MATERIALI E PROCESSI SOSTENIBILI PER RIVESTIMENTI PROTETTIVI TERMOSPRUZZATI

La termospruzzatura è una famiglia di tecnologie per l’applicazione di rivestimenti utilizzate in molti settori industriali per migliorare le caratteristiche, proteggere e estendere la vita d’uso di numerosi componenti meccanici. Tra le tecniche di termospruzzatura, l’HVOF (High Velocity Oxygen-Fuel) rappresenta lo stato dell’arte per la deposizione di densi rivestimenti antiusura e anticorrosione. Rivestimenti cermet HVOF a base WC e Cr3C2, in matrice Co, Co-Cr, Ni, Ni-Cr, conferiscono eccellenti proprietà antiusura e buone proprietà anticorrosione anche fino a 900°C in funzione della composizione chimica. Rivestimenti HVOF in lega metallica, come le Stelliti (a base Co) e le leghe NiCrBSi “Self-fluxing” vengono utilizzati come protezione ad usura e corrosione in applicazioni in cui è necessaria elevata tenacità. Nonostante i noti vantaggi tecnologici, questi materiali presentano criticità da un punto di vista economico e della salute umana. Nel 2011, l’Unione Europea ha inserito Co e W nella lista dei “Critical Raw Materials” (CRM), ovvero tra gli elementi che presentano simultaneamente elevata importanza economica ed elevato rischio di approvvigionamento. Inoltre, nel 2015, le polveri di Co sono state dichiarate cancerogene per inalazione dal Cobalt Development Institute, con effetti aggravati se in combinazione con il WC. A partire dal 2011, è stata introdotto sul mercato un importante sviluppo di una tecnologia innovativa di termospruzzatura, denominata HVAF, High Velocity Air-Fuel. La caratteristica principale dell’HVAF è la sostituzione dell’ossigeno puro con aria come comburente nel processo di combustione. Questo comporta un’immediata riduzione dei costi, oltre a potenziali vantaggi tecnologici. Lo scopo di questa ricerca è investigare tecnologie e materiali alternativi più sostenibili per rivestimenti antiusura e corrosione. Tale scopo è stato perseguito depositando rivestimenti tradizionali (cermet a base WC e Cr3C2) con la tecnica innovativa HVAF, e materiali di nuova composizione con la tecnica HVOF. Rivestimenti WC-Co, WC-CoCr e Cr3C2-NiCr sono stati depositati con la torcia Uniquecoat HVAF M3, e con due torce HVOF (Oerlikon Metco DJ 2600 Hybrid alimentata ad idrogeno e una Praxair JP5000 alimentata a kerosene). I rivestimenti sono stati sottoposti a caratterizzazione chimica, microstrutturale, micromeccanica, tribologica, e ne è stata valutata la resistenza a corrosione. I risultati hanno mostrato che i rivestimenti ottenuti con torcia HVAF M3 presentano proprietà almeno paragonabili, e in alcuni casi migliori, rispetto ai corrispondenti rivestimenti HVOF. La ricerca ha, inoltre, messo in evidenza l’importanza della distribuzione granulometrica delle materie prime in funzione della tecnologia di deposizione utilizzata. Fra i materiali innovativi testati, vi sono cermet con composizione WC-FeCrAl, MoB-CoCr, TiMoCN-Ni, TiC-FeCrAlTi e una lega metallica FeVCrC. I materiali sono stati depositati con una torcia HVOF DJ 2600 Hybrid, seguendo un piano sperimentale DOE con lo scopo di identificare un intervallo ideale di parametri di deposizione. Il rivestimento WC-FeCrAl ha mostrato proprietà micromeccaniche e resistenza a usura e corrosione paragonabili a quelle del tradizionale WC-Co. I rivestimenti MoB-CoCr e TiMoCN-Ni hanno mostrato buona resistenza a corrosione, mentre il rivestimento Ti-FeCrAlTi ha mostrato resistenza a usura paragonabile al tradizionale Cr3C2-NiCr. La lega FeVCrC ha mostrato resistenza a usura superiore alle leghe di Co e Ni concorrenti, ma una resistenza a corrosione molto minore. La ricerca ha quindi mostrato la possibilità di sostituire materiali e tecniche di rivestimento convenzionali con alternative più sostenibili, senza decremento di prestazioni.