IV
SOMMARIO
Questo lavoro ha come oggetto l’analisi superficiale alla nanoscala di componenti meccanici su scala nanometrica utilizzando la microscopia a sonda, in particolare lo Shear Force Microscope (microscopio a forza di taglio, SHFM), che permette di acquisire la topografia delle superfici analizzate in modalità di non contatto.
Lo studio è stato condotto con lo scopo di caratterizzare le microlavorazioni con laser ad impulsi ultracorti. Le superfici analizzate sono infatti state realizzate tramite lavorazione laser con impulsi di 800 fs su acciaio inossidabile martensitico AISI 440C.
Obiettivi principali del lavoro sono: (i) verificare il ruolo dei parametri di processo nel determinare la finitura superficiale; (ii) studiare morfologia e geometria delle nanostrutture periodiche (LIPSS) che l’ablazione con impulsi ultracorti produce sulla superficie dei pezzi lavorati; (iii) porre le basi per estendere l’impiego del laser anche nella fase di lamatura oltre che in quella di microforatura.
Nella prima parte sono state analizzate delle marcature prodotte dal fascio laser, determinandone la geometria in funzione dei parametri di lavorazione. In vista dell’impiego della tecnica laser nella lamatura, è stato impiegato un semplice modello per, rateo, profondità e larghezza di asportazione del materiale. Inoltre sono stata studiate formazione e morfologia dei LIPSS al variare dei parametri.
Nella seconda parte sono state analizzate delle microforature ponendo particolare enfasi sullo studio dei LIPSS, presenti anche in questo ma con morfologie specifiche a causa dei diversi parametri e geometrie di processo.
ABSTRACT
The aim of this work is the surface analysis at the nanoscale of mechanical components using scanning probe microscopy, in particular the Shear Force Microscopy (SHFM); that allows reconstructing the surface topography of surfaces with a non-contact operation.
The study was conducted to characterize the laser micromachining with ultrashort pulses. The analyzed surfaces were made by laser machining with ultrashort pulses (800 fs) on martensitic stainless steel AISI 440C.
Main objectives of the work are: (i) to assess the role the process parameters play in ruling the surface roughness; (ii) to study morphology and geometry of the periodic nanostructures (LIPSS) induced by ultrashort laser ablation; (iii) to pave the way for extending the use of laser to the surface milling process. In the first part markings produced by the laser have been analyzed as a function of the process parameters. In view of the exploitation in the milling process, a simple model has been used to determine the ablation rate, and the width and depth of the marking. Furthermore, LIPSS formation and morphology have been investigated.
In the second part microholes have been analyzed with a special emphasis onto the LIPSS, induced also in this case, but showing distinct features due to the different parameters and geometry of the process.
