Università degli Studi di Padova
Facoltà di Scienze MM.FF.NN.
Corso di laurea triennale in Scienza dei Materiali
Tecnologia di deposizione di cermet
tramite thermal spray
Relatore:
Prof. Vincenzo Palmieri
Laureando
Marin Giovanni
Matricola: 561165-MT
Anno Accademico 2010/2011
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Introduzione ___________________________________________________________
CERMET _______________________________________________________________
2.1 Definizione generale _______________________________________________
2.2 Utilizzi dei ricoprimenti in cermet_____________________________________
2.3 Esempi nell’utilizzo dei cermet _______________________________________
2.3.1 Cermet in forma massiva
2.3.2 Cermet in film
3 Thermal spray __________________________________________________________
3.1 Definizione ______________________________________________________
3.1.1 Thermal _________________________________________________
3.1.1.1 Divisione in base al funzionamento
3.1.1.2 Differenze tra PS e FS
3.1.2 Non-thermal _____________________________________________
3.2 Teoria __________________________________________________________
3.2.1 Configurazione generale Thermal Spray ________________________
3.2.2 Descrizione delle 4 componenti del processo ___________________
I - Plasma
II – Polveri
III – Substrato
IV – Film
3.3 Apparati {TST} ____________________________________________________
3.3.1 Electrical discharge _______________________________________
I - Atmospheric plasma spray ______________________________
II - Arc spraying _________________________________________
III - Vacuum plasma spray _________________________________
IV - Controlled atmosphere PS _____________________________
3.3.2 Combustion ______________________________________________
3.3.2.1 Continuous
I – HVOF____________________________________________
II – FS ______________________________________________
3.3.2.2 Explosive
I - D-gun ____________________________________________
3.3.3 Decompression of gas
I – CGSM ___________________________________________
5 Conclusioni_____________________________________________________________
Bibliografia _____________________________________________________________
Pag. 1
Pag. 3
Pag. 3
Pag. 4
Pag. 5
Pag. 7
Pag. 7
Pag. 9
Pag. 10
Pag. 11
Pag. 11
Pag. 12
Pag. 19
Pag. 19
Pag. 19
Pag. 21
Pag. 23
Pag. 25
Pag. 27
Pag. 27
Pag. 29
Pag. 31
Pag. 33
Pag. 35
Pag. 37
I
II
Tavola degli acronimi utilizzati:
PS
Plasma Spray
FS
Flame Spray
TS
Thermal Spray
APS
Atmosphere Plasma Spray
VPS
Vacuum Plasma Spray
CAPS Controlled Atmosphere plasma spray
IPS
Inert Plasma Spray
SPS
Shrouded Plasma Spray
ATCS Atmosphere Temperature-Controlled Spray
HVOF High Velocity Plasma Spray
CGSM Cold Gas Spray Method
LPPS
Low Pressure Plasma Spray
PVD
Physics Vapor Deposition
CVD
Chemical Vapor Deposition
III
IV
INTRODUZIONE
Negli ultimi anni la tecnologia Thermal spray si è estremamente sviluppata come
fondamentale strumento nella sempre più sofisticata ingegneria delle superfici. Ricerca e sviluppo
hanno subito una continua evoluzione negli anni che si nota facilmente dal fatto che l’80% delle
scoperte degli ultimi 90 anni sono state sviluppate nei 30 anni appena trascorsi. Con lo sviluppo
della tecnologia e il miglioramento degli apparati si aprono continuamente nuove possibilità per
depositare materiali che prima richiedevano tecnologie di maggior complessità e costo. E’ molto
migliorata inoltre la qualità dei film e sopratutto il rendimento di deposizione superficie/tempo. Il
Thermal spray è infatti una tecnologia che permette la deposizione di film di quasi tutti i materiali
compositi (CERMET) e non su ampie superfici senza richiedere apparati e infrastrutture troppo
costose.
E’ fondamentale la scelta del tipo di apparato in base alle caratteristiche dei componenti
del film. Si possono depositare con tecniche Flame spray, le più semplici ed economiche, grandi
superfici di materiali compositi con componenti a bassa temperatura di fusione mentre con
tecniche Plasma spray è possibile depositare qualsiasi tipo si composito su praticamente qualsiasi
superficie.
1
2
2 - CERMET
2.1 Definizione generale
I Cermet sono materiali compositi costituiti da Ceramiche (cer) e Metalli (met). Sono
prodotti in modo da combinare le caratteristiche di stabilità ambientale delle ceramiche e le
proprietà meccaniche dei metalli di cui sono composti.
Il metallo è utilizzato nel cermet come legante per ossidi, nitruri e carburi di cui il materiale
sarà principalmente composto. Solitamente la parte metallica è inferiore al 20%, anche se esistono
materiali detti Metal matrix composite che sono a matrice metallica.
Le caratteristiche principali dei metalli sono:
- Resistenza alla frattura
- Resistenza alla fatica
- Resistenza alla flessione
- Duttilità
- Alta resistenza alla frattura
- Alto coefficente di espansione termica
- Alta conducibilità termica ed elettrica
- Bassa porosità
Le tipiche caratteristiche delle ceramiche sono:
- Alta stabilità termica
- Stabilità chimica
- Elevata durezza
- Bassa resistenza alla frattura
- Basso coefficente di espansione termica
- Bassa conducibilità termica
- Media e alta porosità
La combinazione di queste caratteristiche porta alla creazione di materiali compositi
superiori. Ovviamente nel combinare le opposte proprietà dei componenti nel cermet occorre
essere cauti nella produzione. La differenza nel coefficente di espansione termica può infatti
portare a stress interni al materiale o ad instabilità nell’interfaccia di un’eventuale film depositato.
Inoltre i cermet depositati con alcune tecniche thermal spray presentano una porosità
generalmente elevata che può essere trattata, se si necessita di un film denso, con infiltrazioni di
materiali, con il pressaggio isostatico a caldo o con densificazione a laser. Anche la bassa resistenza
alla frattura delle ceramiche rispetto a quella dei metalli, può creare problemi al materiale
composito.
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2.2 Utilizzi dei ricoprimenti in cermet
I ricoprimenti in cermet sono largamente utilizzati dall’industria con un crescendo annuo
continuo in quanto essi, con un costo relativamente contenuto, possono migliorare le
caratteristiche di macchinari e strumenti.
Il pezzo ricoperto possiede, rispetto al pezzo normale, le caratteristiche del film che gli è
stato applicato mantenendo però il basso costo del componente principale con cui il pezzo è
costruito. Produrre pezzi interamente in cermet avrebbe un costo molto più elevato ma con un
vantaggio quasi nullo.
