L'uso della tecnologia a spruzzo termico per preparare rivestimenti cermet a base di WC/Co- è attualmente un punto focale della ricerca nel campo dell'ingegneria e delle superfici dei materiali. Utilizzando la tecnologia di spruzzatura termica per produrre rivestimenti in carburo di tungsteno/cermet di cobalto, è possibile selezionare un'ampia gamma di materiali di rivestimento e di substrato, lo spessore del rivestimento può essere variato in un ampio intervallo, l'efficienza di deposizione è elevata e i rivestimenti risultanti mostrano un'eccellente resistenza all'usura.
Le proprietà e le caratteristiche strutturali dei rivestimenti preparati mediante la tecnologia di spruzzatura termica sono in gran parte determinate dalla morfologia della polvere della materia prima, dal flusso di energia applicato alla materia prima e dai parametri del processo di spruzzatura. Infatti, la morfologia e la distribuzione granulometrica della materia prima in polvere sono strettamente correlate al metodo di preparazione. Negli ultimi anni, le polveri a spruzzo termico a base di WC- sono state utilizzate per produrre rivestimenti densi con elevata durezza ed elevata resistenza all'usura tramite spruzzatura ad alta-ossi-carburante (HVOF), rendendole i candidati più promettenti per sostituire i rivestimenti di cromo duro elettrolitico. In particolare, i rivestimenti WC-Co sono già stati adottati come sostituti degli strati di cromo duro elettrodepositati.
Tecnologie di preparazione per polveri composite WC-Co
Esistono vari metodi per preparare le polveri composite WC-Co. A seconda del processo di preparazione, le polveri a base di WC- utilizzate per la spruzzatura HVOF possono presentare morfologie che vanno da forme sferiche a irregolari o a blocchi. Attualmente, un approccio popolare è la sintesi diretta di polveri composite, utilizzando le caratteristiche di fluidizzazione di un mezzo a letto fluidizzato per ridurre e carburare continuamente composti di tungsteno-cobalto chimicamente uniformi all'interno del letto, producendo infine polveri composite di WC-Co con granulometria fine e distribuzione uniforme. I metodi di preparazione per le polveri a base di WC/Co-possono essere classificati in metodi in fase-solida, metodi in fase-gassosa, metodi in fase-liquida e loro combinazioni (come metodi in fase-solida gassosa). Le tecniche rappresentative includono il metodo al plasma, la carburazione in fase gassosa, la co{14}}precipitazione, la lega meccanica e la sintesi termochimica (essiccazione a spruzzo). Tuttavia, le particelle di polvere composita prodotte con questi metodi sono generalmente di dimensioni fini, hanno ampie aree superficiali specifiche e mostrano una fluidità molto bassa e una scarsa densità di colata, che possono facilmente portare all'ostruzione degli ugelli durante la spruzzatura. Inoltre, non hanno un'inerzia sufficiente per una deposizione efficace sulla superficie del substrato. Pertanto, queste polveri devono essere agglomerate in polveri di dimensioni micron-da 15 a 100 μm per essere utilizzate come materie prime per la spruzzatura termica. In genere, metodi di lavorazione come la sinterizzazione-frantumazione, l'agglomerazione-sinterizzazione, la miscelazione, il rivestimento e la frantumazione per fusione-vengono impiegati per agglomerare le polveri e soddisfare i requisiti di dimensione delle particelle per la spruzzatura termica.
Polveri preparate dalmetodo di sinterizzazione-frantumazionesono generalmente di forma irregolare con molteplici spigoli vivi, possiedono superfici relativamente lisce, un alto grado di lega e microstrutture interne dense. Un gran numero di particelle di WC sono distribuite all'interno della fase legante e le singole particelle di WC mostrano un buon legame con il legante.
ILmetodo di frantumazione per fusioneprevede la miscelazione di diverse polveri e la loro fusione in un forno specializzato, seguita dalla frantumazione dei blocchi sinterizzati raffreddati utilizzando vari frantoi. Le polveri prodotte con questo metodo sono caratterizzate da una morfologia densa, a blocchi e spigolosa. Sono notevolmente più difficili da frantumare rispetto alle polveri preparate con il metodo di sinterizzazione-frantumazione.
Polveri prodotte dalmetodo di agglomerazione-sinterizzazionehanno una morfologia regolare. Questa tecnica utilizza l'essiccazione a spruzzo per agglomerare le polveri da un impasto liquido autosospendente; dopo l'essiccazione a spruzzo e la sinterizzazione in particelle agglomerate, le polveri risultanti sono quasi sferiche, con superfici ruvide e porose, una distribuzione granulometrica ristretta e una buona scorrevolezza. Tuttavia, preparare sospensioni per cermet come WC-Co è impegnativo a causa dell'elevata densità di WC-Co e delle differenze di acidità/basicità tra le particelle costituenti.
ILmetodo di rivestimentotipicamente impiega la fusione meccanica, in cui polveri grezze di diverse dimensioni delle particelle vengono accuratamente miscelate e riscaldate. Durante questo processo, il materiale con punto di-fusione- inferiore viene portato allo stato plastico (o addirittura fuso in alcuni casi), mentre il materiale con punto di -fusione- più alto rimane non fuso. La miscelazione meccanica fa quindi sì che le due polveri si saldano insieme. Le polveri composite prodotte con questo metodo presentano una struttura a nucleo-conchiglia, con buona resistenza e tenacità delle particelle.
ILmetodo di miscelazioneproduce polveri WC/Co costituite da due fasi, WC e Co, in cui le particelle di WC sono tenute insieme in modo lasco dal cobalto.
Esistono relativamente pochi resoconti sulla preparazione di polveri per spruzzatura termica a base di WC/Co-e ancor meno sulla preparazione di polveri di WC-CoCr contenenti elementi Cr aggiunti. Solo una manciata di aziende in tutto il mondo producono tali prodotti. L'aggiunta di una quantità adeguata di Cr metallico alla fase legante Co può migliorare significativamente la resistenza alla corrosione e all'ossidazione dei rivestimenti, con conseguente prestazione complessiva superiore in grado di sostituire il cromo duro elettrolitico tossico. Di conseguenza, i loro campi di applicazione si stanno espandendo e stanno attirando una crescente attenzione da parte dell’industria. Attualmente, la maggior parte della produzione nazionale in Cina si basa sui metodi di sinterizzazione-frantumazione e agglomerazione-sinterizzazione.