Preparazione di rivestimenti di nichel-cromo-carburo di cromo mediante spruzzatura supersonica

La spruzzatura supersonica è una tecnologia avanzata di ingegneria delle superfici che utilizza getti ad alta temperatura e ad alta velocità per fondere o fondere parzialmente i materiali di rivestimento e depositarli poi sulla superficie di un substrato ad alta velocità per formare un rivestimento ad alte prestazioni. Tra questi, i rivestimenti di nichel-cromo/carburo di cromo preparati mediante spruzzatura a fiamma supersonica sono particolarmente diffusi nelle applicazioni industriali.

I. Principi tecnici La tecnologia di spruzzatura a fiamma supersonica utilizza l'intensa combustione di un combustibile (come cherosene, propano o idrogeno) con ossigeno ad alta pressione in una camera di combustione per generare un flusso di gas ad alta temperatura e alta pressione. Questo flusso di gas viene accelerato a velocità supersoniche mentre attraversa un ugello Laval appositamente progettato, formando un getto stabile ad alta velocità. La polvere composita di lega nichel-cromo e carburo di cromo utilizzata nel processo di spruzzatura viene alimentata in questo getto, riscaldata rapidamente allo stato fuso o semifuso e impatta sulla superficie del substrato pretrattato (ad esempio, sabbiato) a velocità estremamente elevate (in genere superiori a 600 m/s). Le particelle fuse si appiattiscono sul substrato, si raffreddano rapidamente, si accumulano e solidificano, formando infine un rivestimento cermet denso e aderente.

II. Caratteristiche del rivestimento del nucleo Il rivestimento in nichel-cromo/carburo di cromo preparato con questo processo possiede le seguenti eccezionali proprietà:

Eccellenti proprietà meccaniche: il rivestimento combina un'elevata durezza con una buona tenacità. La sua microdurezza varia tipicamente da 760 HV a 995 HV. La lega nichel-cromo, che funge da fase legante, fornisce un'eccellente tenacità e forza di adesione, mentre la fase dura dispersa di carburo di cromo fornisce il principale supporto resistente all'usura. La forza di adesione media tra il rivestimento e il substrato supera i 60 MPa.

Microstruttura densa: grazie all'elevatissima velocità delle particelle spruzzate, queste si deformano completamente all'impatto, dando luogo a una sovrapposizione compatta che consente di controllare la porosità del rivestimento a un livello estremamente basso, pari all'1-2%. La bassa porosità è fondamentale per l'eccellente resistenza alla corrosione e all'ossidazione del rivestimento.

Prestazioni superiori alle alte temperature: questo rivestimento mantiene prestazioni stabili per un lungo periodo in un intervallo di temperatura di esercizio compreso tra 538℃ e 900℃. Presenta un'elevata ritenzione della durezza alle alte temperature e una significativa resistenza all'ossidazione e all'erosione da gas. Gli studi dimostrano che in un ambiente ad alta temperatura di 620℃, la sua resistenza all'erosione da particelle solide è da diverse a dieci volte superiore a quella dei normali substrati in acciaio resistente al calore.

Buona resistenza ambientale: la fase legante in lega di nichel-cromo presenta di per sé una buona resistenza all'ossidazione e alla corrosione. Se combinata con il carburo di cromo, il rivestimento resiste efficacemente all'ossidazione ad alta temperatura, alla corrosione da zolfo e all'erosione causata da vari agenti salini e chimici.

III. Principali aree di applicazione

Settore aerospaziale: Utilizzato per guarnizioni resistenti all'usura e all'abrasione su componenti ad alta temperatura come le pale del compressore del motore e i carter delle turbine.

Energia e potenza: ampiamente utilizzato per la protezione dalle alte temperature e per prolungare la durata delle tubazioni delle caldaie nelle centrali elettriche a carbone e a gas, delle pale delle turbine a vapore e delle sezioni di transizione delle turbine a gas.

Produzione industriale: applicata a componenti chiave come rulli metallurgici, valvole per alte temperature, guide per forni di sinterizzazione, alberi di pompe petrolchimiche e anelli di tenuta meccanica.

IV. Materiali in nichel-cromo-carburo di cromo adatti alla spruzzatura supersonica.