Temperature-sensitive performance of metallic ski bases: a focus on picosecond LIPSS-Treated AISI 301H

This thesis investigates the temperature-sensitive performance of metallic ski bases; specifically AISI 301H treated with picosecond Laser-Induced Periodic Surface Structures (LIPSS), as a potential replacement for traditional Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) bases. The study aims to address the challenges posed by artificial snow and changing climatic conditions, which have increased wear on UHMWPE bases. Through experimental analysis using a snow-specific tribometer, supplemented by SEM images for further visual analysis, the research evaluates the impact of various laser treatment parameters on the snow-steel tribological interaction. The findings indicate that laser fluence, scanning mode, frequency, average power, and scanning speed are significant factors influencing the friction coefficient of AISI 301H. The best-performing sample demonstrates reduced friction and enhanced snow sliding properties at relevant temperatures, suggesting the viability of LIPSS-treated AISI 301H for practical applications in winter sports. The repeatability and durability of the treatment are confirmed, indicating potential for mass production and sustained performance under real-world conditions. The possibility of applying waxes to LIPSS-treated bases is also explored, with the potential to further optimize performance. The thesis concludes that LIPSS-treated AISI 301H is a promising candidate for alpine ski bases, offering a balance of mechanical properties, corrosion resistance, and cost-effectiveness, with the potential to reduce maintenance and improve ski longevity.

La presente tesi esplora come le prestazioni delle solette metalliche per sci siano influenzate dalla sensibilità alla temperatura; focalizzandosi sull'AISI 301H trattato con laser a picosecondi per generare strutture superficiali periodiche (LIPSS), come alternativa alle basi in polietilene ad alto peso molecolare (UHMWPE) tradizionalmente utilizzate. Lo studio si propone di affrontare le sfide poste dalla neve artificiale e dalle mutevoli condizioni climatiche, le quali hanno portato ad un aumento dell'usura delle solette in UHMWPE. Attraverso un'analisi sperimentale condotta con l'ausilio di un tribometro specifico per la neve e integrata con ulteriori analisi visive mediante SEM, la ricerca valuta l'impatto di vari parametri del trattamento laser sull'interazione tribologica tra neve e acciaio. I risultati evidenziano che la fluenza del laser, la modalità di scansione, la frequenza, la potenza media e la velocità di scansione sono fattori significativi che influenzano il coefficiente di attrito dell'AISI 301H. Il campione che ha mostrato le migliori prestazioni dimostra una riduzione dell'attrito e migliori proprietà di scivolamento sulla neve alle temperature rilevanti, suggerendo l'efficacia di questa soluzione per un'applicazione pratica negli sport invernali. La conferma della ripetibilità e della durabilità del trattamento indica un potenziale per la produzione su larga scala e per prestazioni sostenute in condizioni reali. Inoltre, viene esplorata la possibilità di applicare scioline sulle solette trattate con LIPSS, con l'obiettivo di ottimizzarne ulteriormente le prestazioni. La tesi conclude che l'AISI 301H trattato con LIPSS rappresenta un promettente candidato come nuova soletta per gli sci, offrendo un equilibrio tra proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e convenienza economica, con il potenziale di ridurre la necessità di manutenzione e migliorare la longevità degli sci.