ITRM20000699A1 - PROCEDURE FOR SURFACE TREATMENT OF TITANIUM, PRODUCTS AND MANUFACTURES MADE OR COATED IN TITANIUM AND TREATED ACCORDING TO SUCH PROC - Google Patents

PROCEDURE FOR SURFACE TREATMENT OF TITANIUM, PRODUCTS AND MANUFACTURES MADE OR COATED IN TITANIUM AND TREATED ACCORDING TO SUCH PROC Download PDF

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ITRM20000699A1
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Abstract

Process for the surface treatment of Titanium comprising a heating step for items made of or coated with Titanium, for a present time interval at a temperature higher than the phase transition temperature of Titanium and in the presence of an atmosphere comprising one or more inert gases and a percent of Carbon gas. The invention further relates to items (3) made of or coated with Titanium treated according to such process.

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per il trattamento superficiale di Titanio, prodotti e manufatti realizzati o rivestiti in Titanio e trattati secondo tale procedimento" DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Procedure for the surface treatment of Titanium, products and artifacts made or coated in Titanium and treated according to this procedure"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per trattare superficialmente un prodotto rivestito o realizzato in titanio, allo scopo di conferire migliorate proprietà meccaniche alla superficie stessa. The present invention refers to a process for superficially treating a product coated or made of titanium, in order to impart improved mechanical properties to the surface itself.

Tra le proprietà meccaniche delle superfici in titanio spicca l 'antiaderenza, che rende adatto questo materiale per applicazioni in cui i prodotti realizzati o rivestiti in titanio sono immersi o sono comunque messi in contatto con fluidi liquidi o pastosi, in una condizione in cui è richiesto un attrito minimo tra fluido e superfici o una sporcabilità il più possibile ridotta. Among the mechanical properties of titanium surfaces, non-sticking stands out, which makes this material suitable for applications in which products made or coated in titanium are immersed or are in any case put into contact with liquid or pasty fluids, in a condition in which it is required. a minimum friction between fluid and surfaces or a dirtiness as low as possible.

Possibili applicazioni sono quindi reperibili in molti settori industriali, come quello alimentare, quello petrolifero, nella fabbricazione di carta, colle e simili aggregati pastosi, per la fabbricazioni di recipienti, agitatori, valvole, coclee, condutture e simili. Possible applications are therefore available in many industrial sectors, such as the food and oil sectors, in the manufacture of paper, glues and similar pasty aggregates, for the manufacture of vessels, agitators, valves, augers, pipes and the like.

Si pensi inoltre ad applicazioni domestiche, come nelle pentole antiaderenti rivestite ed in tutte le applicazioni che prevedono l'impiego di sostanze plastiche, come il PTFE, soggette ad usura ed a deterioramento. Also think of domestic applications, such as in coated non-stick pans and in all applications that involve the use of plastic substances, such as PTFE, subject to wear and deterioration.

Le ottime caratteristiche di antiaderenza non sono state finora sfruttate appieno perché le superfici in questione, se sottoposte a sollecitazioni continue nel tempo, sono soggette ad usura ed a consumo, fenomeni che costringono a costose sostituzioni di componenti e che possono comportare l'inquinamento. The excellent non-stick characteristics have not been fully exploited so far because the surfaces in question, if subjected to continuous stress over time, are subject to wear and tear, phenomena that force costly replacement of components and which can lead to pollution.

Viene pertanto sentita la necessità di disporre di un procedimento per trattare superficialmente tali prodotti e manufatti, in modo tale da rinforzare la superficie senza influire negativamente sull'apprezzata antiaderenza. The need is therefore felt to have a process for treating these products and manufactured articles on the surface, in such a way as to reinforce the surface without negatively affecting the appreciated non-stick properties.

Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione consiste nel fornire un procedimento tale da soddisfare detta necessità. Tale problema viene risolto effettuando una carburazione della superficie in titanio. Infatti il procedimento fornito secondo la presente invenzione comprende una fase di riscaldamento per prodotti realizzati o rivestiti in titanio, per un periodo di tempo prefissato ad una temperatura non inferiore di 50°C alla temperatura di transizione di fase del titanio ed in presenza di un'atmosfera comprendente uno o più gas inerti ed una percentuale di gas di carbonio. The technical problem underlying the present invention consists in providing a process such as to satisfy said need. This problem is solved by carburizing the titanium surface. In fact, the process provided according to the present invention comprises a heating phase for products made or coated in titanium, for a predetermined period of time at a temperature not lower than 50 ° C to the phase transition temperature of the titanium and in the presence of a atmosphere comprising one or more inert gases and a percentage of carbon gas.

