Riassunto analitico
La protezione dall'usura e dalla corrosione gioca un ruolo cruciale nel ciclo di vita della maggior parte dei prodotti industriali poiché è intrinsecamente legata alla durata dei componenti e ai costi di produzione. Per queste ragioni, la disponibilità di rivestimenti che preservino i componenti prolungandone la durata, riducendo l'attrito e consentendo condizioni di lavoro ad alto stress, è fondamentale per la produzione industriale.
Le tecnologie di Thermal Spray per la deposizione di leghe e metalli duri sono state sviluppate per questo motivo: fornire una maggiore resistenza all'usura, insieme a una buona resistenza alla corrosione. Attualmente le soluzioni più affermate per ottenere superfici con alte prestazioni tribologiche e anti-corrosione sono il cromo duro elettrodepositato (EHC) e la termospruzzatura di metalli duri a base di WC-CoCr e leghe antiusura come le Stelliti (Co-Cr-W-C). Tuttavia, l'uso del cromo esavalente, caratterizzato come cancerogeno per l'uomo, nei processi EHC è altamente dannoso sia per la salute dei lavoratori che per l’ambiente - dove vengono rilasciate acque reflue trattate - ed è. Analogamente, il cobalto è stato classificato come cancerogeno; quindi, l’utilizzo di tutti i metalli duri a base di Co è diventato più complesso, comportando anche rischi in tutte le operazioni di finitura e in servizio a causa del possibile rilascio di particelle fini di detriti di usura. Oltre a questo, tungsteno e cobalto sono stati inseriti nel report della commissione europea sulle materie prime critiche perché ritenute strategiche per l’industria europea e per la scarsa resilienza della loro catena di approvvigionamento. Questi fattori stanno spingendo le industrie europee a trovare alternative efficaci che permettano loro di rimanere competitive senza compromettere l'ambiente, e la salute e la sicurezza dei lavoratori.
In questo contesto, il progetto CoBRAIN, si propone di sviluppare nuovi metalli duri per rivestimenti Thermal Spray basati su sistemi composizionalmente complessi di leghe ad alta entropia e carburi come legante e fase dura, rispettivamente. Rispetto al cromo galvanico, i rivestimenti Thermal Spray, dove applicati, mostrano prestazioni migliori soprattutto a usura, con minore penalizzazione della durata a fatica dei substrati in acciaio. Le leghe ad alta entropia (HEA) e i metalli duri ad alta entropia (HHM), grazie alla vasta gamma di composizioni possibili sia per il legante che per la fase dura, e alle loro possibili combinazioni, sono molto promettenti sotto questo aspetto per poter risolvere il problema, tuttora ancora aperto, di individuare materiali alternativi ai sopracitati WC-CoCr e Stellite, che forniscano rivestimenti con prestazioni analoghe. Tuttavia, la ricerca ha finora solo "grattato la superficie" dell'enorme gamma di possibilità offerte dalle HEA e dagli HHM.
Questo lavoro di Tesi si inserisce in questo contesto ed è in particolare finalizzato a verificare sperimentalmente le caratteristiche di diversi tipi di rivestimenti ottenuti con differenti tecniche di termospruzzatura (HVOF e Cold Spray) e diversi materiali HEA e HHM, con composizioni derivate dalla letteratura su materiali in forma massiva ma mai precedentemente impiegate come rivestimento, al fine sia di verificare la fattibilità, sia di generare dati di confronto e validazione per modelli numerici che vengono in parallelo sviluppati nel progetto stesso, ma che non sono oggetto di questo lavoro.
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