Riassunto analitico
Il Thermal Spray comprende un gruppo di processi di coating nei quali materiali metallici o non metallici vengono depositati in uno stato fuso o semi-fuso per formare un rivestimento. Questi materiali possono essere in polvere, barre ceramiche, fili o anche già fusi. L’obiettivo della tesi è investigare se il processo di spraying High Velocity Air Fuel può essere usato per la rigenerazione dimensionale di componenti meccaniche usurate.
Considerando che nella tecnica HVAF le temperature raggiunte sono inferiori a quelle degli altri processi thermal spray, la velocità delle particelle è molto alta come può esserlo anche il feeding rate, essa può essere usata per riparare pezzi anche molto usurati creando coating spessi e densi.
Le tecniche thermal spray più usate per il Repair sono:
- Flame Spray;
- Wire Arc Spray;
- Cold Gas Spray.
Dato che solo ultimamente la tecnica HVAF è stata sviluppata divenendo competitiva, la letteratura riguardante il suo uso in questo campo è molto limitata.
In questa Tesi Magistrale, come primo tentativo, si è provato a spruzzare uno spesso strato di 316L stainless steel su un refiner usurato impiegato nell’industria della carta, cercando di seguire alcuni risultati promettenti trovati in letteratura. Sfortunatamente, lo spesso rivestimento si è delaminato a causa degli eccessivi stress circonferenziali residui sviluppati durante spruzzatura e raffreddamento. Tenendo conto di questo risultato e di quale fosse l’obiettivo, sono stati scelti altri materiali (due acciai, Ni e quattro leghe a base Ni) da spruzzare con differenti parametri di processo. Coatings con differenti spessori sono stati spruzzati e si sono caratterizzate le seguenti proprietà: composizione delle fasi; rugosità delle superfici; durezza (HV0.3); adesione al substrato indentando l’interfaccia; grado di ossidazione, porosità (usando image J); resistenza a corrosione; efficienza di deposizione.
Dopo queste analisi sono stati scelti i materiali per i rivestimenti con le migliori proprietà: Ni, NiCr e A286 (lega a base ferro). Per ciascuno di essi è stato scelto il miglior set di parametri e sono stati deposti rivestimenti spessi per “simulare” il comportamento in una applicazione di Repair. Questi materiali spruzzati con tecnica HVAF potrebbero rappresentare una interessante soluzione per la riparazione di componenti.
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Abstract
Thermal Spraying comprises a group of coating processes in which finely divided metallic or non-metallic materials are deposited in a molten or semi-molten condition to form a coating. The coating material may be in the form of powder, ceramic rod, wire, or molten materials. The aim of the thesis is investigating if High Velocity Air Fuel spraying process can be used for dimensional restoration of worn metallic components.
Since HVAF process temperatures are lower than in other thermal spray processes, the particle velocity is very high and the feeding rate can be very high, this process can be potentially applied to restore worn parts of bulk components, where thick and dense layers are required.
The most used spraying techniques used for component repair are:
- Flame Spray;
- Wire Arc Spray;
- Cold Gas Spray.
Since high performance HVAF has been only recently developed, data about its use for repair are limited.
In this Master Thesis, as a first attempt, a 316L stainless steel thick layer on a worn refiner used in the paper industry has been deposited following promising results found in the literature. Unfortunately, such thick layers delaminated due to very high circumferential residual stresses developed during the spraying and cooling steps. Therefore, different materials (two steel and five Ni/Ni-based alloys) have been selected to be sprayed with different spraying parameters to produce layers with lower residual stresses. Coatings with different thicknesses have been sprayed and the following properties characterized: phase composition; surface roughness; hardness (HV0.3); coating adhesion by interface indentation; thickness; degree of oxidation; porosity (using image J); corrosion resistance. Deposition efficiency has also been measured.
After these analysis, coating materials with the best properties have been selected: Ni, NiCr and A286 (iron alloy). For each of them, the best spraying parameters have been selected as well and thicker layers have been deposited to “simulate” the behavior of a layer for component repair. These HVAF sprayed coating materials could represent an interesting option for component repair.
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