Produzione e studio microstrutturale, tribologico ed a corrosione di rivestimenti innovativi progettati per massimizzare la durabilità di valvole di testa di pozzo geotermiche

Il presente lavoro di tesi è nato da una collaborazione tra Friulco, azienda produttrice di valvole per il settore energetico, Corbellini, produttore di rivestimenti thermal spray, e l’università di Udine nell’ambito del progetto regionale “Studio di materiali e processi per il miglioramento delle prestazioni delle valvole in presenza di fenomeni di erosione/corrosione”. Come è noto la produzione di energia da fonte geotermica avviene sfruttando dei fluidi vettori termici molto aggressivi contenenti al loro interno gas incondensabili quali CO2 e H2S. In questi gas, inoltre, ci sono delle particelle di particolato sospeso che provocano problemi di erosione. In aggiunta a questi fenomeni sono presenti anche dei fenomeni di usura da strisciamento nei componenti meccanici in movimento che aggravano il degrado dei materiali. Tutti questi fenomeni sono molto intensi nelle valvole di testa di pozzo geotermico, causando una riduzione della vita utile. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di valutare la resistenza a corrosione ed usura di rivestimenti thermal spray e galvanici compositi, considerati come valide alternative ai riporti saldati che vengono normalmente utilizzati per la protezione dei substrati di acciaio strutturali. La scelta di questi rivestimenti ricade sulle ottime prestazioni di resistenza a corrosione ed usura che possiedono. In particolare i rivestimenti thermal spray scelti per questa esperienza, depositati con tecniche APS (Air Plasma Spray) e HVOF (High Velocity Oxi-Fuel), sono: NiCr, stellite-6, WC CoCr, NiCr+WC CoCr e NiCr+Cr2O3. Nel caso di rivestimenti galvanici saranno analizzati i rivestimenti in Ni, Ni/µSiC e Ni/nSiC depositati in DC (Direct Current: corrente continua) o PC (Pulse Current: corrente pulsata), alle frequenze di 0,01Hz, 0,1Hz, 1Hz, 10Hz. Tutti i rivestimenti elencati sono stati analizzati microstrutturalmente con microscopia ottica, Microscopia elettronica a scansione (SEM), profilometro e, per i soli rivestimenti Ni/nSiC, con RF-Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (RF-GDOES). Per tutti i rivestimenti sono state effettuate delle misure di microdurezza. I rivestimenti sono stati testati ad usura a temperatura ambiente e a 300°C mediante prove in configurazione ball on disk. I campioni danneggiati sono stati analizzati al SEM, per determinare il meccanismo di usura, e al profilometro per definire il tasso di usura. La resistenza a corrosione è stata valutata mediante curve potenziodinamiche in due ambienti diversi: uno simulante le condense dei pozzi geotermici ed uno simulante un ambiente con acido solfidrico ad alta concentrazione. I risultati ottenuti sono necessari per definire i rivestimenti che potrebbero essere depositati su una valvola pilota che verrà testata in esercizio. La scelta del rivestimento più idoneo è stata effettuata basandosi sui risultati delle prove tribologiche ed elettrochimiche