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La linea si avvale di un ampio parco strumentale per la deposizione di film sottili costituito da tre diversi sistemi PVD (Physical Vapor Deposition) Magnetron Sputtering: a) un sistema multi-magnetron confocale, b) un sistema multi-magnetron multi-layer, che possono entrambi lavorare sia in modalità DC- sia RF- Magnetron Sputtering (DC-MS e RF-MS), e c) un innovativo sistema High Power Impulse Magnetron Sputtering (HIPIMS).

Con la tecnica HiPIMS, grazie agli impulsi di elevata potenza (dell'ordine del kW⋅cm-2), è possibile produrre un plasma ultra-denso che porta a gradi di ionizzazione del materiale emesso dal target molto più elevati di quanto è possibile ottenere con tecniche PVD convenzionali. Le particolari condizioni di plasma consentono di regolare il flusso energetico delle specie ionizzate in arrivo sul rivestimento in crescita nel corso della deposizione. Il flusso energetico disponibile al substrato è una caratteristica fondamentale perché è in relazione al trasferimento di momento e permette di regolare la mobilità degli adatomi e, quindi, la microstruttura del film. È possibile lavorare sia in modalità non reattiva, sia reattiva per la produzione di ossidi, nitruri e carburi. Il sistema HiPIMS può lavorare in configurazione ibrida abbinando HiPIMS con DC pulsato.
I principali vantaggi della tecnica HiPIMS includono la possibilità di ottenere film ultra-densi, molto planari, con un aumentato valore del rapporto H/E, maggiormente aderenti e con un maggior controllo della microstruttura e, quindi, delle proprietà.

  • Deposizione su superfici complesse
  • Multi-magnetron

I principali vantaggi dell'HIPIMS sono:

  1. la possibilità di migliorare notevolmente l’adesione tramite un pretrattamento della superficie del substrato prima della deposizione;
  2. la deposizione di film ultra densi, con microstrutture altamente controllate, con un aumentato rapporto durezza/modulo di Young rispetto ai rivestimenti PVD convenzionali;
  3. morfologia superficiale particolarmente liscia;
  4. possibilità di deposizione con proprietà uniformi anche su substrati di forma complesse.
HiPIMS vs. DC-MS: a) sezione film AlTiN; b) top view film multi-layer W/Mo

L'apparato HIPIMS è impiegato nello sviluppo di rivestimenti protettivi per componenti che devono operare in condizioni critiche, tra cui:

  • Rivestimenti Mo e Mo/Mo-N aventi basso coefficiente di attrito ed elevatissima resistenza all'usura per un motore a combustione interna
    Film MoN via HiPIMS su pistoni commerciali in lega AlSi per motori a combustione interna
  • Rivestimenti a base AlTiN resistenti alla tribo-corrosione ad elevate temperature (es. palettatura di turbine a gas per applicazioni aeronautiche)
    Film AlTiN via HiPIMS su leghe γ-TiAl: effetto sulla morfologia dell’etching via HiPIMS.
  • Rivestimenti di alluminuri e metalli refrattari per applicazioni in ambito nucleare (fusione e fissione)
    a) Provini di trazione in T91 rivestiti via HiPIMS con film AlTIN per test in Pb fuso; b) tiles per prima parete in reattori per la fusione nucleare

  • KEYWORDS:
    HiPIMS magnetron sputtering rivestimenti protettivi Mo e MoN tribocorrosione tribologia resistenza ad usura

  • PUBBLICAZIONI RECENTI:
    • S. M. Deambrosis, E. Miorin, F. Montagner, V. Zin, M. Fabrizio, M. Sebastiani, F. Massimi, E. Bemporad
      Structural, morphological and mechanical characterization of Mo sputtered coatings
      Surface & Coatings Technology 266 (2015) 14–21
    • S.M. Deambrosis, E. Miorin, F. Montagner, V. Zin, M. Sebastiani, D. Dellasega, M. Passoni, E. Bemporad, M. Fabrizio
      PVD refractory metal based coatings for tribological applications
      In Proceedings of the World Tribology Congress WTC2013,Torino, Italy, 9–13 September 2013. ISBN: 978-1-63439-352-2
    • E. Vassallo, G. Angella, R. Caniello, S. Deambrosis, F. Inzoli, E. Miorin, M. Pedroni
      Effects of Nitrogen Concentration on Microstructure of Tungsten Coatings Synthesized by Plasma Sputtering Method
      Journal of Fusion Energy, 05/2015; doi: 10.1007/s10894-015-9945-0
    • E. Vassallo, R. Caniello, A. Cremona, G. Croci, D. Dellasega, G. Gorini, G. Grosso, E. Miorin, M. Passoni, M. Tardocchi
      Deposition of Boron-carbon multilayer coatings by RF plasma sputtering
      Surface & Coatings Technology 2013, 214, 59–62, doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.11.001
    • S. M. Deambrosis, E. Miorin, F. Montagner, V. Zin, M. Fabrizio
      Low temperature HiPIMS Mo-N coatings deposition on AlSi engine pistons
      submitted to Thin Solids Films

  • PROGETTI CORRELATI:
    • Accordo di Programma CNR-Ministero dello Sviluppo Economico per la Ricerca di Sistema Elettrico
    • Progetto Europeo MATISSE

  • PRINCIPALI COLLABORAZIONI:
    • Lawrence Berkeley National Laboratory (U.S.A.)
    • Dutch Institute for Fundamental Energy Research – DIFFER, Nieuwegein, NL
    • Centrum vyzkumu Rez s.r.o., Czech Republic
    • Max-Planck-Institut für Plasmaphysik di Garching (Germany)
    • Karlsruhe Institute of Technology. Institute for Pulsed Power and Microwave Technology (KIT-IHM), Germany
    • Politecnico di Torino
    • Politecnico di Milano
    • UniRoma3
    • CNR-IFP Milano
    • CNR-IFP Milano
    • CNR–IGI
    • Consorzio RFX – Associazione ENEA Euratom