PRESENTAZIONE

Obiettivo del corso è fornire le basi chimico-fisiche essenziali per la comprensione delle correlazioni struttura-proprietà nei materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi per le loro applicazioni tecnologiche. Saranno inoltre trattati i fondamenti dell’elettrochimica, della corrosione e gli equilibri di fase.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Obiettivo dell'insegnamento è lo studio dei materiali compositi, dei polimeri, dei metalli e dei ceramici. Intende inoltre fornire le basi per la comprensione della corrosione e delle celle elettrochimiche.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte (lezioni frontali) e lo studio individuale permetteranno allo studente di:

• Conoscere le principali classi di materiali quali polimeri, ceramici, metalli, compositi e le loro caratteristiche, correlando struttura e microstruttura alle proprietà meccaniche e funzionali.
• Comprendere gli equilibri di fase a due e più componenti.
• Conoscere i principali fenomeni elettrochimici (celle galvaniche e di elettrolisi).
• Comprendere i fondamenti della corrosione e conoscere le tecniche di protezione dei fenomeni corrosivi.

   

PREREQUISITI

Chimica di base, analisi matematica, fisica.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso prevede lezioni ed esercitazioni frontali in aula.

Gli studenti che abbiano in corso di validità certificazione di disabilità fisica o di apprendimento in archivio presso l'Università e che desiderino discutere eventuali sistemazioni o altre circostanze relative a lezioni, corsi ed esami, dovranno parlare sia con il docente che con il Prof. Federico Scarpa (federico.scarpa@unige.it), referente per la disabilità della Scuola Politecnica.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il corso introduce le relazioni fondamentali tra la struttura chimico-fisica, le proprietà macroscopiche e i criteri di selezione dei materiali, con particolare focus sulle applicazioni ingegneristiche in ambito navale e nautico. Il programma si articola nei seguenti macro-argomenti.

1. Relazione struttura-proprietà della materia

• Fondamenti di chimica dei solidi: richiami sui legami atomici e loro influenza sulle proprietà macroscopiche e tecnologiche dei materiali. Solidi cristallini e amorfi.
• Difetti reticolari e trasporto di materia: imperfezioni puntuali, lineari (dislocazioni) e di superficie. Fenomeni di diffusione allo stato solido e trattamenti termochimici superficiali.
• Stabilità di fase e diagrammi di stato: interpretazione termodinamica dei diagrammi di equilibrio binari (sistemi eutettici, peritettici e trasformazioni invarianti). Il sistema Ferro-Carbonio.

2. Proprietà meccaniche, tecnologie e comportamento in esercizio

• Comportamento elastico e plastico: legame sforzo-deformazione, meccanismi di rafforzamento e cenni ai processi di formatura e lavorazione.
• Meccanismi di cedimento: analisi fenomenologica della frattura (duttile vs. fragile), concentrazione degli sforzi e comportamento dei materiali sotto carichi ciclici (fatica meccanica).

3. Classi di materiali ingegneristici e criteri di selezione

• Materiali metallici: rassegna strutturale e tecnologica di acciai (al carbonio, legati e inossidabili), ghise e principali leghe non ferrose di interesse nautico (alluminio, rame, titanio). Cenni alle proprietà, lavorazione e riciclo di polimeri, ceramici e vetri.
• Materiali polimerici, ceramici e vetri: struttura, proprietà e classificazione dei polimeri (termoplastici, termoindurenti ed elastomeri) con focus sulle resine usate in ambito navale; cenni ai processi di lavorazione, degradazione e riciclo. Introduzione ai materiali ceramici, vetri e vetroceramici.
• Materiali compositi e nanostrutturati: classificazione, microstruttura e produzione di compositi rinforzati (particellari, fibrosi, laminari e strutture sandwich), con particolare attenzione ai materiali FRP (Fiber Reinforced Polymers). Introduzione alle proprietà delle nanostrutture.
• Metodologia di selezione: introduzione alla scelta ottimizzata dei materiali in base a vincoli e obiettivi progettuali.

4. Elettrochimica, corrosione marittima e sostenibilità

• Termodinamica e cinetica elettrochimica: principi delle celle galvaniche ed elettrolitiche, leggi di Faraday e cenni ai sistemi di accumulo e conversione dell’energia.
• Degradazione e protezione in ambiente marino: morfologie di corrosione (uniforme, galvanica, pitting), metodologie di prevenzione, rivestimenti e protezione catodica (anodi sacrificali).
• Sostenibilità ed economia circolare: approccio al ciclo di vita dei materiali (LCA), transizione dall’economia lineare a quella circolare e criteri di riciclabilità al fine vita.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà disponibile in aulaweb dell’insegnamento, così come gli esempi di test finale proposti negli anni precedenti con le relative soluzioni. Gli appunti presi durante le lezioni e il materiale in aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell’esame, ma i libri seguenti sono suggeriti come testi di appoggio e approfondimento.

W. D. Callister and D. G. Rethwisch, "Materials Science and Engineering: an introduction", Wiley

M. F. Ashley, "Material selection in mechanical design", Elsevier

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

GIANGUIDO RAMIS (Presidente)

ANTONIO BARBUCCI

DAVIDE CADEMARTORI

MARIA PAOLA CARPANESE (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/8721/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame si compone di una prova scritta con orale facoltativo, ovvero lo studente che abbia superato la prova scritta con votazione maggiore o uguale a 18 trentesimi può decidere se sostenere anche un esame orale nei giorni stabiliti oppure accettare il voto della prova scritta.

l docente si riserva tuttavia la facoltà di convocare lo studente per un colloquio orale integrativo qualora ritenga necessario verificare la preparazione effettivamente acquisita, anche in presenza di elementi che possano far sorgere dubbi sull'autenticità dello svolgimento della prova scritta.

L'esito dell'esame sarà determinato dalla valutazione complessiva della prova scritta e dell'eventuale colloquio orale.

La prova scritta può essere ripetuta, ma in tal caso vale il voto dell’ultimo scritto consegnato.

Lo scritto consiste in 2 esercizi e 3 domande a risposta aperta che verranno valutate in base al contenuto e alla correttezza scientifici, all’utilizzo corretto della terminologia tecnica e alla chiarezza e fluidità della struttura logica.

Saranno disponibili 3 appelli di esame per la sessione ‘invernale’ (gennaio, febbraio e durante la pausa didattica prevista dalla Scuola Politenica a Pasqua) e 3 appelli per la sessione ‘estiva’ (giugno, luglio, settembre e durante la pausa autunnale prevista dalla Scuola Politecnica). Non verranno concessi appelli straordinari al di fuori dei periodi indicati dalla Scuola Politecnica, fatta eccezione per gli studenti che non abbiano inserito nel piano di studi attività formative nell’anno accademico in corso.

Non è consentito utilizzare appunti, testi e non sono ammessi palmari e/o telefoni cellulari. I risultati della prova scritta verranno pubblicati su Aulaweb.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’esame si prefigge di verificare la conoscenza da parte dello studente delle principali caratteristiche e proprietà delle diverse classi di materiali. Saranno valutate la capacità di risolvere problemi numerici e di interpretazione dei diagrammi di fase, nonché l'abilità dello studente nell'operare una scelta tra materiali differenti. Sarà inoltre verificata la capacità di applicare le basi teoriche a casi generali o specifici di interesse tecnologico e di analizzare criticamente le problematiche relative alla corrosione dei materiali. Verrà inoltre valutata la qualità dell’esposizione, l’utilizzo corretto della terminologia tecnica e la capacità di ragionamento critico.