• corrosion
• hardmetals
• HVAF
• HVOF
• wear

I processi thermal spray sono generalmente basati sullo stesso principio: le particelle del materiale da rivestimento (che possono essere ottenute da materia prima sotto forma di polvere o filo) sono riscaldate, accellerate ad alte velocità e dirette verso il substrato da rivestire. Ogni processo di thermal spray è caratterizzato da un range specifico di temperatura di esercizio e di velocità raggiunte dalle particelle.
In generale, comprendere la relazioni tra il processo di spruzzatura, i parametri di processo critici e il materiale da rivestimento adatto ad una specifica applicazione industriale, è un requisito importante per lo sviluppo dei rivestimenti ottenuti con tecnologia thermal spray. Parallelamente, le polveri utilizzate nella spruzzatura che non contengono materie prime critiche (Critical Raw Material, CRM), ovvero materiali strategicamente ed economicamente importanti con elevato rischio di approvvigionamento secondo la commissione EU, sono richieste dal mercato Europeo.
Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di eseguire una caratterizzazione preliminare di materiali di nuova concezione, che non contengono CRM, applicati tramite la recente tecnica di thermal spray High Velocity Air Fuel (HVAF) 3rd generation, e tramite due processi più diffusi di thermal spray High Velocity Oxy Fuel (HVOF), che utilizzano rispettivamente combustibile gassoso, Diamond Jet Hybrid 2600 e kerosene liquido, torcia JP5000. La spruzzatura delle stesse polveri con tecnologie diverse, è volta alla ricerca della miglior soluzione per ottenere rivestimenti di qualità, nonostante la mancanza di informazioni riguardo le nuove composizioni studiate.
Fujimi Incorporated (Giappone) ha fornito quattro polveri, indicate come N1, N2 N3, con nuove chimiche e N4, considerata come riferimento:
• N1: WCWB – 12wt.% Ni
• N2: MoB – 50wt.% CoCr
• N3: (Ti, Mo) (C, N) – 29wt.% Ni
• N4: CrC – 25wt.% NiCr
Queste composizioni hanno lo scopo di sostituire i materiali critici in applicazioni dove viene richiesta resistenza ad alta temperatura, corrosione ed abrasione. La carenza di bibliografia dovuta alla novità delle chimiche trattate, fa si che l’analisi preliminare svolta durante il progetto sia utile all’ottimizzazione e alla scelta del metodo di deposizione più adatto.
Il lavoro di tesi Magistrale è basato su un progetto svolto con la collaborazione tra il Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari” (Modena, Italia) e il Production Technology Centre (PTC) dell’University West (Trollhättan, Svezia). L’approccio alla ricerca ha richiesto lo svolgimento dei test presso l’Università di Modena e l’University West, in seguito alla diversa strumentazione disponibile in ognuna delle due sedi.
Diverse tecniche di caratterizzazione come l’analisi SEM/EDS e l’analisi XRD per l’identificazione delle fasi, sono state condotte al fine di studiare le proprietà strutturali e microstrutturali dei rivestimenti, quindi per determinare le eventuali modifiche da apportare per l’ottimizzazione del processo. La resistenza alla corrosione è stata studiata mediante test elettrochimico quale il polarisation test, e il test corrodKote. Queste prove sono specifiche per avere una panoramica sulla qualità dei rivestimenti ottenuti, e forniscono informazioni immediate e utili per rilevarne la difettologia e l’eventuale presenza di porosità interconnessa. I risultati ottenuti serviranno per mettere le basi ad un successivo studio delle proprietà tribologiche dei rivestimenti ottimizzati.

Thermal spray processes are all based on the same principle: particles of the coating material (obtained either from a powder feedstock, or by melting a wire tip) are heated up, accelerated to high velocity and directed towards the substrate that needs to be coated. Every thermal spray process is characterized by a specific operating temperature range as well as by the velocity reached by the particles. In general, understanding the relationship between the spray process, its critical process parameters, and the appropriate coating material for a specific industrial application is an important requirement in the development of thermal sprayed coatings. At the same time, more specifically, feedstock powders that do not contain critical raw materials (CRM), i.e. materials which, according to EU commission, are strategically and economically important but have high supply risk, are required by the European market. The purpose of this thesis work is to run a preliminary coating characterization on newly developed CRM free materials sprayed with a recently developed High Velocity Air Fuel (HVAF) 3rd generation thermal spray technology simultaneously with two other more established, thermal spray processes, i.e. High Velocity Oxy Fuel (HVOF) processes employing the gas-fuelled, Diamond Jet Hybrid 2600 and the kerosene-fuelled, JP5000 torches. The main goal for spraying the same powders with different technologies is the lack of knowledge on which could be the best solution for spraying high quality coatings with these newly developed powders. Fujimi Incorporated (Japan) has provided four powders, hereafter labelled as N1, N2, N3, with a newly developed chemistry and N4, considered as reference: • N1: WCWB – 12wt.% Ni • N2: MoB – 50wt.% CoCr • N3: (Ti, Mo) (C, N) – 29wt.% Ni • N4: CrC – 25wt.% NiCr These new chemistries are intended for substitute critical materials in those applications which require resistance to high temperatures, wear and corrosion. The lack of documented studies due to the novelty of the chemistries makes this preparatory analysis useful for optimizing the coatings and choosing the most suitable deposition methods. The Master thesis is based on a project carried out through a joint partnership between the Engineering Department “Enzo Ferrari” (Modena, Italy) and the Production Technology Centre of the University West (Trollhättan, Sweden). This approach to the research required to run tests in both the University of Modena and University West, due to the different facilities available at each location. Several characterization techniques, such as SEM/EDS analyses, along with XRD for phase identifications, are carried out in order to study general structural and microstructural features of the coatings and determine the possible needs for further process optimization. Corrosion resistance is subsequently characterized through electrochemical polarisation and corrodKote tests. These tests are highly suited to outline the overall quality of the coatings, as they provide immediate and useful information on the defectiveness and on the possible presence of interconnected porosity. These results will therefore serve as a preliminary basis for future work aimed to test the tribological properties of optimized coatings.