Secondo una versione preferita del procedimento, tale temperatura è superiore a 800°, vantaggiosamente compresa tra 850°C e 1050°C. According to a preferred version of the process, this temperature is higher than 800 °, advantageously comprised between 850 ° C and 1050 ° C.

La pressione alla quale tale fase viene eseguita è ridotta, preferibilmente inferiore a 5,0 mbar e preferibilmente inferiore a 1,0 mbar, ad esempio pari a circa 0,2 mbar, ovvero in condizioni di vuoto al di là dell'atmosfera controllata di processo . The pressure at which this step is carried out is reduced, preferably lower than 5.0 mbar and preferably lower than 1.0 mbar, for example equal to about 0.2 mbar, i.e. in vacuum conditions beyond the controlled atmosphere of process .

La lunghezza del periodo di riscaldamento dipende essenzialmente dalla temperatura e dal tenore di carbonio dell'atmosfera: per gas di carbonio in una percentuale superiore al 25% e per temperature pari o superiori a 850°C i tempi di trattamento sono non inferiori a 30 minuti, preferibilmente almeno 1 ora e possono estendersi fino a 6 ore ed oltre. The length of the heating period essentially depends on the temperature and carbon content of the atmosphere: for carbon gases in a percentage greater than 25% and for temperatures equal to or greater than 850 ° C, treatment times are no less than 30 minutes. , preferably at least 1 hour and can extend up to 6 hours and beyond.

La percentuale preferita per la concentrazione volumentrica del gas al carbonio è superiore al 30%, vantaggiosamente pari a circa il 40%. The preferred percentage for the volumetric concentration of the carbon gas is higher than 30%, advantageously equal to about 40%.

I possibili gas inerti impiegabili sono Azoto ed Argon, mentre tra i gas al carbonio sono ovviamente preferiti i composti del carbonio e dell'idrogeno, aventi un peso molecolare inferiore a 60. Tre gas particolarmente efficaci sono il metano (CH4), il propano (C3H8) e l'acetilene (C2H2) , ma l'elenco non esclude ovviamente altri gas delle stesse famiglie. The possible inert gases that can be used are Nitrogen and Argon, while among the carbon gases the compounds of carbon and hydrogen are obviously preferred, having a molecular weight lower than 60. Three particularly effective gases are methane (CH4), propane ( C3H8) and acetylene (C2H2), but the list obviously does not exclude other gases of the same families.

I manufatti ed i prodotti realizzati in titanio o rivestiti in titanio denotano un arricchimento di carbonio negli strati superficiali, incremento che conduce ad uno spiccato miglioramento delle prestazioni meccaniche della superficie. The artifacts and products made of titanium or coated with titanium show an enrichment of carbon in the surface layers, an increase that leads to a marked improvement in the mechanical performance of the surface.

Si intende che tale trattamento però non comporta un eccessivo infragilimento della superficie stessa. However, it is understood that this treatment does not involve excessive embrittlement of the surface itself.

Nel caso del procedimento sopra descritto, la penetrazione efficace degli atomi di carbonio si estende fino ad una profondità di 120 μm dalla superficie, con un apprezzabile contenuto di Carbonio, di ossidi e di nitruri di Titano. In the case of the procedure described above, the effective penetration of the carbon atoms extends to a depth of 120 μm from the surface, with an appreciable content of carbon, oxides and titan nitrides.

Si intende che l'invenzione si riferisce a tutti quei manufatti comprendenti una superficie antiaderente a base di Titanio, trattata secondo il procedimento sopra descritto. Solo per l'ampiezza delle possibilità di impiego non viene fornito un elenco di possibili manufatti, ma solo alcuni esempi tra i quali corpi ed otturatori di valvole, agitatori, mescolatori, rivestimenti per recipienti, componenti di macchine operatrici su fluidi liquidi o pastosi, coclee, condotti e loro rivestimenti, parti di macchine atte a strisciare una a contatto dell'altra, scivoli, guide, ruote ed altri ancora. It is understood that the invention refers to all those manufactured articles comprising a non-stick surface based on Titanium, treated according to the process described above. Only for the breadth of the possibilities of use, a list of possible products is not provided, but only some examples including bodies and shutters of valves, agitators, mixers, coatings for containers, components of machines operating on liquid or pasty fluids, augers , ducts and their coatings, parts of machines capable of sliding in contact with each other, slides, guides, wheels and others.