Tipici utilizzi dei ricoprimenti cermet sono:
-
Il controllo del consumo da erosione di macchinari e strumenti industriali
La protezione da sostanze chimiche (in fornaci o contenitori per sostanze corrosive)
La protezione di metalli dall’ossidazione (in strutture ingegneristiche e apparati esposti ad
agenti corrosivi)
La protezione di macchinari per l’estrusione di metalli liquidi
La protezione dalla corrosione in impianti petrolchimici e impianti sottoposti ad alte
temperature
Come barriera anti-termica e anti-chimica per motori ad alte temperature (pale delle
turbine nei motori a reazione)
La riqualificazione delle superfici di strumenti e strutture (in applicazioni ferroviarie,
cantieristica navale e strumenti da scavo)
Come protezione dalla corrosione da gas ad alta temperatura (turbine di vario tipo)
Per ricoprimenti Biomedici di protesi o impianti dentali
Il ricoprimento con materiali superconduttori ad alte temperature
La protezione di pavimenti in ambito agricolo dai liquidi utilizzati
Nei reattori di centrali nucleari e termiche
La costruzione dei rotori in campo aereonautico
Questi sono soltanto alcuni degli utilizzi, industriali e non, dei CERMET in quanto nuove
applicazioni nascono ogni anno in seguito allo sviluppo continuo del settore.
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2.3 Esempi nell’utilizzo dei cermet
2.3.1 CERMET IN FORMA MASSIVA
Utilizzi di cermet in forma massiva che stanno avendo un forte incremento negli ultimi anni
sono quelli delle corazzature ceramiche per applicazioni militari. Le caratteristiche di durezza delle
ceramiche sono indispensabili in questo settore in quanto la piastra ha la funzione fermare un
proiettile senza essere penetrata. L’utilizzo di cermet permette di aggiungere la possibilità di
deformarsi al materiale ceramico con elevata resistenza per disperdere meglio l’energia
dell’impatto.
La maggior parte delle corazze utilizza composti principalmente metallici come Carburi (TiC,
SiC). BC), Nitruri (Si3N4), Ossidi (Al2O3) e Boruri (TiB2).
Negli ultimi anni sono state sviluppate nuove tecniche di produzione delle corazzature
utilizzando FGM (Funcionally Graded Materials) e MMC (Metal-Matrix Composites). Le corazze
FGM sono prodotte unendo vari strati di materiale, uno ceramico all’esterno e procedendo verso
l’interno si utilizzano strati sinterizzati con un contenuto metallico sempre maggiore. Queste
corazzature sono utilizzate principalmente per la protezione da colpi multipli ma presentano una
resistenza generale minore di corazze ceramiche convenzionali.
Le corazze in MMC sono costituite da una matrice metallica e Carburo di Titanio. Questo
materiale distribuisce l’energia dell’impatto in un’area maggiore consentendo una maggiore
resistenza alla penetrazione.
3.2.2 CERMET IN FILM
L’utilizzo di film in cermet è decisamente diverso da quello in bulk. Esso è orientato alla
protezione e miglioramento delle caratteristiche del pezzo ricoperto. In questo modo è possibile
costruire la parte massiva in un materiale con peggiori caratteristiche chimico-fisiche ma più
economico. Questo è reso possibile dal fatto che le caratteristiche del pezzo, quando viene
utilizzato, sono principalmente quelle del film di cui è ricoperto. Se si necessita di un materiale
resistente alla corrosione in macchinari ad alta temperatura non si utilizza un materiale composito
per tutta l’attrezzatura bensì un materiale meno costoso ricoperto dai CERMET refrattario e
resistente alla corrosione. In questo modo ottengo delle prestazioni meccaniche superiori sia nel
pezzo inteso nella totalità sia nelle caratteristiche della sua superficie. Gli utilizzi sono stati
precedentemente elencati, come esempio più significativo si può portare il rivestimento di
materiale composito che viene utilizzato sulle pale delle turbine in campo areonautico. Le pale e la
maggior parte dei componenti di una turbina subiscono un forte stress derivante dall’alta
temperatura di funzionamento e dalla conseguente corrosione a causa dei gas esausti della
combustione. La costruzione di turbine interamente in materiale composito sarebbe impossibile a
livello tecnico e le sue caratteristiche sarebbero pessime senza contare l’elevatissimo costo. Per
questo si ricoprono le parti più sollecitate con materiali compositi.
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3 - THERMAL SPRAY
3.1 Definizione
Il Thermal spray è un processo nel quale particelle fuse, semi-fuse
fuse o solide sono depositate
su un substrato. La tecnologia dello spraying si basa sulla generazione del miglior flusso di gas che
accelera
era e fonde le particelle utilizzando differenti tecniche. Il film si crea quando le particelle
parti
possono deformarsi plasticamente all’impatto con il substrato, cosa che può avvenire solamente
se esse
se sono fuse oppure sufficentemente accelerate.
accel
La fusione e l’accelerazione
erazione avvengono nel
tempo di volo delle particelle nel flusso di gas. Nella figura
ura sottostante si può osservare lo schema
generale di una torca al plasma (portata come esempio) e i relativi parametri che devono essere
controllati per migliorare la qualità del film.
Fig. 1 Schema generale di un’apparato per plasma spray e relativi parametri da controllare nel processo
Si nota facilmente che i parametri che influenzano il risultato finale sono molti, ogni
componente del processo (Apparato, Plasma o fiamma, Polveri e substrato)
substrato) possono avere diverse
caratteristiche.
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Per ragioni economiche (tempistiche) e teoriche (indipendenza dei parametri) non è possibile
controllare tutte le possibili variazioni dei parametri. Infatti soltanto dagli 8 ai 12 parametri sono
controllati a livello di pre-set. I principali parametri controllati sono:
-
Potenza fornita
Pressione del gas che forma il plasma
Pressione dei gas ausiliari (Elio, Azoto, Idrogeno)
Pressione del gas di polveri
Velocità di inserimento delle polveri nel flusso di gas
Forma e dimensione delle polveri
Angolo di inserimento delle polveri (otogonale, dal basso o dall’alto)
Rugosità delle superficie del substrato
Riscaldamento del substrato
Distanza di spray
Divergenza dello spray
Atmosfera di lavoro
Questi parametri controllano poi una gran quantità di paramentri secondari tra cui il più
importante è sicuramente è l’efficenza di deposizione (qualità/rate o superficie/tempo).
