Caratterizzazione della resistenza a ciclaggio termico di rivestimenti a base CoCrTaAlY su superlega di Nichel CMSX-4

Tra i rivestimenti innovativi per parti calde di turbine a gas, i più interessanti sono i CoCrTaAlY depositati con tecnica HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) o Laser Cladding (LC). Lo scopo principale di questo studio è quello di valutare e confrontare il comportamento a shock termico di rivestimenti di CoCrTaAlY con differente rinforzo (es: Al2O3, zirconia-titania-yttria e TaC in forma e percentuali differenti) depositati per HVOF e LC su campioni di superlega di nichel CMSX-4 con geometria cilindrica. Per valutare la resistenza dei diversi coating a ciclaggio termico è stato messo a punto uno specifico forno verticale dotato di elevatore automatizzato del porta campione. Ciascun ciclo consiste in una permanenza di 10s a 1000°C seguita da tempra in acqua (max 500 cicli). Il test è stato arrestato al distacco del coating. Le superfici di rinforzo e la sezione trasversale dei campioni sono state analizzate mediante microscopia ottica (OM) ed elettronica a scansione (SEM) prima e dopo il ciclaggio termico. Nell’ambito delle caratterizzazioni, particolare attenzione è stata posta alle proprietà peculiari dei rivestimenti quali evoluzione delle cricche, delaminazioni e adesione. È interessante sottolineare che durante l’analisi della superficie dei vari rivestimenti trattati sono stati osservati dei cambiamenti della morfologia superficiale. In particolare si osserva in alcuni casi la formazione di un network continuo di cricche che partono dal bordo del campione e sono imputabili alle condizioni estreme di raffreddamento e riscaldamento. I rivestimenti LC hanno evidenziato una migliore adesione dopo il ciclaggio. Le proprietà meccaniche dei campioni sono state misurate sulla sezione trasversale di ciascuno dei cinque rivestimenti mediante prove di micro-durezza partendo dalla superficie del rivestimento fino al materiale base. I campioni in LC dopo 500 cicli presentano un profilo di micro-durezza piuttosto appiattito; per i campioni HVOF, la microdurezza decresce dalla superficie del coating verso il Metallo Base. Sulla base delle analisi realizzate la resistenza a shock termico dei rivestimenti HVOF è risultata inferiore a quella dei rivestimenti LC, i quali presentano però valori di durezza più bassi. I cicli termici danno origine alla formazione di cricche e delaminazione/distacco del coating. In tutti i casi le cricche iniziali generano dal bordo del campione.