Negli esempi comparativi che verranno descritti nel seguito, campioni di titanio verranno sottoposti ad una fase di riscaldamento come sopra definito ed ogni provino sarà sottoposto a misurazioni per determinare gli effetti del trattamento sulle prestazioni meccanico-fisiche. In the comparative examples that will be described below, titanium samples will be subjected to a heating step as defined above and each specimen will be subjected to measurements to determine the effects of the treatment on the mechanical-physical performance.

Verrà poi descritto un esempio di applicazione del procedimento stesso, relativo ad un otturatore di valvola. An example of application of the process itself will then be described, relating to a valve obturator.

Esempi Comparativi Comparative Examples

Sono stati effettuati alcuni trattamenti di carburazione utilizzando un forno per trattamenti ad alto vuoto le cui caratteristiche principali sono riportate di seguito: Some carburetion treatments were carried out using a furnace for high vacuum treatments whose main characteristics are shown below:

* Dimensioni camera interna cilindrica: diametro 0= 250 mm; altezza h = 400 mm. * Cylindrical internal chamber dimensions: diameter 0 = 250 mm; height h = 400 mm.

* Temperatura massima di lavoro T = 2000 °C (Resistenze in tungsteno) * Maximum working temperature T = 2000 ° C (Tungsten resistors)

* Gas inerti: Azoto e Argon * Inert gases: Nitrogen and Argon

In totale sono stati effettuati ca. venticinque trattamenti i più significativi dei quali sono descritti nelle Tabelle 1.1 e 1.2. Sono stati utilizzati provini di dimensioni pari a 200 x 100 x 3 mm preliminarmente puliti in superficie con acetone. Dieci trattamenti sono stati realizzati in atmosfera composta da Argon e Metano al 40%, i restanti sono stati eseguiti in atmosfera di Argon e Acetilene al 40%. Tenuta fissa la pressione di lavoro per il forno pari a 0.2 mbar, sono state variate la temperatura di trattamento (da 800 °C a 1050 °C) , e la durata dei trattamento {da 1 a 6 ore) . In total, approx. twenty-five treatments, the most significant of which are described in Tables 1.1 and 1.2. Specimens with dimensions equal to 200 x 100 x 3 mm were used, previously cleaned on the surface with acetone. Ten treatments were carried out in an atmosphere composed of Argon and Methane at 40%, the rest were carried out in an atmosphere of Argon and Acetylene at 40%. The working pressure for the furnace is fixed at 0.2 mbar, the treatment temperature has been changed (from 800 ° C to 1050 ° C), and the duration of the treatment (from 1 to 6 hours).

Tab. 1.1 - Trattamenti di carburazione effettuati con metano. Tab. 1.1 - Carburation treatments carried out with methane.

Tab. 1.2 - Trattamenti di carburazione effettuati con acetilene Tab. 1.2 - Carburation treatments carried out with acetylene

Per valutare l ' effetto del trattamento di carburazione sulle lamine di titanio sono state impiegate tecniche quali microscopia ottica, analisi spettroscopica, misure di durezza, procedimenti di erosione superficiale e di spettroscopia, raggi X, XPS, misura dei contenuto di idrogeno, bagnabilità e prove di resistenza all'usura . Techniques such as optical microscopy, spectroscopic analysis, hardness measurements, surface erosion and spectroscopy procedures, X-rays, XPS, measurement of hydrogen content, wettability and tests were used to evaluate the effect of carburizing treatment on titanium sheets. wear resistance.

Osservazioni al microscopio ottico e analisi spettroscopica Optical microscope observations and spectroscopic analysis

In prima approssimazione è stata valutata la carburazione superficiale dei campioni mediante analisi spettroscopiche, tramite queste tecniche non è possibile eseguire un'analisi quantitativa del carbonio, si è però in grado di compiere una valutazione qualitativa. La Fig.l (CSM - 4.1) riporta gli spettri del Ti tal quale (a) e del campione A (b) rappresentativo di tutti i campioni carburati in oggetto. As a first approximation, the surface carburization of the samples was evaluated by means of spectroscopic analyzes, through these techniques it is not possible to perform a quantitative analysis of the carbon, however it is possible to carry out a qualitative evaluation. Fig.l (CSM - 4.1) shows the spectra of Ti as is (a) and of sample A (b) representative of all the carbureted samples in question.