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Come si è già visto in precedenza le particelle che vengono introdotte nel flusso di gas
subiscono una fusione e un’accelerazione e per questo vengono utilizzati diversi metodi che
dividono in categorie le tecnologie Thermal Spray.
La divisione principale è quella tra tecniche THERMAL e NON THERMAL.
3.1.1 Thermal spray
Le THERMAL sono tutte quelle tecniche (la gran maggioranza) che utilizza un flusso di gas
caldi per fondere ed accelerare le polveri. In questa categoria sono incluse le tecniche PLASMA
spray, FLAME spray e quelle tipo D-GUN (esplosive).
In questa sede ci occuperemo maggiormente delle tecniche THERMAL in quanto quelle più
diffuse ed utilizzate per la deposizione di CERMET.
3.1.1.1 DIVISIONE DELLE TECNICHE IN BASE AL FUNZIONAMENTO
Le tecniche di spray si dividono tra loro per diversa fonte di energia e per l’atmosfera nella
quale lavorano. Le fonti di energia utilizzate sono di tipo elettrico (tecniche Plasma spray) o
chimico (Flame spray, HVOF e D-gun). Mentre l’atmosfera di utilizzo può essere semplice aria,
controllata o in vuoto.
3.1.1.2 DIFFERENZE TRA TECNICHE PLASMA SPRAY E FLAME SPRAY
La principale differenza tra queste due tecniche è la temperatura che si raggiunge nel flusso
di gas e che influenza la fusione delle polveri. La temperatura della fiamma nel FS è limitata
dall’entalpia della reazione chimica che avviene durante la combustione di gas come acetilene o
propano in presenza di ossigeno. La velocità del flusso può essere spinta fino a Mach 5 con i
moderni impianti (come il HVOF) mentre la temperatura è limitata a circa 3300K. Nelle tecniche PS
la temperatura è limitata soltanto dalla potenza elettrica che viene fornita e temperature di
25000K possono essere facilmente generate.
Le tecniche FS vengono utilizzate per depositare metalli e materiali CERMET formati da
elementi con i minori punti di fusione. Per composti con maggiori punti di fusione come Zirconia e
materiali a base di Tungsteno si utilizzano tecniche PS per arrivare a temperature che fondono
facilmente questi elementi.
Certamente gli apparati di tipo Plasma spray hanno costi di gestione maggiori a causa del forte
consumo di energia elettrica necessaria per il loro funzionamento per cui vengono scelti quando
tecniche Flame non possono essere utilizzate. Le tecniche PS hanno comunque una serie di
caratteristiche uniche che le rendono in generale potenzialmente migliori. Queste caratteristiche
sono le seguenti:
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1. Possono depositare quasi qualsiasi combinazione di materiali, dai metalli alle ceramiche ai
polimeri.
2. E’ possibile depositare materiali mixed ceramiche e leghe contenenti componenti con una
gran differenza nella pressione di vapore senza cambiamenti nella composizione del film.
3. Deposizione omogenea senza cambiamenti nel tempo e nello spazio della composizione.
4. Microstruttre con grani buoni ed equiassiali ma senza difetti colonnari, al contrario della
deposizione a fascio elettronico.
5. Ricoprimenti stratificati possono essere depositati senza cambiare equipaggiamento in
quanto posso modificare la composizione da puro metallo a metallo-ceramico cambiando
semplicemente la miscela di metallo e ceramica in entrata.
6. Alto rate di deposizione anche con un modesto investimento nell’apparato.
7. Il processo può essere utilizzato in moltissimi ambienti: aria, bassa pressione, gas inerte,
gas reattivo e in acqua.
Queste qualità positive della tecnologia al Plasma sono controbilanciate da una intrinseca
difficoltà a trovare i migliori valori per tutti i parametri in gioco. Nasce proprio da questo il grande
sviluppo di questa tecnologia in quanto, oltre ad essere molto utilizzata, offre ampi margini di
miglioramento.
3.1.2 Non Thermal
Le tecniche Non Thermal sono molto meno utlizzate e rappresentate principalmente dalla
tecnica CGSM (Cold Gas Spray method) che utilizza un flusso freddo di gas. Sono utilizzate per la
deposizione di materiali con alto grado di deformazione plastica (metalli) e con punto di fusione
non troppo alto.
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3.2 TEORIA
3.2.1 Configurazione generale di un apparato plasma spray
In questa sezione si tratterà in modo più approfondito la teoria e il funzionamento del
processo che utilizza Plasma in
i quanto più interessante dal punto di vista tecnologico.
Il processo Plasma spray si compone di 3 stage: Energia, Trasferimento e Processo
schematizzati nella figura seguente:
Fig.2 I 3 stage del trasferimento
tra ferimento di energia nel plasma spray.
L’energia alle particelle da depositare è fornita dal generatore interno alla torcia che
genera il plasma attravero una differenza di potenziale. Il plasma è di un gas inerte
(solitamente Argon ma può essere variato in base al tipo di ricoprimento che si deve
depositare). Il plasma forma il flusso che accellera e fonde le particelle. Le polveri vengono
quindi inserite nell plasma all’inizio del flusso. Nel
Nel tempo di volo hanno tempo di fondere
fo
(più o
meno a seconda delle caratteristiche del plasma e dellaa polvere) e subiscono un’accelerazione
un’accel
che le porta all’impatto con il substrato. In questa fase si forma il film le cui caratteristiche
(densità, porosità, omogeneità) dipendono come sempre dai valori scelti per il processo.
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3.2.2 Descrizione delle 4 componenti del processo
I – PLASMA
Il plasma è considerato il 4 stato della materia ed è costituito da elettroni, ioni caricati
positivamente e atomi del gas neutro. Il plasma si forma in seguito all’applicazione di una
differenza di potenziale al gas che porta ad alla sua dissociazione e ionizzazione.
La definizione di plasma è la seguente:
“Il plasma è un sistema multiparticellare quasi-neutro
quasi
caratterizzato dalla miscela, gassosa o
fluida, di elettroni liberi e ioni assieme a particella neutre (atomi, molecole, radicali) con
un’altaa energia cinetica media degli elettroni o di tutti i componenti del plasma e una
considerabile interazione tra i portatori di carica e le proprietà del sistema.”
Esistono in natura numerosi tipi di plasma che differiscono in temperatura e densità e che
hanno diversi utilizzi tecnologici.
Fig.3 Classificazione dei Plasmi In base a Temperatura (energia) e densità degli elettroni
12
In questa sede non tratteremo in modo approfondito la teoria dei plasmi ma solo qualche
nozione per meglio comprendere il funzionamento del plasma spray.
