Adesione contro abrasione: come i nanorivestimenti impediscono al metallo di attaccarsi allo stampo

La trafilatura porta le matrici in due modi. L'abrasione è il lento sfregamento di particelle dure contro la superficie dello stampo. L'adesione è la saldatura improvvisa del metallo allo stampo, seguita da strappo. La maggior parte dei materiali per stampi resistono abbastanza bene all'abrasione. L'adesione è dove falliscono.

Quando il filo passa attraverso una filiera, la pressione nella zona del cuscinetto può superare i 1.000 MPa. A questa pressione, le superfici metalliche pulite possono formare saldature microscopiche con il materiale dello stampo. Rame, alluminio e acciaio inossidabile sono particolarmente soggetti a questo. Una volta che si forma una saldatura, cresce. Il filo si strappa, portando con sé il materiale della matrice e la superficie della matrice diventa ruvida. Il passaggio successivo genera più calore, più saldature e più danni.

Le matrici per trafilatura Nano affrontano l'adesione a livello della superficie. Il rivestimento di diamante nanocristallino, con granulometria inferiore a 0,5 μm, crea una superficie ultra liscia con un coefficiente di attrito pari a 0,05. Ancora più importante, il rivestimento è chimicamente inerte. Non forma legami metallici con rame o alluminio. Il metallo scorre attraverso lo stampo invece di attaccarsi ad esso.

Le filiere per trafilatura PCD offrono vantaggi simili. Il diamante policristallino è duro e liscio e resiste all'adesione molto meglio del carburo di tungsteno. Ma il PCD ha i confini dei grani: regioni microscopiche in cui si incontrano i cristalli di diamante. Tali confini possono fungere da punti di ancoraggio per il trasferimento del metallo, soprattutto in condizioni di alta pressione.

Le filiere per trafilatura in diamante naturale sono il materiale antiadesione per eccellenza. Un singolo cristallo non ha affatto bordi di grano. La superficie è atomicamente liscia. Il metallo non riesce a trovare un punto d'appoggio. Ma il diamante naturale è fragile e costoso, il che lo limita a fili sottili e applicazioni di precisione.

La scelta pratica dipende dal filo e dal volume. Per la maggior parte dei trafilati di rame e alluminio, le matrici nanorivestite offrono il miglior equilibrio tra resistenza all'adesione, durata all'usura e costi. Per il filo ultrasottile in cui la qualità della superficie è fondamentale, il diamante naturale rimane il punto di riferimento. Ma per la vasta via di mezzo della produzione di fili industriali, i nanorivestimenti hanno cambiato l’equazione. L'adesione non è più inevitabile. È un problema di progettazione e ha una soluzione.