Dal confronto tra le altezze dei picchi (si noti il primo picco a sinistra dello spettro, quasi inesistente per il campione di titanio tal quale e più elevato nel campione A), risulta che il carbonio è presente in quantità equivalente sulle superfici delle lamine che hanno subito il trattamento di carburazione ed è maggiore del carbonio presente sulla superficie del Ti tal quale. I trattamenti condotti hanno dunque incrementato, a prescindere dal tempo e dalla temperatura, la concentrazione di carbonio superficiale. From the comparison between the heights of the peaks (note the first peak on the left of the spectrum, almost non-existent for the titanium sample as it is and higher in sample A), it appears that carbon is present in an equivalent quantity on the surfaces of the plates which have underwent the carburetion treatment and is greater than the carbon present on the surface of the Ti as it is. The treatments carried out have therefore increased, regardless of time and temperature, the concentration of surface carbon.

Le sezioni di tali lamine sono state osservate al microscopio ottico a seguito di un attacco metallografico condotto con il reattivo di Kroll (HF+HN03+acqua distillata) che ha messo in evidenza la struttura dei materiali e lo spessore dello strato di carburazione. The sections of these plates were observed under an optical microscope following a metallographic attack conducted with Kroll's reagent (HF + HN03 + distilled water) which highlighted the structure of the materials and the thickness of the carburation layer.

Da micrografie riprese dai campioni si è potuto osservare che tutti i campioni trattati a 800 e 850°C, al di sotto quindi della temperatura di transizione di fase del titanio, mostrano una struttura poligonale, di tipo a equiassica simile a quella del Ti CP; i campioni trattati a 950 e 1050°C mostrano una struttura differente con dei (grani più allungati, che indicano una parziale trasformazione dalla struttura di tipo a a quella di tipo P (struttura aciculare α+β). From micrographs taken from the samples it was possible to observe that all the samples treated at 800 and 850 ° C, therefore below the phase transition temperature of titanium, show a polygonal structure, of an equiaxed type similar to that of Ti CP; the samples treated at 950 and 1050 ° C show a different structure with gods (more elongated grains, which indicate a partial transformation from the a-type structure to the P-type (acicular structure α + β).

In alcune micrografie è risultato evidente lo strato di carburazione, di spessore variabile in funzione della temperatura e della durata del trattamento. Il campione D mostra uno strato dello spessore di ca. 120 μm. In realtà successive analisi EDS hanno mostrato la presenza di uno strato carburato di ca. 15 μm, una fase contenente nitruro di ca. 100 μm e successivamente, per altri 5 μm, fino a 120 μm un'ulteriore fascia di carburazione . In some micrographs the carburation layer was evident, of variable thickness according to the temperature and the duration of the treatment. Sample D shows a layer with a thickness of approx. 120 μm. In reality, subsequent EDS analyzes showed the presence of a carburized layer of approx. 15 μm, a nitride-containing phase of approx. 100 μm and then, for another 5 μm, up to 120 μm an additional carburation band.

Tutti i campioni trattati a 950°C mostrano un evidente strato cementato dello spessore di ca. 20-40 μm. All samples treated at 950 ° C show an evident cemented layer with a thickness of approx. 20-40 μm.

Per le lamine trattate a temperature di 800 e 850°C non si è in grado di evidenziare, dalle micrografie, la presenza di un'eventuale carburazione superficiale. For the plates treated at temperatures of 800 and 850 ° C it is not possible to highlight, from the micrographs, the presence of any surface carburization.

Misure di durezza Hardness measurements

Le misure di durezza, condotte in sezione, permettono di individuare un profilo di durezza da bordo a bordo in modo da valutare 1 'eventuale carburazione e il suo spessore. The hardness measurements, conducted in section, allow to identify a hardness profile from edge to edge in order to evaluate the possible carburetion and its thickness.

La prima misura è stata fatta a ca. 10 - 25 μm dalla superficie, le successive ogni 100 μm fino ad 1 mm di spessore, poi a metà spessore (1.5 mm) e nello stesso modo a partire dalla superficie opposta. Si riportano nella tabella 1.3 le misure più significative. The first measurement was made at approx. 10 - 25 μm from the surface, the subsequent ones every 100 μm up to 1 mm thick, then at half thickness (1.5 mm) and in the same way starting from the opposite surface. The most significant measures are shown in table 1.3.

