omogeneo anche durante il raffreddamento (Figura 1). Così facendo si ottengono diversi vantaggi quali: aumentare significativamente la resistenza, la durezza e la stabilità termica del materiale.ridurre la presenza dei difetti più comuni nei processi di fusione tradizionali, quali porosità ed inclusioni. avere la possibilità di scegliere tra una vasta gamma di costituenti, tanto quale base che come particelle di rinforzo, adattando quindi al meglio la lega risultante a una molteplicità di applicazioni industriali. Tutto ciò rende il processo di compocasting degno di estremo interesse, per lo meno nei contesti produttivi più avanzati, come l’automobilistico, l’aerospaziale, l’elettronico e il biomedicale. Proprio in questi ambiti, sono infatti già in circolazione i primi componenti realizzati in compocasting, come nel caso di pistoni, cilindri, rotori e molto altro ancora.
Materiale
Tra le tante leghe utilizzate come base per la produzione di MMC tramite compocasting, forse una delle più interessanti è la ZA27, che rappresenta la più leggera nel gruppo delle leghe zinco-alluminio. Dalle ottime caratteristiche fisico-meccaniche proprio per questo motivo, è ampiamente utilizzata per realizzare cuscinetti, frizioni, freni, bielle, valvole di scarico, ma persino quale nucleo leggero nei lunghi cavi delle linee elettriche. Nel presente studio sperimentale, questo ottimo materiale è stato rinforzato introducendo carburo di silicio (SiC) e grafite (Gr) per poi andare ad investigarne il comportamento tribologico. Precedenti lavori hanno infatti mostrato come l’aggiunta di particelle di SiC possa abbassare in modo rilevante il tasso di usura del materiale del materiale, migliorandone anche la stabilità dimensionale. È stato poi riscontrato come la presenza di Gr favorisca la formazione di un sottile film lubrificante sulla superficie di contatto, migliorando ulteriormente le prestazioni del materiale ad usura. Ciò rende il composito così ottenuto, un ZA27-SiC-Gr, ottimo in tutte quelle occasioni in cui è richiesta un’elevata resistenza all’attrito, come nel caso di cuscinetti, pistoni, fasce elastiche e canne cilindri. La composizione chimica della lega qui utilizzata è indicata in Tabella 1.
In termini di additivi, è stato considerato un contenuto di SiC non superiore al 10% che sembra essere un buon compromesso tra le diverse esigenze, mentre c’è più incertezza sui valori ottimali di Gr. In questo studio sono stati considerati casi fino al 5% di Gr.
La dimensione media delle particelle è stata di 26 mm per SiC e 15 mm per Gr. I provini sono stati sottoposti a pressatura a caldo allo scopo di diminuire la porosità e ottenere una migliore connessione tra la matrice e le particelle di rinforzo.
La microstruttura è stata osservata tramite microscopio ottico, che ha evidenziato la presenza e distribuzione uniforme delle particelle di SiC e di Gr (Figura 2).
