Studio e caratterizzazione di leghe di alluminio processate tramite additive manufacturing per applicazioni di stoccaggio d'idrogeno

This thesis aims to analyze the effects of heat treatment on an alloy based on Aluminum, Scandium and Silicon produced by additive manufacturing. The two samples analyzed were fabricated by the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process, using a laboratory machine with lower power than industrial ones. The samples are made of m4pTM StrengthAl. Components produced through LPBF consisting of this alloy are characterized by high specific strength values, comparable to those of Titanium alloys, and far greater yield strength than those of common Aluminum alloys. Given its high performance, this material is widely used in motor sports and aviation. Heat treatment is required to achieve even higher strength values. This work aim at determine the heat treatment, which gives the samples the properties that most predispose them for hydrogen storage applications. Aluminum alloys can store hydrogen at moderate temperatures and pressures, forming aluminum hydrides. When then heated, the hydrides release the hydrogen atoms. The samples were subjected to annealing at 420°C for one hour in order to increase the size of the micropores to obtain a larger interaction surface at the expense of mechanical properties. They were then polished and observed under an optical microscope at 10x1.25 magnification. Additional images were then obtained after subjecting the samples to chemical attack using Keller's reagent, finally, microhardness tests were performed to check for any changes due to the heat treatment performed.

Questa tesi ha lo scopo di analizzare gli effetti del trattamento termico su una lega a base di Alluminio, Scandio e Silicio prodotta tramite additive manufacturing. I due campioni analizzati sono stati realizzati tramite il processo di Laser Powder Bed Fusion (LPBF), utilizzando un macchinario da laboratorio con potenza inferiore a quelli industriali. I campioni sono composti da m4pTM StrengthAl. I componenti prodotti tramite LPBF costituiti da questa lega sono caratterizzati da elevati valori di resistenza specifica, paragonabili a quelli delle leghe di Titanio e da una resistenza allo snervamento di gran lunga maggiore rispetto a quella delle comuni leghe di Alluminio. Date le sue elevate prestazioni, questo materiale trova largo impiego negli sport motoristici e nel campo dell’aviazione. Per ottenere valori ancora più elevati di resistenza è necessario eseguire un trattamento termico. Il presente lavoro è volto a determinare il trattamento termico, che conferisce ai campioni le proprietà che più li predispongono per applicazioni di immagazzinamento d’idrogeno. Le leghe di alluminio possono stoccare l’idrogeno a temperature e pressioni contenute, formando idruri di alluminio. Quando poi riscaldati, gli idruri liberano gli atomi d’idrogeno. I campioni sono stati sottoposti a ricottura a 420°C per un’ora al fine di aumentare la dimensione dei micropori per ottenere una superficie d’interazione maggiore a discapito delle proprietà meccaniche. Successivamente sono stati lucidati e osservati al microscopio ottico con ingrandimento di 10x1.25. In seguito sono state ottenute ulteriori immagini dopo aver sottoposto i campioni ad attacco chimico utilizzando il reagente di Keller, infine, sono state eseguite delle prove di microdurezza per verificare eventuali variazioni dovute al trattamento termico effettuato.