Interessante è la legge di Paschen che stabilisce il legame tra la tensione di ‘breakdown’ per
cui si forma il plasma ed il prodotto tra pressione e distanza degli elettrodi. La curva che si ottiene
(curva di Pashen) ha un minimo che dipende dal gas presente. E’ utilizzando queste relazioni che si
procede alla costruzione dell’apparato in quanto, conoscendo le dimensioni del tubo e la
pressione del gas all’interno, si può sapere a che tensione si avrà la formazione del plasma.
La formazione del plasma è accompagnata dalla formazione di luce quando la scarica passa
dal regime di scarica di Towsend a quello di scarica a bagliore (glow). In questo passaggio si ha una
brusca diminuzione della tensione ai capi del tubo in quanto la ionizzazione del gas e quindi la
creazione di cariche libere aumenta, la conducibilità del gas. In questo regime di glow discharce si
lavora in tutte le convenzionali torce al plasma. Se la tensione applicata viene aumentata ancora la
scarica passa dal regime glow a quello di arco, la luminosità aumenta ulteriormente e la tensione
ha un altro brusco calo. La corrente nell’arco è molto più elevata di quella della scarica a bagliore.
Riassumento i 3 regimi tra i quali passa la scarica in un tubo al plasma sono:
•
•
•
Scarica di Towsend
Scarica a bagliore (glow discharge)
Arco
Alcuni metodi di PS utilizzano l’arco come fonte di generazione del flusso di particelle per la
deposizione.
II – POLVERI
Esistono numerosi modi di inserire le polveri da depositare nel flusso di plasma. Nella figura
sottostante si possono osservare schematizzate. La posizione 1 mostra l’inserimento
perpendicolare al flusso all’uscita del flusso dall’ugello. La posizione 2 mostra l’inserimento
angolato sempre all’uscita del flusso. Nella posizione 3 le polveri sono inserite direttamente
all’interno del flusso prima dell’uscita dall’ugello. Per ottenere il massimo tempo di stazionamento
nel plasma delle particelle si può utilizzare la posizione 4 che immette direttamente le polveri dal
catodo all’interno del flusso.
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Fig.4 Metodi di inserimento delle polveri nel flusso
Oltre all’inserimento delle polveri nel plasma è di fondamentale importanza creare polveri
delle giuste dimensioni
sioni e forma in base al film che si vuole ottenere. Si utilizzano diversi processi
per la produzione delle polveri che sono qui elencati e descritti brevemente.
ATOMIZZAZIONE
Viene utilizzata principalmente per la produzione di polveri a base di ferro, cobalto,
co
nickel e
alluminio. Si possono avere 2 differenti
different forme, sferica o più irregolare nel caso di particelle
atomizzate rispettivamente a gas o ad acqua. I film che si ottengono sono diversi (con le stesse
caratteristiche e parametri dell’apparato) in base
b
alla forma utilizzata.
FUSIONE E MACINAZIONE
Questa tecnica di produzione è quella utilizzata per le polveri di CERMET o ceramiche in
genere. Si tratta il materiale da polverizzare prima fondendolo esucessivamente
esucessivamente si procede con la
macinazione dei cristalli che si formano durante la solidificazione.
solidificazione. Modificando questo rate di
solidificazione si porta il materiale a diverse cristallizzazioni. La successiva macinazione dipende
quindi dalla cristallinità del materiale e si producono paricelle xon un’ampia
pia varietà di forma e
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dimensione che influenzano la densità delle polveri. Queste variazioni nei parametri del processo
portano ad una varietà di densità del film, microdurezza, resistenza all’usura e resistenza termica.
COMPOSITING
Con questa tecnica si producono polveri mediante la combinazione di due o più materiali
diversi tramite cladding chimico, legame organico o sinterizzazione. Con questi differenti metodi di
unione dei diversi componenti posso creare polveri con diverse caratteristiche di forma e
dimensione. Solitamente i film che utilizzano Clad-powder hanno un’adesione maggiore di quelli
prodotti con polveri atomizzate.
AGGLOMERAGGIO
Le polveri sono ottenute con diversi step, pellettizazione, pressione e spray drying. Spesso
le particelle hanno bassa densità e una grande area superficiale che porta il film ad essere poroso.
Le particelle che compongono la polvere devono essere utilizzate, in base alle loro
caratteristiche, con diversi tipo di apparato. Il tempo di stazionamento nel flusso di plasma e la sua
temperatura, influenza il grado di fusione. La velocità del flusso influisce sull’accelerazione che
subiscono le particelle e l’energia cinetica che possiedono quando impattano sul substrato.
III – SUBSTRATO
Anche le caratteristiche del substrato influenzano la formazione del film poiché le particelle
che vi impattano posso impaccarsi in vari modi a seconda del tipo di superficie che trovano e della
temperatura della stessa che ne influenza la solidificazione.
La creazione del film avviene particella su particella. Il tempo di solidificazione della
particella fusa che impatta sul substrato più freddo è di circa un ordine di grandezza minore del
tempo che intercorre tra l’impatto di 2 particelle che viaggiano nella stessa traiettoria. Il tempo di
raffreddamento fino alla temperatura ambiente è però più lungo di 2 ordini di grandezza rispetto a
quello di solidificazione. Questo comporta che le particelle quasi non interagiscono diffondendo
tra loro.
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Fig.5 Meccanismo di deformazione di una particello
particello all’impatto con il substrato
In questa figura si nota come la particella fusa che impatta sul substrato tenda ad
appiattirsi a causa dell’energia dell’impatto. Ovviamente maggiore sono la velocità e il grado di
fusione maggiormente la particella sarà appiattita dopo la solidificazione. In questo modo le
successive
cessive particelle che arrivano ad impattare trovano una superficie ‘liscia’ e formeranno un film
denso. Se le particelle che arrivano sul substrato non sono fuse abbastanza oppure sono troppo
lente quelle successive troveranno una superficie via
ia via più disomogenea che porterà alla
formazione di un film meno denso e con una superificie disomogenea.
Fig. Foto di particelle dopo l’impatto
Fig.6
Il substrato durante il processo subirà un riscadamento dovuto al trasferimento di energia
cinetica e termica da parte delle particelle che impattano. Dovrà essere quindi raffreddato se si
vogliono mantenere stabili i suoi parametri inizali.
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IV – FILM
Il film che si ottiene con lo spraying può avere un range abbastanza ampio di porosità. I film
molto densi sono preferibili quando serve un’alta resistenza all’abrasione o all’erosione fisica.