Nel caso di campioni in cui lo spessore dello strato carburato è dell'ordine di qualche μm, tali misure non risultano significative al fine dell'individuazione della fascia cementata in quanto vengono effettuate nella matrice e non nello strato carburato. Ad esempio i campioni A, H, M e N, trattati a 800°C per 1 o 2 ore, non rivelano un aumento di durezza rispetto al titanio tal quale. Tab. 1.3 - Risultati delle misure di microdurezza in sezione In the case of samples in which the thickness of the carburized layer is of the order of a few μm, these measurements are not significant for the purpose of identifying the cemented band as they are carried out in the matrix and not in the carburized layer. For example, samples A, H, M and N, treated at 800 ° C for 1 or 2 hours, do not reveal an increase in hardness compared to titanium as it is. Tab. 1.3 - Results of micro-hardness measurements in section

Tali misure dimostrano che il campione D, trattato a 1050°C per 6 ore, ha subito un evidente processo di indurimento raggiungendo una durezza sotto pelle pari a circa 900 HV, di gran lunga maggiore di quella del Ti CP tal quale che mostra in genere una durezza intorno ai 150-200 HV. Questo campione, a 100 μm dalla superficie, mostra ancora una durezza elevata, pari a 593 HV. These measurements show that sample D, treated at 1050 ° C for 6 hours, underwent an evident hardening process reaching a hardness under the skin of about 900 HV, far greater than that of Ti CP as it is, which generally shows a hardness around 150-200 HV. This sample, 100 μm from the surface, still shows a high hardness, equal to 593 HV.

Anche i campioni G, I, L, 0, P e Q, carburati a 850 e 950°C, mostrano un indurimento superficiale pari a 400-500 HV, che però decresce rapidamente fino a 200 HV a ca. 100 μm dalla superficie. Samples G, I, L, 0, P and Q, carburized at 850 and 950 ° C, also show a surface hardening of 400-500 HV, which however rapidly decreases to 200 HV at approx. 100 μm from the surface.

Anche altri campioni mostrano un lieve indurimento, nettamente inferiore a quello subito dal campione D. Other samples also show a slight hardening, much lower than that suffered by sample D.

Analisi superficiale Surface analysis

E' stata eseguita un'analisi del tipo che prevede erosioni superficiali e misure spettroscopiche, sui campioni carburati allo scopo di valutare lo spessore dello strato carburalo e l'eventuale presenza di elementi non desiderati quali l'O e l'N, nelle varie condizioni di trattamento termico. An analysis of the type that provides for surface erosion and spectroscopic measurements was performed on the carburized samples in order to evaluate the thickness of the carbide layer and the possible presence of unwanted elements such as O and N, in the various conditions heat treatment.

L'analisi è stata effettuata anche su un campione di titanio tal quale (TQ). utilizzato come riferimento. The analysis was also carried out on a sample of titanium as it is (TQ). used as a reference.

Dai risultati è emerso quanto segue: The results showed the following:

* Nel campione TQ è presente solo una leggera contaminazione superficiale di carbonio e un film di ossido di passivazione; * In the TQ sample there is only a slight carbon surface contamination and a passivation oxide film;

* I grafici mostrano che tutti i campioni presentano uno strato carburato; * The graphs show that all samples have a carburized layer;

* Lo spessore dello strato carburato per i vari campioni è riportato in tabella 1.4. * The thickness of the carburized layer for the various samples is shown in table 1.4.

Tab. 1.4 - Spessore dello strato carburato dei campioni di titanio Tab. 1.4 - Thickness of the carburized layer of the titanium samples

Un esempio significativo è rappresentato dal campione E, in cui si rileva la presenza di carbonio, ossigeno e azoto fino ad una profondità di ca. 20 μm. La percentuale in peso di ossigeno nello strato carburato è di ca. il 3%, si mantiene sempre inferiore a quella del carbonio. E' presente inoltre azoto in quantità di ca. 1%. A significant example is represented by sample E, in which the presence of carbon, oxygen and nitrogen is detected up to a depth of approx. 20 μm. The percentage by weight of oxygen in the carburized layer is approx. 3% is always lower than that of carbon. There is also nitrogen in quantities of approx. 1%.

La successiva analisi qualitativa dei campioni ai raggi X conferma la presenza degli elementi sopra citati, in particolare rivela la presenza di una fase di titanio carburo nitruro in cui il rapporto stechiometrico tra il carbonio e l'azoto è non inferiore a 0.7:0.3. È inoltre evidenziata la presenza di TiO. The subsequent qualitative analysis of the samples by X-rays confirms the presence of the elements mentioned above, in particular it reveals the presence of a phase of titanium carbide nitride in which the stoichiometric ratio between carbon and nitrogen is not less than 0.7: 0.3. The presence of TiO is also highlighted.

