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

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

I. Principi tecnici La tecnologia di spruzzatura a fiamma supersonica sfrutta la combustione intensa di 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 passa attraverso un ugello Laval appositamente progettato, formando un getto stabile ad alta velocità. La polvere composita di lega di nichel-cromo e carburo di cromo utilizzata nel processo di spruzzatura viene immessa in questo getto, riscaldata rapidamente fino a uno stato fuso o semifuso e colpisce la superficie del substrato pretrattato (ad esempio, sabbiato) a velocità estremamente elevate (tipicamente superiori a 600 m/s). Le particelle fuse si appiattiscono sul substrato, si raffreddano rapidamente, si accumulano e si solidificano, formando infine un rivestimento in cermet denso e saldamente legato.

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

Eccellenti proprietà meccaniche: il rivestimento combina elevata durezza con 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 in carburo di cromo disperso 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'altissima velocità delle particelle spruzzate, queste si deformano completamente all'impatto, creando una sovrapposizione compatta e consentendo 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 entro un intervallo di temperatura di esercizio compreso tra 538 °C e 900 °C. Presenta un'elevata ritenzione della durezza alle alte temperature e una significativa resistenza all'ossidazione e all'erosione da gas. Studi dimostrano che in un ambiente ad alta temperatura di 620 °C, la sua resistenza all'erosione da particelle solide è da diverse a dieci volte superiore a quella dei normali substrati in acciaio resistenti al calore.

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

III. Principali aree di applicazione

Aerospaziale: utilizzato per guarnizioni resistenti all'usura e all'abrasione su componenti hot-end come pale del compressore del motore e involucri delle turbine.

Energia e potenza: ampiamente utilizzato per la protezione dalle alte temperature e per prolungare la durata di vita dei tubi 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 quali rulli metallurgici, valvole ad alta temperatura, guide di forni di sinterizzazione, alberi di pompe petrolchimiche e anelli di tenuta meccanica.

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