Inoltre rende la superficie molto omogenea. I film con porosità più alta (fino al 20%) possono
risultare utili e sono prodotti appositamente per alcuni utilizzi specifici. Questi film sono utilizati
per ridurre la conducibilità termica nei rivestimenti in quanto agiscono come barriera temica,
possono formare riserve di lubrificante per film resistenti all’usura in parti meccaniche oppure per
aumentare la crescità delle cellule ossee nelle bioceramiche per protesi. La porosità deve
comunque essere strettamente controllata per non perdere le prestazioni del film.
L’altra caratteristica da tenere in considerazione è l’adesione del film al substrato. Questa è
controllata da 3 meccanismi principali:
-
-
-
Ancoraggio meccanico. La rugosità del substrato gioca in questo caso un ruolo primario. Le
particelle devono possedere sufficente plasticità, alta velocità d’impatto, bassa viscosità e
una buona bagnabilità.
Adesione fisica. Questo meccanismo è controllato dalla difussività delle particelle e dalla
temperatura del substrato in accordo con la legge di Fick secondo cui il rate di diffusione
aumenta con la temperatura. A cause della bassa profondità di diffusione questo
meccanismo gioca un ruolo minore nell’adesione del film.
Adesione chimica. Essa può essere controllata aggiustando la diffusività tra particelle e
substrato utilizzando ad esempio uno strato reattivo che crea un vero legame metallurgico
tra film e substrato.
Il film può infine presentare stress residui dopo la deposizione. Questi stress sono divisi in
microscopici, mesoscopici e macroscopici.
-
-
-
Stress microscopici. Si trovano all’interno delle singole particelle che impattano e vengono
generati dal gradiente del coefficente di espansione termica tra il substrato freddo e la
particella calda.
Stress Mesoscopici. Si trovano all’interno dei diversi strati tra le particelle depositate. Sono
responsabili della riduzione dell’adesione del film. Risultano in seguito al rapido
raffreddamento delle particelle.
Stress Macroscopici. Occorrono tra il film nella sua interezza e il substrato. Il substrato con
la temperatura controllata può aiutare a ridurre questi tipi di stress.
Per migliorare la densità o altre proprietà del film si possono utilizzare diversi trattamenti:
Annealing in fornace, trattamenti al laser, sigillatura con sigillanti organici o inorganici e
trattamenti spark-plasma.
17
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3.3 – APPARATI
3.3.1 Electrical discharge
I – ATHMOSFERIC PLASMA SPRAY (APS)
E’ l’apparato classico per il plasma spray, utilizza una scarica del tipo glow discharge. Nella figura è
schematizzata una torcia al plasma.
Fig.7 Schema di una sezione di una torcia al plasma.
L’apparato è composto dai seguenti
s
elementi: 1- Anodo, 2- Catodo, 33 Scarico dell’acqua e
connettore del catodo, 4- Entrata dell’acqua e connettore dell’anodo, 55 Entrata per i gas di lavoro,
6- Iniettore delle polveri, 7- Isolante elettrico.
La scarica di plasma si forma per la differenza
differenza di potenziale che viene creata tra anodo e
catodo e le polveri vengono inserite (in questo esempio) ortogolamente a 90° rispetto all’ugello da
dove esce il flusso di plasma.In
In generale possono essere inserite anche radialmente o con 2-3
2
ingressi quando
ando si devono depositare materiali compositi.
PARAMETRI DEL PROCESSO
Il processo avviene in aria e il gas di lavoro è tipicamente Ar o una miscela di Ar + H2, Ar+
He e Ar + N2. L’Ar stabilizza l’arco all’interno dell’ugello ed è il principale componente del plasma,
l’He, l’N2 e l’H2 aumentano il trasferimento di calore alle particelle grazie alla loro altra
conducibilità termica. Il gas di lavoro influenza il grado di fusione delle particelle che è maggiore
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con gas diatomici mentre con i gas monoatomici si raggiungono maggiori velocità in uscita
dall’ugello. Per questi motivi si utilizzano miscele di gas, per avere un buon compromesso
Nelle torce stabilizzate ad acqua il gas di plasma è creato dal vapore acqueo. E’ possibile
anche l’utilizzo di gas reattivi ma per questi deve essere utilizzato un catodo in grafite.
Le torce al plasma sono caratterizzate da correnti di lavoro di centinaia di ampere e da un
voltaggio che dipende dalla distanza tra catodo e anodo (una distanza maggiore aumenta il
voltaggio) e dalla scelta del gas secondario, gas diatomici aumentano il voltaggio della scarica. I
tipici voltaggi nelle torce al plasma sono dai 30 ai 70V con temperature attorno ai 15000K e
velocità di uscita dall’ugello di 800 m/s. La potenza elettrica varia tra gli 80 e i 200 kW. Nelle torce
stabilizzate ad acqua si raggiungono i 28000K mente i 2900 m/s si raggiungono nelle torce ad alta
potenza. Vengono utilizzate principalmente polveri di ossidi ceramici con dimensioni tra i 20 e 90
µm. Per eliminare gli stress del film si tiene il substrato tra i 370 e i 470K. La distanza di spray è tra i
60 e 130 mm.
PROPRIETA’ DEL FILM
La forza del legame film-substrato nei ricoprimenti ceramici su substrati metallici è
tipicamente nel range 15-25 Mpa. I film di leghe e metalli arrivano fino a 70 Mpa o addirittura
maggiori. La porosità dei film APS è nel range 1-7% ma può essere aumentata intenzionalmente.
Lo spessore si aggira tra i 330 e i 1500 µm.
20
II – ARC SPRAYING
Esistono 2 tipo di tecnologia
tecnolo
che usano il plasma da arco; il classico Spray ad arco non
trasferito e quello ad Arco trasferito.
trasferito
Nella figura sottostante è schematizato un sistema arc spraying che è composto da:
1.
2.
3.
4.
5.
Flusso del gas nebulizzante
Struttura esterna della torcia
Flusso di particelle fuse
Arco elettrico
Elettrodi
ettrodi ad arco consumati nel processo
Fig. Schema di un apparato arc spray
Fig.8
Il sistema funziona attraverso il consumo di 2 fili del materiale (o dei 2 materiali che devo
depositare) tra cui si forma l’arco. Nelle estremità dei fili si formano così goccioline liquide che
vengono atomizzate e poi portate sul substrato dal gas di atomizzazione.
I processi ad arco trasferito utilizzano sempre 1 filo conduttore da cui si attinge per il
materiale da depositare e un flusso supersonico di plasma che si forma
forma in seguito all’arco tra un
catodo non consumabile e il filo. Le particelle fuse che si creano dal filo sono quindi trasportate dal
flusso di plasma sul substrato. Questa tecnica è usata principalmente per ricoprire gli interni di
cilindri nei motori a combustione.
ombustione.