Su alcuni campioni è inoltre stata eseguita l'analisi XPS mediante la quale è stata valutata la composizione chimica dei primi strati superficiali (max. fino a 60 nm), le varie fasi presenti e la loro variazione in funzione della profondità. Si è osservato che il titanio è presente in superficie principalmente come Ti02, e in misura minore come TiC o TiN; andando in profondità la quantità di Ti02 diminuisce a discapito di quella relativa al TiC e/o TiN. In superficie il carbonio è presente principalmente come grafite o idrocarburo; in profondità la componente relativa al carburo cresce. XPS analysis was also performed on some samples by which the chemical composition of the first surface layers (max. Up to 60 nm), the various phases present and their variation as a function of depth were evaluated. It has been observed that titanium is present on the surface mainly as TiO2, and to a lesser extent as TiC or TiN; going in depth, the quantity of Ti02 decreases to the detriment of that relating to TiC and / or TiN. On the surface, carbon is mainly present as graphite or hydrocarbon; in depth the component relative to the carbide grows.

A titolo di esempio si riporta in tabella 1.5 la composizione chimica dei primi strati atomici del campione D. By way of example, table 1.5 shows the chemical composition of the first atomic layers of sample D.

Tab.1.5- Composizione chimica in percentuale atomica del campione D in superficie e a varie profondità Tab.1.5- Chemical composition in atomic percentage of sample D on the surface and at various depths

Contenuto di idrogeno Hydrogen content

Sono state eseguite le misure del contenuto di Idrogeno su alcuni campioni carburati. Si osserva in tabella 1.6 che tutti i campioni mostrano un contenuto di idrogeno inferiore al limite massimo definito dalle norme ASTM, fissato in 150 ppm. In particolare i campioni M e N trattati a 800°C rispettivamente per Ih e 2h mostrano il contenuto di idrogeno più basso. Measurements of the hydrogen content were performed on some carburized samples. It is observed in table 1.6 that all the samples show a hydrogen content lower than the maximum limit defined by the ASTM standards, set at 150 ppm. In particular, samples M and N treated at 800 ° C for 1h and 2h respectively show the lowest hydrogen content.

Tab . 1.6 - Contenuto dl' idrogeno dei campioni di titanio carburati Tab. 1.6 - Hydrogen content of the carburized titanium samples

Misure di bagnabilità Wettability measures

Sono state eseguite su tutti i campioni misure di bagnabilità con acqua deionizzata impiegando una procedura di pulitura. Per ogni lamina sono state eseguite 6 ripetizioni a meno di misure non significative; i valori ottenuti sono riportati in tabella 1.7. Nonostante l'accurata pulizia dei campioni si riscontra un'elevata dispersione dei dati; in alcuni casi si è calcolata una deviazione standard fino a 27°. Osservando le misure ottenute si può comunque rilevare che per i campioni carburati in atmosfera di acetilene (M, N, 0, P e Q) la deviazione standard è in genere più contenuta . Wettability measurements with deionized water were performed on all samples using a cleaning procedure. For each lamina, 6 repetitions were performed, except for insignificant measurements; the values obtained are shown in table 1.7. Despite the careful cleaning of the samples, there is a high dispersion of the data; in some cases a standard deviation of up to 27 ° was calculated. Observing the measurements obtained, however, it can be noted that for samples carburized in an acetylene atmosphere (M, N, 0, P and Q) the standard deviation is generally more contained.

Tab. 1.7 - Misure di bagnabilità sui campioni di titanio carburato Tab. 1.7 - Wettability measurements on carbide titanium samples

Sono state eseguite alcune misure di angolo di contatto utilizzando un metodo differente da quello sin ora impiegato, che ha permesso di ottenere una maggiore riproducibilità dei dati. Il metodo prevede la misura degli angoli avanzante e recedente, che risultano essere più stabili dell'angolo statico misurato con il metodo della goccia sessile. Si riportano in tabella 1.8 i risultati delle misure di angolo di contatto eseguite con acqua. Some contact angle measurements were performed using a method different from the one used up to now, which allowed to obtain a greater reproducibility of the data. The method provides for the measurement of the advancing and receding angles, which are more stable than the static angle measured with the sessile drop method. Table 1.8 shows the results of the contact angle measurements performed with water.

Tab. 1.8 - Misure di bagnabilità Tab. 1.8 - Measures of wettability

Per questi campioni è stato fornito solo il valore medio For these samples only the mean value was provided

Si può osservare che per i campioni A, I, N e Q il trattamento di carburazione ha causato un incremento dell'angolo di contatto rispetto al TQ e quindi ha migliorato le proprietà antiadesione del It can be observed that for samples A, I, N and Q the carburetion treatment caused an increase in the contact angle with respect to TQ and therefore improved the anti-adhesion properties of the

materiale . material.

