Laser cladding and its potential to reduce particulate matter emissions from the automotive and locomotive sector

Laser Cladding (LC) is an emerging technology which is used both for coating applications as well as near-net shape fabrication. Despite its significant advantages, such as low dilution and metallurgical bond with the substrate, it still faces issues such as process control and repeatability, which restricts the extension to its applications. The following thesis evaluates the LC technology and tests its potential to be applied to reduce particulate matter emissions from the automotive and locomotive sector. The evaluation of LC technology was carried out for the deposition of multi-layer and multi-track coatings. 316L stainless steel coatings were deposited to study the minimisation of geometric distortions in thin-walled samples. Laser power, as well as scan strategy, were the main variables to achieve this goal. The use of constant power, reduction at successive layers, a control loop control system, and two different scan strategies were studied. The closed-loop control system was found to be practical only when coupled with the correct scan strategy for the deposition of thin walls. Three overlapped layers of aluminium bronze were deposited onto a structural steel pipe for multitrack coatings. The effect of laser power, scan speed and hatch distance on the final geometry of coating were studied independently, and a combined parameter was established to effectively control each geometrical characteristic (clad width, clad height and percentage of dilution). LC was then applied to coat commercial GCI brake discs with tool steel. The optical micrography showed that even with preheating, the cracks that originated from the substrate towards the coating were still present. The commercial brake discs emitted airborne particles whose concentration and size depended on the test conditions used for simulation in the laboratory. The contact of LC cladded wheel with rail emitted significantly less ultra-fine particles while maintaining the acceptable values of coefficient of friction.

Componentistica avanzata per Impianti di Combustione a Biomassa

In un quadro internazionale di forte interesse verso uno sviluppo sostenibile e sfide energetiche per il futuro, il DIEM, in collaborazione con altri istituti di ricerca ed imprese private, sta progettando l’integrazione di componentistica avanzata su di una caldaia alimentata a biomasse. Lo scopo finale è quello di realizzare una caldaia a biomasse che produca energia in maniera più efficiente e con un impatto ambientale ridotto. L’applicazione è indirizzata inizialmente verso caldaie di piccola-media taglia (fino a 350 kW termici) vista la larga diffusione di questa tipologia di impianto. La componentistica in oggetto è: - filtro sperimentale ad alta efficienza per la rimozione del particolato; - celle a effetto Seebeck per la produzione di energia elettrica direttamente da energia termica senza parti meccaniche in movimento; - pompa Ogden per la produzione di energia meccanica direttamente da energia termica; La finalità dell’attività di ricerca è la progettazione dell’integrazione dei suddetti dispositivi con una caldaia a biomassa da 290 kW termici per la realizzazione di un prototipo di caldaia stand-alone ad impatto ambientale ridotto: in particolare, la caldaia è in grado, una volta raggiunte le condizioni di regime, di autoalimentare le proprie utenze elettriche, garantendo il funzionamento in sicurezza in caso di black-out o consentendo l’installazione della caldaia medesima in zone remote e prive di allaccio alla rete elettrica. Inoltre, la caldaia può fornire, tramite l'utilizzo di una pompa a vapore o pompa Ogden, energia meccanica per il pompaggio di fluidi: tale opportunità si ritiene particolarmente interessante per l'integrazione della caldaia nel caso di installazione in ambito agricolo. Infine, l'abbinamento di un filtro ad alta efficienza e basso costo consente l'abbattimento delle emissioni inquinanti, favorendo una maggiore diffusione della tecnologia senza ulteriori impatti sull'ambiente.