PARAMETRI DEL PROCESSO
I fili da depositare sono composti da materiali conduttivi, quindi principalmente metalli o
leghe. Possono essere utilizzati fili composti da 2 strati di diverso materiale. Materiali compositi
possono essere depositati anche
che con la tecnica ad arco trasferito. Questa tecnica può essere
utilizzata sia in aria (tipicamente) sia in atmosfera controllata, reattiva o in vuoto. Il gas che forma
il flusso è tipicamente Azoto.
21
Con questa tecnica si raggiungono temperature di 6000K con velocità delle particelle nel
flusso di 150 m/s. La distanza tra apparato e substrato è compresa tra 50 e 170 mm con un rate di
deposizione che varia tra 50-1000 g/min.
PROPRIETA’ DEL FILM
La forza del legame tensile tra film e subratrato è nel range tra 10 e 30 MPa per film di Zn e
Al mentre può raggiungere valori di70 MPa per film compositi di NiAl. La porosità è nel range 1020% quindi abbastanza elevata a causa dell’elevata grandezza delle particelle mentre lo spessore
del film oscilla tra i 100 e i 2000 µm.
22
III – VACUUM PLASMA SPRAY (VPS)
Gli apparati VPS sono utilizzati principalmente
principalmente per depositare film resistenti al calore e alla
corrosione delle pale delle turbine e in pezzi che necessitano di film ad elevata purezza e
uniformità. Gli apparati
rati LPPS (low pressure plasma
plasma spray) e VPS sono utilizzati anche come
sostituto economico alle tecniche PVD e CVD nella deposizione di film sottili con spessore fino a 50
µm.
Gli apparati VPS e LPPS utilizzano torce al plasma oppure torce ad arco per la deposizione.
d
Nella figura sottostante si riporta lo schema di funzionamento del sistema.
Fig.9 Schema di un apparato Plasma spray in vuoto.
L’aparato è costituito dai seguenti componenti:
1.
2.
3.
4.
Ingresso dei gas di lavoro
Anodo
Zona in vuoto
Generatore di arco trasferito ( se il substrato è caricato negativamente l’arco ne pulisce la
superficie, al contrario se il substrato è carico positivamente l’arco ne scalda la superficie)
superficie
5. Iniettore delle polveri
6. Generatore di plasma
Il generatore di arco può essere utilizzato anche in tecniche non Arc spray per scaldare il
substrato durante la deposizione oppure per pulirlo prima della deposizione.
deposizione Lavorando in vuoto
l’intera struttura all’interno della quale si effettua la deposizione è decisamente più complicata e
quindi costosa delle normali apparecchiature PS e FS. Il fatto di lavorare in vuoto rende più
semplice muovere soltanto il substrato e non
non tutto l’apparato per lo spray. Per questi motivi la
23
tecnica in vuoto è utilizzata soltanto quando ci sono le necessità di alta qualità e precisione del
film depositato oppure da mantenere il film sottile.
Fig.10
10 Torcia al plasma in una camera da vuoto
PARAMETRI DEL PROCESSO
Il gas di lavoro è tipicamente Ar miscelato con H2, He o N2. Le temperature che si
raggiungano sono comprese tra i 10000K e i 15000K mentre la velocità del flusso di plasma è tra i
1500 e i 3500 m/s. Infine il getto che esce dalla
dalla torcia raggiunge distanze maggiori di quelli in aria
superando i 250 mm. La dimensione delle particelle di materiale da depositare sono nel range 5-20
5
µm.
PROPRIETA’ DEL FILM
La forza tensile di legame tra film e substrato delle leghe che vengono solitamente
solit
depositate è maggiore di 80 MPa mentre la porosità è nell’ordine del 1-2%
1 2% ed è possibile
possibil ottenere
film con porosità nulla selezionando attentamente i parametri durante la deposizione. Gli spessori
dei flm depositati sono tipicamente compresi tra i 150
1 e i 500 µm anche se possono essere ridotti.
24
IV – CONTROLLED ATMOSPHERE PLASMA SPRAY (CAPS)
In questa categria si raggruppano tutte le tecniche che non hanno come atmosfera aria o
vuoto. Esistono numerose tecniche CAPS:
-
Inert Plasma Spray (IPS). La deposizione avviene all’internto di un volume chiuso riempito
di gas inerte.
Shrouded Plasma Spray (SPS). Utilizza un ugello schermante attaccato all’anodo della torcia
in modo che il plasma non sia in contatto con l’atmosfera.
Atmosphere Temperature-Controlled Spraying (ATCS). In questa tecnica è possibile
controllare sia l’atmosfera nella quale avviene la deposizione sia la temperatura del
substrato.
Questa tecnica è per molti versi simile a quella VPS in quanto ormai esse possono essere
facilmente raggruppate. In apparati che utilizzano il vuoto possono essere create e mantenute
anche atmosfere diverse, tipiche delle vecchie tecniche CAPS. Tutta la descrizione tecnica sarà
quindi omessa.
PROPRIETA’ DEL FILM
I film ottenuti con le varie tecniche CAPS hanno caratteristiche di porosità e spessore simili
a quelle ottenute con l’APS. I film metallici depositati in atmosfera inerte hanno un contenuto
minore di ossigeno rispetto a quelli depositati in aria. Gli ossidi depositati con l’ATCS possono
avere spessori di 1000-2000 µm senza difetti strutturali.
25
26
3.3.2 COMBUSTION
Esistono due diversi metodi che utilizzano la combustione
combustion al posto del plasma, quello
continuo e quello esplosivo (non continuo). In entrambi i metodi viene bruciato un gas propellente
(acetilene o propano) in presenza di ossigeno e la fiamma che si forma è utilizzata per fondere ed
accellerare le particelle. Nel metodo continuo la fiamma è mantenuta accesa e quindi il flusso di
particelle che formano il film è appunto continuo. Nelle tecniche esplosive è utilizzato sempre un
gas detonante con una definita frequenza di esplosioni al secondo.
