Studio dei meccanismi di formazione del bonding metallurgico pelle-core e predizione delle caratteristiche morfologiche delle schiume mediante analisi con reti neurali

L’attività svolta dal gruppo di Metallurgia dell’Università di Roma-Tor Vergata ha sostanzialmente riguardato 3 punti: 1- simulazioni mediante reti neurali delle caratteristiche strutturali di schiume di alluminio, 2- misure di spettroscopia meccanica (fattore di damping e modulo elastico dinamico) condotte da temperatura ambiente fino a 500 °C su alcune schiume prodotte durante il primo anno di attività del progetto e per confronto su alluminio policristallino massivo, 3- studio del bonding metallurgico tra schiume di alluminio e pelli di altri metalli (rame e acciaio) oppure di alluminio. I risultati ottenuti ai punti 1 e 2 sono riportati nel capitolo 1, quelli al punto 3 nel capitolo 2 di questa relazione. Per quanto riguarda il primo punto i dati sperimentali del primo anno di attività del progetto sono stati utilizzati come training per due reti neurali multi-layer ANN; i modelli si sono rivelati degli utili strumenti per la predizione delle caratteristiche morfologiche per ogni composizione utilizzata nel processo PM. Questo lavoro ha permesso di trovare densità e caratteristiche morfologiche delle schiume di Al come funzione della composizione delle polveri. Siccome applicazioni differenti delle schiume di Al richiedono caratteristiche specifiche, utilizzando i risultati delle reti neurali la composizione della miscela di polveri può essere opportunamente calibrata al fine di ottenere le caratteristiche desiderate. Lo studio al punto 2 ha permesso di comprendere meglio le specifiche caratteristiche di smorzamento delle vibrazioni da parte delle schiume di alluminio. In particolare ha evidenziato come il damping dipenda dall’ampiezza di sollecitazione: le oscillazioni presentano caratteristiche di non-linearità e le curve di risonanza sono asimmetriche. Il fondo a bassa temperatura della schiuma cresce fino a 4–5×10−3, diventando confrontabile con quello dell’alluminio massivo quando l’ampiezza di deformazione arriva a 10−4 . I risultati dimostrano inoltre che il damping delle schiume di alluminio aumenta aumentando la porosità e diminuendo la dimensione dei pori, decresce con la frequenza della sollecitazione ed aumenta con l’ampiezza di deformazione. Nel capitolo 2 vengono descritti gli esperimenti eseguiti per realizzare giunzioni metallurgiche tra schiume di alluminio con pelli sia di alluminio che di metalli differenti (rame e ferro). I due casi presentano aspetti e difficoltà pratiche molto diversi. La saldatura con metalli (sono stati studiati rame e acciaio) aventi punto di fusione maggiore di quello dell’alluminio è stata realizzata con successo facendo formare la schiuma a contatto del metallo della pelle. La superficie del metallo deve essere preventivamente pulita meccanicamente con carte abrasive per rimuovere la strato naturale di ossido, quindi deve essere trattata con un disossidante per evitare che la saldatura sia compromessa dalla formazione di ossido durante l’esposizione in temperatura. Questa tecnica non può essere utilizzata nel caso di una pelle di alluminio perchè alla temperatura di formazione della schiuma di alluminio essa ovviamente fonde. Si è così tentato di realizzare una pelle di alluminio su una schiuma in lega di alluminio con punto di liquidus inferiore al punto di fusione dell’alluminio puro. Questi esperimenti non hanno dato esito positivo perchè l’intervallo tra la temperatura di fusione dell’alluminio (pelle) e quella di schiumatura della lega (superiore a quella di liquidus) è in genere molto ristretto ed è molto difficile controllare con la dovuta precisione la temperatura durante il processo. Risultati buoni si sono ottenuti invece all’ENEA utilizzando forni di maggiori dimensioni e quindi con maggiore inerzia termica (report RdS/2012/98).