Analisi del processo di “pack chromising” su superleghe di Ni per turbine a gas

Abstract

I rivestimenti diffusivi sono utilizzati per la realizzazione di strati protettivi necessari a migliorare la resistenza di
componenti soggetti a fenomeni degradativi ad alta temperatura, come ossidazione e corrosione a caldo (es.: componenti
per impianti turbogas, bruciatori, etc.). In particolare, l’arricchimento in cromo della superficie di leghe metalliche, ad
esempio attraverso processi tipo “pack-cementation”, garantisce una buona protezione dalla corrosione a caldo di tipo
II. Tuttavia, in letteratura, non esistono studi sistematici ed approfonditi sui meccanismi di formazione e sull’effetto dei
parametri di processo sulla microstruttura di questi rivestimenti.
Lo scopo del presente lavoro, pertanto, è stato lo studio dell’effetto della composizione della miscela di polveri (packmix)
e della durata del trattamento termico (12 e 24 h) sulla microstruttura e sullo spessore dei rivestimenti ottenuti
utilizzando il processo di pack-chromizing. Come substrato è stata impiegata la superlega Inconel 738, mentre il packmix
utilizzato è composto da polvere di cromo (10 e 25 wt.%), NH4Cl (1, 2 e 5 wt.%) e Al2O3 (bal.) come inerte.
Inoltre, il campione con il rivestimento più promettente è stato sottoposto ad un successivo trattamento di packaluminizing,
per ottenere uno strato superficiale arricchito sia in Cr, sia Al, adeguato a conferire simultaneamente
resistenza a corrosione a caldo a 700 – 900 °C e ad ossidazione a temperature intorno ai 1000 °C.
Le caratteristiche strutturali e microstrutturali dei riporti ottenuti sono state studiate tramite microscopia
elettronica a scansione (SEM) e diffrazione di raggi X. Le analisi eseguite hanno evidenziato che la durata del
trattamento termico favorisce i fenomeni interdiffusivi delle specie chimiche più mobili, Cr e Ni, portando ad
un generale aumento di spessore dei rivestimenti. La quantità di polvere di cromo nel pack mix influenza la
concentrazionedi questo elemento all’interno dei coating solamente se la composizione del pack-mix prevede
anche una quantità di attivatore sufficiente a garantirne un trasporto ottimale sulla superficie e successivamente
all’interno del componente. La presenza di particelle ricche di alluminio e ossigeno nello strato diffusivo dimostra
che durante il ciclo termico avvengono anche reazioni secondarie che interessano l’inerte, portando allo sviluppo
di ossigeno che reagisce con alcuni elementi del substrato.