3.3.2.1 CONTINUOUS
I - HIGH VELOCITY OXIGEN FUEL (HVOF)
Questo processo è molto utilizzato nella deposizione di carburi e in molte applicazioni
nell’industria aereonautica. La caratteristica di questa tecnica è l’utilizzo di una canna che
permette l’uscita di un flusso molto più concentrato di particelle rispetto
rispetto alla fiamma della tecnica
FS. La velocità del flusso è inoltre molto maggiore di quella dell’FS. Questa tecnica è quindi
preferibile per ottenere film di maggiore precisione su piccole aree e con maggiore densità.
densità
Fig.11 Schema di un apparato HVOF
Nella figura
ura è riportato lo schema di un apparato HVOF nel quale si distinguono bene i
diversi componenti. Il gas o il liquido combustibile sono inseriti nella camera di combustione
assieme all’ossigeno. Quando viene acceso
acceso l’apparato la combustione genera gas esausti che
escono dall’ugello sulla canna ed emergono nell’atmosfera dopo che le polveri da depositare sono
state inserite nel flusso all’inizio della canna. Le polveri possono essere inserite radialmente o
orizzontalmente alla canna. Tutto l’apparato
l’apparat è raffreddato con acqua.
27
Fig.12 Foto di un apparato HVOF durante una deposizione
PARAMETRI DEL PROCESSO
Gas di lavoro: ossigeno gassoso miscelato ai combustibili (idrocarburi) liquidi o gassosi. Ci sono
3 principali paramentri che determinano le proprietà
proprietà del flusso che esce dalla canna:
-
La pressione nella camera di combustione. L’aumento di pressione comporta una maggiore
velocità delle particelle.
Il profilo dell’ugello e della canna. Sono utlizzati i seguenti profili: canna convergente;
ugello convergente-divergente
divergente (de Laval); canna convergente-divergente.
convergente divergente. I diversi profili
determinano la forma e la velocità del flusso in uscita.
La fiamm è di tipo
o supersonico. La velocità del suono è raggiunta all’uscita dalla canna grazie
alla pressione che i gas possiedono espandendosi all’interno del volume definito della
d
canna.
Si raggiungono temperature di circa 3000K con velocità comprese tra 1600 m/s e 2000 m/s in
base alle caratteristiche dell’apparato. La dimensione delle particelle è nell’ordine dei 5-45
5
µm e le
polveri usate sono tipicamente compositi di carburi con matrici metalliche o leghe. Il substrato è
posto tra i 150 e i 300 mm di distanza dalla
da canna.
PROPRIETA’ DEL FILM
La forza tensile di legame substrato-film è alta,, fino a 90 MPa mentre la porosità è molto
bassa, minore dell’1% mentre lo spesso è compreso tra 100 e 300 µm.. I film che sono prodotti con
questa tecnica hanno caratteristiche fisiche simili a quelli che possono essere prodotti con il PS.
Hanno però il difetto che contenere delle impurezza derivanti dai gas esausti della combustione.
L’HVOF non può essere usata per depositare film che devono essere privi di residui da idrocarburi
(si utilizzano
zano tecniche PS e per una maggior purezza tecniche VPS).
28
II - FLAME SPRAY (FS)
La tecnica flame spray è cronologicamente la prima tecnica TS ed è anche la più semplice
come funzionamento e sicuramente la più economica. Inizialmente era utilizzata per depositare
d
metalli con basso punto di fusione come piombo e stagno ma il suo range di utilizzo si è esteso con
il tempo ai metalli refrattari e alcune
alcun ceramiche.
Nella tecnica FS è la combustione di un gas combustibile con l’ossigeno a formare la
fiamma che fonde e trasporta le particelle sul substrato.
Nell’immagine
ell’immagine sottostante è riportato
ripo
un semplice schema di un apparato flame spray.
Fig.13
13 Schema di una torcia per flame spray.
L’apparato è costituito dai seguenti componenti:
1. Ingresso dei gas di lavoro (carburante e ossigeno)
2. Iniettore delle polveri
3. Ugello della torcia
4. Film in deposizione
5. Flusso di particelle
6. Fiamma di combustione
Le polveri da depositare sono inserite del flusso di gas in modo assiale oppure perpendicolare
alla torcia. Al posto delle polveri, possono essere utilizzati anche fili costruiti del materiale da
depositare. In quest’ultimo caso il funzionamento è analogo a quello dell’apparato a polveri
soltanche che il materiale viene da un filo che viene progressivamente fuso e quindi depositato.
deposi
29
Fig.14 Foto di un moderno apparato Flame spray
PARAMETRI DEL PROCESSO
La temperatura della fiamma può raggiungere i 3300K e con queste temperature si
depositano principalmente metalli, leghe e alcune ceramiche. Si depositano anche polimeri
utilizzando
zando torce progettate appostiamente. Le velocità delle particelle (con dimensioni di 5-100
5
µm e dimensione più sferica possibile) sono comprese tra gli 80 e i 100 m/s. Le polveri vengono
inserite radialmente nelle vecchie torce o assialmente nelle nuove. Il subtrato è posizionato a 120120
150 mm dalla torcia e mantenuto ad una temperature compresa tra i 300 e i 400K
Utilizzando i fili al posto delle polveri possono essere depositate ceramiche (Al2O3,
Al2O3+TiO2, TiO2, Cr2O3, etc..) o metalli (Mo, Zn, Al, etc..) e leghe.
PROPRIETA’ DEL FILM
La forza tensile dii legame tra substrato e film può raggiungere i 60 MPa. Tipicamente per
rivestimenti
menti ceramici arriva a 15 MPa mentre a 30 MPa per metalli e leghe. La porosità è nel range
10-20% mentre gli spessori tipici
ci variano da 100 a 2500 µm. Questa tecnica è quella più utilizzata
quando si devono depositare grandi superfici con film anche abbastanza spessi.
30
3.3.2.2 EXPLOSIVE
I - D-GUNTM
Lo schema di un apparato del tipo D-gun
D
è mostrato in figura.
Fig. Schema di un apparato D-gun.
Fig.15
L’apparato è composto da:
1.
2.
3.
4.
5.
Iniettore delle polveri
Candela d’accensione
Canna raffreddata ad acqua
Ingresso dell’ossigeno
Ingresso dell’azoto
Il funzionamento è piuttosto semplice. Una miscela di ossigeno e acetilene è inserita
inserit nella canna
assieme alle polveri da depositare. Il gas è accesso dalla candela e in seguito all’esplosione l’onda
l
di
detonazione trasporta le polveri sul substrato. Per evitare ritorni di fiamma, un gas inerte come l’azoto, è
inserito tra un’esplosione e la successiva. L’azoto inoltre pulisce la canna. Il processo di detonazione segue
questo ciclo:
•
•
•
•
Inserimento dell’ossigeno e del combustibile all’interno della camera di combustione
Iniezione delle polveri e dell’azoto per evitare il ritorno di fiamma
Accensione ed esplosione della miscela con conseguente accellerazione della polvere
Pulizia della canna da parte dell’azoto.
