Riassunto analitico
I costi della termospruzzatura sono fortemente legati al prezzo delle materie prime: questo rappresenta uno dei principali motivi per studiare materiali alternativi, più performanti e sostenibili in modo da sostituire quelli esistenti. Molti degli elementi attualmente utilizzati in termospruzzatura, come W e Co, sono anche classificati come “Critical Raw Material” (CRM), a causa dell'elevata importanza economica e dell'elevato rischio di approvvigionamento, che concorrono anche ad un aumento significativo dei loro prezzi. Inoltre, le polveri a base Cobalto sono state dichiarate cancerogene per inalazione, e rappresentano una minaccia ancora maggiore per la salute umana se combinate con WC. Lo scopo di questa tesi è la caratterizzazione di rivestimenti termospruzzati per applicazioni anti-usura, in cui il cobalto è stato parzialmente o completamente sostituito da una matrice metallica a base di Fe o Ni, e il loro confronto con rivestimenti di composizione WC-10%Co-4%Cr, che rappresentano lo stato dell’arte di questo tipo di rivestimenti. I rivestimenti sono stati depositati utilizzando la nuova generazione di torce HVAF (High Velocity Air Fuel), una recente alternativa al più convenzionale processo di termospruzzatura HVOF (High Velocity Oxygen Fuel). Il concetto dell’HVAF è quello di utilizzare aria compressa anziché ossigeno puro, come comburente nel processo di combustione: questo comporta una riduzione dei costi, un potenziale miglioramento dell’efficienza di deposizione e una buona qualità del rivestimento. I parametri di spruzzatura sono stati selezionati da precedenti esperienze con rivestimenti in metallo duro. Durante l’attività di caratterizzazione, la microstruttura è stata oggetto di studio mediante microscopia ottica ed elettronica a scansione; le proprietà meccaniche sono state studiate attraverso microindentazione, e le prestazioni dei rivestimenti sono state valutate con varie prove tribologiche allo scopo di riprodurre tipiche condizioni d’uso quali: usura erosiva, abrasiva e per strisciamento. Sono state inoltre condotte alcune analisi post-usura per approfondire e ottenere informazioni sui meccanismi responsabili della degradazione del rivestimento.
|
Abstract
The costs of thermal spraying are strongly connected to the price of feedstock materials, which is one of the reasons to look for well performing and sustainable alternative materials to replace the more expensive ones. Many of the elements currently used in thermal spray, such W and Co are also classified as critical raw materials (CRM) due to high economic importance and high supply risk and they lead to a significant price increasing. Furthermore, Co powder has been declared carcinogenic by inhalation, thus posing significant threat for human health, even more so when combined with WC.
The aim of this thesis is the comparison and characterization of thermal sprayed coatings for wear applications, where cobalt has been partly or entirely replaced by a Fe or Ni-based metallic matrix. WC-10%Co-4%Cr, which represents the state of the art of this type of coatings, was sprayed as a reference. The coatings were deposited using a new generation High Velocity Air Fuel (HVAF) system, which is a recent alternative to High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) process. The concept of HVAF is to use compressed air instead of pure oxygen as comburent in the combustion process: this leads to a reduction in costs, to a potential increase in deposition efficiency and coating quality. The spray parameters were selected from previous experiences with hardmetal coatings.
The characterization activity included microstructural assessment by optical and scanning electron microscopy, mechanical testing by microindentation, and tribological characterization with various test methods, simulating typical work conditions such: erosive, abrasive and sliding wear. Some post-wear analyses of the coatings were also carried out to gain insights into the mechanisms responsible for coating degradation.
|