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  TitoloSonda per la misura di proprietà tribologiche
  Sommario
La durata e le prestazioni delle superfici ingegnerizzate e nanostrutturate dipendono in modo critico dalle loro proprietà tribologiche, quali il coefficiente di attrito e la resistenza all'usura. Uno dei metodi standard utilizzati per indagare su tali proprietà è basato sul cosiddetto Pin on Disk (PoD). Si tratta di un apparato costituito da una sonda fissa con punta a calotta sferica (perno) che viene pressata perpendicolarmente contro un disco rotante piatto; il perno è tipicamente fatto di materiali duri come gli acciai speciali, il carburo di tungsteno, lo zaffiro, ecc.. Durante tali esperimenti, l'attrito di scorrimento tra il perno e il disco ha come effetto l’usura di entrambe le superfici di contatto
  Stato della tecnica
Una difficoltà dei test tribologici è rappresentata dalla generazione di calore per attrito localizzato all'interfaccia di contatto, che influenza l'affidabilità delle misure e che può persino determinare un cambiamento locale delle proprietà chimico-fisiche e meccaniche del materiale. All’interfaccia, il gradiente di temperatura tra punti vicini può essere molto elevato; infatti, mentre la temperatura locale nel punto di attrito può aumentare anche di alcune centinaia di gradi Celsius, l'aumento della temperatura media di tutto il materiale è inferiore di almeno un ordine di grandezza. Attualmente, nei test tribologici si è in grado di misurare unicamente la variazione della temperatura media del materiale (bulk temperature), mentre la conoscenza della temperatura effettiva nel punto di attrito è essenziale per capire meglio sia come questa influenzi le superfici coinvolte, sia per introdurre le opportune correzioni alle misure.
  Invenzione
Il dispositivo oggetto del brevetto è una speciale sonda, da impiegare in un apparato di prova di tipo PoD. Essa è costituita da un sensore di temperatura a fibra ottica, sviluppato ad hoc per l’applicazione, che incorpora un perno costituito da un monocristallo di zaffiro (rubino drogato con cromo) da utilizzare, al tempo stesso, sia per la prova di usura sia come sensore di temperatura. Infatti, eccitando mediante un laser di lunghezza d’onda opportuna la semisfera di rubino, si ottiene come risposta un segnale di fluorescenza estremamente sensibile alle variazioni della temperatura. Il monocristallo di rubino, grazie all'elevata durezza e all'alta conducibilità termica, risulta particolarmente adatto per l’impiego nei test di attrito. Sfruttandone le proprietà termiche e meccaniche è possibile eseguire misure affidabili della temperatura nel punto di contatto. Completa il dispositivo una rete neurale artificiale che risolve in tempo reale il problema inverso di scambio termico, compensando passivamente gli errori di misura.
  TitolaritàIstituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM)
  Proprietà industrialeFamiglia di brevetto PCT / IB2018 / 052196 (IT, PCT)
  E-mail di contattoa.digioia@inrim.it
  Tagsusura superfici, attrito, ingegneria delle superfici, test tribologici.
  Vantaggi
Studio dei problemi di attrito, usura e lubrificazione nei trasporti, nella produzione e nell'ambito energetico. La sonda proposta, con l’impiego di un perno in monocristallo di rubino, consente misure in situ accurate della temperatura nei test di usura delle superfici ingegnerizzate e nanostrutturate Uno strumento prezioso per l’ingegneria delle superfici. Intelligenza artificiale integrata nella sonda; una volta addestrata mediante un modello agli elementi finiti, compensa gli errori di misura.
  Applicazioni
Il prototipo proposto consente una misura accurata della temperatura superficiale all’interfaccia. Migliora la conoscenza dei meccanismi che determinano la durata dei materiali. La sonda, basata su un monocristallo di rubino, integra sia il perno a calotta sferica per la generazione di attrito, sia il sensore di temperatura superficiale. Offre una migliore capacità di misura e consente potenzialmente lo sviluppo di materiali con una maggior durata in servizio, riducendo i costi di manutenzione e i tassi di guasto in servizio.
  Stadio di sviluppo
Prototipo
  Immagine n° 1
  Immagine n° 2
  Immagine n° 3

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