Ci sono solitamente da 1 a 15 esplosioni al secondo seguite dalla pulizia dell’azoto.
31
PARAMETRI DEL PROCESSO
La temperatura massima raggiungibile è 4500K con una miscela di ossigeno con 45% di
acetilene. La velocità dell’onda di detonazione arriva a 2900 m/s mentre quella delle polveri è di
750 m/s nelle D-gun oppure 1000 m/s nelle super D-gun. Le polveri possono essere composte da
quasi tutti i materiali per la deposizione di compositi (dimensione nel range 5-60 µm). Il processo
avviene in aria tipicamente con una distanza di spray di 100 mm.
PROPRIETA’ DEL FILM
La porosità del film è molto bassa tra 0,5 e 2%. La forza tensile di legame varia tra 83 e 70
MPa. Lo spessore spesso non eccere i 300 µm.
32
3.3.3 DECOMPRESSION OF GAS
I - COLD GAS SPRAY METHOD (CGSM)
Questa tecnica sviluppata in tempi relativamente recenti utilizza un flusso di gas sotto
pressione che si espande all’uscita dell’ugello trasportando le polveri da depositare. Uno schema
dell’apparato è riportato in figura:
Fig.16 Schema di un apparato CGSM
Un gas, tipicamente N2 o He, è compresso fino a 3.5 MPa e riscaldato da una bobina
riscaldante fino a 873K. Sii utilizza l’He per depositare un maggior numero di polveri diverse. Dopo
essere introdotto in un ugello convergente-divergente
convergente
rgente del tipo de Laval il gas caldo ha velocità
soniche nella regione convergente e supersoniche in quella divergente.
divergente Le polveri sono
son introdotte
nella ‘gola’ dell’ugello e vengono trasportare sul substrato ad alta
alta velocità senza però fondere in
quanto l’apparato lavora a basse temperature (circa 1000K).
1000K)
PARAMETRI DEL PROCESSO
La forma dell’ugello è sicuramente il parametro più difficile da ottimizzare
timizzare in quanto un
piccola variazione di forma porta ad una
u variazione esponenziale di forma e velocità del flusso
oltre che ad un’usura anomala dell’ugello stesso.
Si possono depositare soltanto
sol
materiali che si deformano
no plasticamene.
plasticamene Le ceramiche non
si deformano e i polimeri non sono interessanti per questo processo. Rimangono disponibili
metalli e leghe che hanno comunque un diverso comportamente nella deformazione. Materiali fcc
come Alluminio, Rame e argento sono più deformabili rispetto a materiali bcc (Tungsteno,
Tantalio, Niobio) e dei materiali hcp (Cadmio, Zinco) che sono i meno deformabili. Anche la
33
temperatura di fusione è una caratteristica importante poiché una bassa Tf è un beneficio per la
deposizione. Per questo motivi uno dei materiali depositati maggiormente con la tecnica CGSM è il
Rame (Cu). Le particelle hanno dimensioni comprese tra 5-20 µm in quanto le particelle più piccole
sono più adatte a depositarsi non fuse. Le polveri sono inserite assialmente in quasi tutti gli
apparati CGSM.
PROPRIETA’ DEL FILM
La forza tensile di legame è circa 26-44 MPa per il Rame e 33-35MPa per l’Alluminio e la
porosità 4.5 e 3.7% rispettivamente. Nelle deposizioni si nota inoltre un basso aumento della
presenza di ossigeno nel film depositato rispetto a quella nelle polveri.
34
CONCLUSIONI
Da quanto trattato in questa review molto sintetica delle tecniche di deposizione tramite
Thermal spray si possono trarre alcune conclusioni.
Le tecniche TS coprono un ampio range di possibili applicazioni con differenti apparati. Si
può affermare che ormai, in seguito all’enorme sviluppo di questa tecnologia, quasi tutti i tipi di
film possono essere depositati tramite TS. Dal semplice Rame depositato su ampie superfici con un
alto rendimento tempo/superficie, al DLC (diamond like carbon) ad elevata resistenza all’usura, dai
materiali refrattari come scudo contro il calore e l’attacco chimico per finire con i materiali
compositi di vario tipo tra cui i CERMET che sono quelli di maggor interesse in questa sede.
A livello industriale dove costi e tempi per la deposizione sono di fondamentale importanza
per la scelta dell’apparato si possono ormai utilizzare sistemi Flame spray o più facilmente HVOF
per depositare anche materiali CERMET che, possedendo una componente ceramica, avrebbero
una propensione ad essere depositati con tecniche PS. Certo è che per deposizioni di CERMET che
necessitano di elevata qualità e purezza si continua a preferire tecniche Plasma Spray, ormai
diventate più economiche rispetto a quelle di qualche decina di anni fa.
Per effettuare una piccola analisi comparativa tra le tecniche TS e le altre tecniche di
deposizione utilizzate per i CERMET si prendono in esame sopratutto tecniche PVD. Queste
tecniche possono essere considerate quelle allo stato dell’arte per quanto riguarda la qualità di
deposizione anche se negli ultimi anni si sta assistendo ad una inversione di tendenza. Con
l’evoluzione della tecnologia nelle più semplici tecniche plasma spray si sta arrivando ad ottenere
risultati simili e a costi inferiori rispetto alle tecniche PVD (Sputtering in primis in quanto tecniche
del tipo laser ablation rimangono sostanzialmente di nicchia, utilizzate ad esempio per ceramici
superconduttori alle alte temperature per i quali la composizione perfetta è la chiave di un buon
funzionamento). Per il ricoprimento di ampie superfici le tecniche del tipo sputtering presentano
alcuni limiti tecnici e di costo derivanti dalla difficoltà di creare magnetron di grandi dimensioni.
Nell’ambito di film di notevoli dimensioni e spessori difficilmente un impianto TS avrà dei
rivali a livello costo/efficenza di deposizione in quanto la strumentazione è di dimensioni
contenute e non necessita di grandi e complicate infrastrutture (come possono essere quelle per
le celle galvaniche).
35
36
Bibliografia
-
P Fauchais, Understanding Plasma spray, J. Phys. D: Appl. Phys. 37 (2004) R86–R108;
Robert B. Heinmann, Plasma-spray Coating, VCH Verlagsgesellschaft mbH, 1996;
Lech Pawloeski, The Science and Engeneering of Thermal Spray Coatings: 2° ed, Jhon Wiley
& Sons Ltd, 2008;
Wikipedia, Articoli vari.
37
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