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Gottardello, Silvia (2012) Trattamento superficiale di materiali metallici mediante plasma a pressione atmosferica: ottimizzazione del processo e caratterizzazione dei prodotti. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

Treatment of materials by atmospheric-pressure plasma technology is used in all sectors of industrial production. The potential uses of this technology are almost unlimited: materials such as plastic, metal, glass or textiles are efficiently and effectively cleaned, activated or coated and the process is environmentally friendly. In this work the passive oxide film modification of an AISI 304L stainless steel by a surface treatment carried out with an atmospheric-pressure plasma jet (APPJ) generated by air was analysed. In addition, the influence of the surface modification on the corrosion properties of this steel was estimated. The passive surface film of stainless steel was examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and by Secondary Ions Mass Spectrometry (SIMS) depth profiling before and after the plasma treatment. Potentiodynamic anodic polarization tests and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements were employed to investigate the effects of the surface plasma treatments on the corrosion protection properties of the plasma treated samples. The plasma treatments allowed the formation of a passive layer, that exhibits higher corrosion resistance than the native film. Time of treatment influenced both the chemical composition and the thickness of the layer.
Among the possible applications, the reduction of metallic oxides by plasma is often needed to prepare the surface of the substrates before treatment or deoxidise materials which contains metals. The particles of Sn metallic are very thermal sensitive and the use of atmospheric plasma whit gas containing H2 for the removal of surface oxide is a promising technique to increase the soldering process efficiency. The Sn oxidized specimens are treated whit an atmospheric plasma jet generated by N2-H2 mixture gas. Sequential electrochemical reduction analysis (SERA) is a simple and relatively precise technique to misure quantitatively both the type and the thickness of oxide on tin surface. The analysis was carried out in a borate buffer solution: a constant cathodic current (-20 microA) is applied between the surface and an inert counter electrode (Pt). The change of cathode potential of the oxidized surface during reduction is recorded as a function of time relative to a reference electrode. The potential-time curve consist of a series of potential durations, which is characteristics of each type of oxides and indicate the results achieved in the atmospheric pressure plasma treatment.
The surface treatment under these operating conditions does not lead to a complete deoxidation of the material, however the plasma process influences the relative amount of oxides present on the surface

Abstract (italiano)

Il trattamento di materiali mediante la tecnologia del plasma atmosferico è impiegato in molti settori della produzione industriale. I potenziali utilizzi della tecnica sono illimitati, infatti materiali polimerici, metallici e vetri vengono efficacemente puliti e attivati. Questo tipo di processo inoltre limita l’uso di solventi alogenati finora impiegati nell’industria per gli stessi scopi. In questo lavoro è stato trattato lo strato passivo superficiale dell’acciaio inossidabile AISI 304L mediante plasma a pressione atmosferica generato da aria. In seguito al trattamento è stata valutata l’influenza della modifica allo strato superficiale in relazione alla resistenza a corrosione. La composizione del film di ossido superficiale è stata studiata tramite spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e spettrometria di massa di ioni secondari (SIMS). Misure di polarizzazione anodica e spettroscopia di impedenza (EIS) sono state invece impiegate per valutare l’effettiva resistenza alla corrosione del materiale in seguito al trattamento. Il processo porta alla formazione di uno strato passivo che mostra una più alta resistenza alla corrosione rispetto all’ossido nativo. Il tempo di trattamento influenza sia la composizione chimica che lo spessore dello strato.
La disossidazione di superfici metalliche è un processo necessario in vista di determinati trattamenti industriali. In quest’ottica l’uso del plasma a pressione atmosferica contenente basse percentuali di H2 può rivelarsi utile per la rimozione di ossido superficiale da particelle di Sn impiegate per la preparazione di paste brasanti. Campioni di Sn massivo sono stati trattati mediante plasma a pressione atmosferica generato da una miscela N2 – H2. Nell’ambito di questo studio, l’analisi per riduzione elettrochimica sequenziale (SERA) si è rivelato un metodo semplice e preciso per determinare il tipo di ossido e valutarne le quantità relative presenti sulla superficie del materiale. Le analisi sono state condotte in soluzioni tampone di NaB4O7, applicando una corrente catodica (-20 microA) tra la superficie del materiale e un contro-elettrodo inerte (Pt). Il cambiamento del potenziale catodico della superficie ossidata è registrato in funzione del tempo. Le curve risultanti consistono in una serie di plateaux di potenziale caratteristici ciascuno di un tipo di ossido e indicano i risultati raggiunti con il trattamento superficiale. Nelle condizioni operative applicate, questo processo non porta ad una disossidazione completa del materiale, tuttavia il trattamento con il plasma atmosferico va ad influenzare la quantità relativa dei diversi ossidi presenti sulla superficie dello Sn massivo

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Magrini, Maurizio
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 24 > Scuole 24 > INGEGNERIA INDUSTRIALE > INGEGNERIA METALLURGICA
Data di deposito della tesi:24 Gennaio 2012
Anno di Pubblicazione:24 Gennaio 2012
Parole chiave (italiano / inglese):atmospheric pressure plasma , stainless steel , tin , SERA
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/21 Metallurgia
Struttura di riferimento:Dipartimenti > pre 2012 - Dipartimento di Processi chimici dell'Ingegneria
Codice ID:4443
Depositato il:26 Ott 2012 15:29
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