Che cos’è il collaudo dei materiali

Che cos'è un'analisi dei materiali

Un’analisi dei materiali—nota anche come test sui materiali—è il processo scientifico volto a valutare le proprietà fisiche e chimiche di un prodotto, di un componente o di una materia prima specifica. Un’analisi dei materiali può fornire una scomposizione esaustiva della composizione di un campione, includendo tutti i composti chimici costituenti, materiali sintetici e altre sostanze, oltre alle loro precise concentrazioni. 

Oltre a identificare i materiali e a misurare le loro concentrazioni all’interno di un elemento o campione specifico, i test sui materiali possono anche valutare le caratteristiche e le prestazioni. Le proprietà fisiche che è possibile testare durante un’analisi dei materiali includono resistenza, robustezza, elasticità, tenacità e attrito. (Le specifiche dei test variano ampiamente tra settori, OEM e campioni e sono spesso altamente personalizzate in base ai requisiti del cliente.)

Mentre la tipologia più basilare e fondamentale di analisi dei materiali esamina la composizione di un prodotto, componente o campione a livello granulare—o in alcuni casi persino microscopico o nanoscopico—esistono anche molteplici altri metodi di prova utilizzati da produttori e settori specifici. Alcune altre forme di analisi diffuse includono i test meccanici, che valutano come le proprietà fisiche del campione rispondano a determinate azioni e condizioni; i test termici, che valutano le prestazioni e la durabilità di un campione a diverse temperature; e i test di degradazione biologica, che analizzano la resistenza di un materiale a corrosione, irraggiamento e degrado.  

Quali sono i motivi principali per eseguire un test sui materiali

Esistono diversi motivi importanti per i quali un produttore può voler condurre un’analisi dei materiali su uno dei propri prodotti o componenti. 

• Gli OEM (produttori di apparecchiature originali) che realizzano prodotti soggetti a regolamentazioni ambientali possono aver bisogno di conoscere l’esatta composizione chimica dei propri beni. In tali casi, i test sui prodotti consentono di garantire che le sostanze chimiche soggette a regolamentazione presenti nei prodotti restino sotto determinate soglie e che il prodotto stesso sia conforme ai requisiti legali. 

• Le aziende dell’industria alimentare e delle bevande devono eseguire regolarmente test sui prodotti per verificare che siano sicuri al consumo umano e che non siano stati adulterati da sostanze pericolose o altri contaminanti tossici. Inoltre, queste imprese hanno l’obbligo legale di garantire l’integrità dei prodotti e di etichettare correttamente le confezioni; tali misure devono spesso essere validate tramite analisi chimiche di terze parti.

• Un’ampia gamma di settori ha la responsabilità professionale di mantenere determinati livelli di purezza nei propri prodotti. L’industria farmaceutica, ad esempio, deve effettuare regolari test analitici e «controlli di purezza» per garantire che i farmaci non siano contaminati da impurità, contaminanti o altri materiali compromettenti. Il controllo della purezza è fondamentale anche nella produzione di semiconduttori, dove anche minime impurità o contaminanti nei processi chimici possono influire in modo significativo su qualità, prestazioni e resa. 

In quali settori si eseguono test sui materiali

L’analisi dei materiali non è limitata a uno o a pochi settori. Essendo l’unico modo certo per identificare ogni sostanza presente in una materia prima o in un prodotto finito, rappresenta una misura di due diligence essenziale per una vasta gamma di industrie. 

• Industria chimica
• Semiconduttori
• Farmaceutica
• Alimentare e bevande
• Aerospaziale e difesa
• Automotive
• Costruzioni
• Energie rinnovabili
• Cosmetica e bellezza

Chi esegue i test sui materiali

I test sui materiali sono generalmente effettuati da laboratori di prova e aziende di assurance che si specializzano nella valutazione di prodotti, parti e materiali. Queste società eseguono una moltitudine di valutazioni differenti, incluse prove sulla composizione chimica, sulla durabilità e sulle performance, oltre ad analisi per la rilevazione di contaminanti e verifiche di purezza. 

Grandi aziende multinazionali di testing come Intertek dispongono della scala, capacità e competenza per realizzare test sui materiali in numerosi settori industriali. Altri attori principali nel campo del testing e della quality assurance sono SGS, Bureau Veritas e Eurofins Scientific. 

Il settore comprende anche imprese più piccole e specializzate, dedicate esclusivamente all’analisi dei materiali per settori specifici. Nell’aerospaziale, ad esempio, dove le prestazioni e l’affidabilità dei componenti sono essenziali e i malfunzionamenti possono avere conseguenze catastrofiche, è necessaria una costellazione di imprese di testing e verifica a servizio dei grandi OEM. 

Quali sono le tecniche più comuni di analisi dei materiali

Le metodologie di test sui materiali possono cambiare sensibilmente da un settore all’altro e le tecniche utilizzate dipendono dal tipo di analisi richiesta dal laboratorio (meccanica, termica, composizione chimica ecc.). Per i produttori interessati a conoscere le proprietà fisiche, la qualità e la purezza dei propri prodotti, esistono numerose tecniche analitiche ampiamente adottate. 

• Test di microscopia: Come suggerisce il nome, questa analisi utilizza tecnologie microscopiche per osservare la struttura e la composizione dei campioni a livello microscopico e nanoscopico. Le principali forme di test con microscopia includono la microscopia ottica, la microscopia a forza atomica (AFM) e la microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Questa metodologia viene impiegata in nanotecnologia, scienza dei materiali, test ambientali, forense e microbiologia.

• Immunodosaggio: Questo test chimico rileva e misura le piccole molecole presenti in un campione, inclusi proteine, ormoni e altri analiti. Gli immunodosaggi sono test efficaci nei settori della diagnostica medica, farmaceutica e alimentare. 

• Analisi elettrochimica: Questa classe di test utilizza stimolazione elettrica per determinare la reattività chimica di una soluzione, materiale o altro campione. L’analisi elettrochimica misura le velocità delle reazioni di ossidazione e riduzione—conosciute collettivamente come reazioni «redox»—che consentono agli scienziati di dedurre composizione chimica, concentrazioni e comportamento del degrado nei campioni. Questi test sono spesso utilizzati per studiare corrosione, deterioramento e i meccanismi di guasto durante la selezione dei materiali e altri processi nei settori delle batterie, dei minerali e farmaceutico. 

Qual è la differenza tra quality assurance e test sui materiali

Quality assurance e test sui materiali sono due ambiti e processi che presentano importanti sovrapposizioni, ma non sono affatto intercambiabili. La quality assurance (QA) si può definire come quell’insieme di pratiche e procedure volte a verificare che un prodotto o servizio rispetti o superi costantemente una certa soglia di qualità. Secondo la International Organization for Standardization, punto di riferimento per alcune delle più diffuse pratiche di assicurazione della qualità attuali, «L’obiettivo principale della QA è ridurre il rischio di difetti—e, soprattutto, intervenire sui difetti il prima possibile lungo la catena del valore.» 

Se la quality assurance copre generalmente numerosi aspetti delle attività e dei processi produttivi di un’organizzazione, il test dei materiali è una specifica misura puntuale utilizzata per valutare qualità, contenuto e prestazioni. Proprio per questa differenza di portata, è corretto affermare che l’analisi dei materiali rappresenta un aspetto critico, se non indispensabile, della quality assurance. I migliori programmi di QA, quelli più completi, si basano spesso su una o più tipologie di test sui materiali per mantenere un alto livello qualitativo del prodotto e ridurre al minimo difetti, anomalie e altri fattori critici.