Prove di resistenza all'usura Wear resistance tests

Sono state eseguite prove di usura adesiva per valutare l’effetto sulla resistenza all'usura dei diversi trattamenti effettuati sulle lamine di titanio . Adhesive wear tests were performed to evaluate the effect on wear resistance of the different treatments carried out on the titanium sheets.

Per l'effettuazione di tale prova si è utilizzato il tribometro SRV-Optimol { "Fretting"), con geometria di contatto sfera-piano. La lamina impiegata è costituita di titanio mentre la sfera è di 100Cr6. La prova consiste nell'oscillazione (10Hz) della sfera sulla lamina, con un'ampiezza di 3 mm e applicando un carico di 20N. La durata di prova è pari a 15 minuti. La resistenza all'usura viene valutata misurando la perdita in peso (ΔΡ) dei materiali dopo prova. Le condizioni di prova sono state scelte in modo tale da poter discriminare l’effetto dei diversi trattamenti eseguiti sul titanio ed in tabella 1.9 vengono riportati i risultati ottenuti. To carry out this test, the SRV-Optimol ("Fretting") tribometer was used, with a sphere-plane contact geometry. The foil used is made of titanium while the sphere is of 100Cr6. The test consists in the oscillation (10Hz) of the sphere on the plate, with an amplitude of 3 mm and applying a load of 20N. The test duration is 15 minutes. Wear resistance is evaluated by measuring the weight loss (ΔΡ) of the materials after testing. The test conditions were chosen in such a way as to be able to discriminate the effect of the different treatments performed on titanium and the results obtained are shown in Table 1.9.

Tab. 1.9 - Risultati della prova di usura Tab. 1.9 - Results of the wear test

Tutti i campioni rivelano un miglioramento delle proprietà tribologiche rispetto al Ti TQ, mostrando una perdita in peso sensibilmente inferiore. All the samples reveal an improvement in the tribological properties compared to Ti TQ, showing a significantly lower weight loss.

I campioni trattati a 950°C, per tempi compresi tra 1 e 6 ore, in atmosfera sia di metano sia di acetilene mostrano un'elevata resistenza all'usura; in particolare il campione E, carburato in atmosfera di metano a 950°C per 1 ora, mostra una perdita in peso di soli 0.0003 g, mentre i campioni L, P e Q mostrano una perdita in peso variabile tra 0.0012 e 0.0016 g. Samples treated at 950 ° C, for times between 1 and 6 hours, in both methane and acetylene atmospheres show a high resistance to wear; in particular sample E, carburized in a methane atmosphere at 950 ° C for 1 hour, shows a weight loss of only 0.0003 g, while samples L, P and Q show a weight loss varying between 0.0012 and 0.0016 g.

Anche il campione G, trattato a 850°C per 6h, mostra un miglioramento delle proprietà tribologiche, subendo una diminuzione di peso di soli 0.0012 g. Sample G, treated at 850 ° C for 6h, also showed an improvement in the tribological properties, with a weight decrease of only 0.0012 g.

Con riferimento a figura 2, è rappresentata una valvola 1 del tipo azionabile manualmente. Si intende che il presente esempio applicativo è citato a puri scopi esemplificativi, senza nessun intento limitativo. With reference to Figure 2, a manually operated valve 1 is shown. It is understood that the present application example is quoted for purely illustrative purposes, without any limitative intent.

Tale valvola comprende un corpo di valvola 2 all'interno del quale è formato un condotto. In esso, la valvola 1 comprende un organo intercettatore, in particolare un otturatore capace di ruotare di 90° tra una posizione di chiusura o intercettazione ed una posizione di apertura, grazie ad una manopola 4. This valve comprises a valve body 2 inside which a conduit is formed. In it, the valve 1 comprises an interceptor member, in particular a shutter capable of rotating by 90 ° between a closed or intercepted position and an open position, thanks to a knob 4.

L'organo intercettatore in questione deve essere destinato ad un uso continuato nel quale deve resistere ad una certa pressione ed è sottoposto a fatica meccanica ed ad attrito con le altre superfici del corpo di valvola. The intercepting member in question must be intended for continuous use in which it must resist a certain pressure and is subjected to mechanical fatigue and friction with the other surfaces of the valve body.

Inoltre, la superficie dell'otturatore deve presentare una bagnabilità quanto più ridotta possibile, affinché la presenza della valvola, a condotto aperto, non costituisca un'eccessiva perdita di carico. Furthermore, the surface of the shutter must have a wettability as low as possible, so that the presence of the valve, with the duct open, does not constitute an excessive pressure drop.

La forma dell 'intercettatore è a lamina o piastra. Convenientemente, tale piastra è realizzata in Titanio ed è successivamente trattata secondo il procedimento sopra descritto, ad esempio alla stregua del campione D degli esempi comparativi . The shape of the interceptor is foil or plate. Conveniently, this plate is made of titanium and is subsequently treated according to the procedure described above, for example in the same way as sample D of the comparative examples.

In tal modo, tale organo potrà presentare una resistenza prolungata, una maggiore affidabilità ed introdurrà una perdita di carico ridotta grazie al ridotto attrito tra le sue superfici ed il liquido che impegna la valvola. In this way, this member will have a prolonged resistance, greater reliability and will introduce a reduced pressure drop thanks to the reduced friction between its surfaces and the liquid that engages the valve.

Al sopra descritto procedimento ed a prodotti e manufatti con esso trattati un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate . A person skilled in the art, in order to satisfy further and contingent needs, may make numerous further modifications and variants to the above-described process and to the products and manufactured articles treated with it, all of which however fall within the scope of protection of the present invention, as defined by the claims attached.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento superficiale di Titanio comprende una fase di riscaldamento per prodotti realizzati o rivestiti in titanio, per un periodo di tempo prefissato ad una temperatura non inferiore di 50°C alla temperatura di transizione di fase del titanio ed in presenza di un'atmosfera comprendente uno o più gas inerti ed una percentuale di gas di carbonio. CLAIMS 1. Process for the surface treatment of Titanium comprises a heating phase for products made or coated with titanium, for a predetermined period of time at a temperature not lower than 50 ° C to the phase transition temperature of the titanium and in the presence of a atmosphere comprising one or more inert gases and a percentage of carbon gas. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la temperatura di riscaldamento è superiore a 800° . 2. Process according to claim 1, wherein the heating temperature is higher than 800 °. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui la temperatura di riscaldamento è compresa tra 850 °C e 1050°C. 3. Process according to claim 2, wherein the heating temperature is between 850 ° C and 1050 ° C. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la pressione alla quale tale fase di riscaldamento viene eseguita è inferiore a 5 mbar, e preferibilmente inferiore a 1 mbar. 4. Process according to claim 1, wherein the pressure at which this heating step is carried out is lower than 5 mbar, and preferably lower than 1 mbar. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la durata del periodo di riscaldamento è di almeno 30 minuti e preferibilmente di almeno 1 ora. Process according to claim 1, wherein the duration of the heating period is at least 30 minutes and preferably at least 1 hour. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la percentuale per la concentrazione del gas contenente carbonio è superiore al 30% in volume. 6. Process according to claim 1, wherein the percentage for the concentration of the carbon-containing gas is greater than 30% by volume. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui i gas inerti impiegabili sono Azoto ed Argon. 7. Process according to claim 1, in which the inert gases that can be used are Nitrogen and Argon. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detti gas al carbonio sono composti del carbonio e dell'idrogeno. 8. Process according to claim 1, wherein said carbon gases are composed of carbon and hydrogen. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui detti composti del carbonio e dell'idrogeno hanno un peso molecolare inferiore a 60. 9. Process according to claim 8, wherein said carbon and hydrogen compounds have a molecular weight lower than 60. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui detti gas al carbonio impiegabili sono scelti dal gruppo comprendente: metano (CH4), propano (C3H8) e acetilene (C2H2). 10. Process according to claim 9, wherein said usable carbon gases are selected from the group comprising: methane (CH4), propane (C3H8) and acetylene (C2H2). 11. Prodotto o manufatto (3), realizzato in Titanio o comprendente almeno una superficie rivestita in Titanio, trattato mediante un procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti . 11. Product or article (3), made of Titanium or comprising at least one surface coated with Titanium, treated by a process according to one of the preceding claims. 12. Prodotto o manufatto (3) secondo la rivendicazione precedente, ad esempio corpi ed otturatori di valvole, agitatori, mescolatori, rivestimenti per recipienti, componenti di macchine operatrici su fluidi liquidi o pastosi, coclee, condotti e loro rivestimenti, parti di macchine atte a strisciare una a contatto dell'altra, scivoli, guide, ruote. 12. Product or manufactured article (3) according to the preceding claim, for example bodies and shutters of valves, agitators, mixers, coatings for containers, components of machines operating on liquid or pasty fluids, augers, ducts and their coatings, parts of suitable machines to crawl in contact with each other, slides, guides, wheels.
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