ITMI20001872A1 - Metodo per rivestire e proteggere un substrato - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce al settore dei rivestimenti protettivi, e specificatamente, al metodo per depositare un rivestimento multistrato con proprietà superiori, che può essere semplicemente applicato e riparato. I moderni impianti di termo-distruzione inceneriscono i rifiuti per evitare la necessità di immagazzinare i rifiuti in discarica e per produrre energia elettrica. Le pareti delle camere di combustione di inceneritori (zone di combustione o aree di incenerimento) sono soggette a condizioni estremamente gravose, che comprendono l’esposizione a temperature gravose, gas nocivi e composti chimici corrosivi che sono sotto-prodotti di combustione.

Gli inceneritori bruciano, ad esempio, rifiuti solidi, biomasse e rifiuti biologici. La combustione di questi materiali produce C02 e vapore acqueo, oltre a gas acidi, HCl, NOx (dove NOx rappresenta una serie qualunque di ossidi di azoto) e SOx (dove SOx è S02 oppure S03). La combustione di materie plastiche, quali politetrafluoroetilene (PTFE), cloruro di polivinile (PVC), cloruro di polivinilidene (PV2C), ecc., possono produrre alogenuri liberi e gas di aiogenuri di idrogeno. Tutti questi composti sono altamente corrosivi.

Oltre alla combustione degli inceneritori di rifiuti, combustibili non puri sono utilizzati come combustibile negli inceneritori di tutti i tipi. Tali tipi di combustibile comprendono, ad esempio, carbone ad elevato contenuto di zolfo, lignite, materie vegetali, e asfalto e prodotti di catrame come orimulsion. Anche questi combustibili producono gas acidi quali SOx e NOx che possono causare corrosione ed ossidazione delle superfici dell’inceneritore nella zona di combustione.

Cenere fusa viene prodotte da sali complessi basso fondenti. Tale cenere fusa attaccano rapidamente l’acciaio.

Tutti questi prodotti di combustione creano un ambiente estremamente ostile, causando una corrosione estensiva ed un’ossidazione delle superfìci esposte dell’inceneritore. E’ stato verificato che in alcuni casi una superficie non rivestita di acciaio al carbonio dura approssimativamente 12 mesi in tale ambiente.

Conseguentemente, esiste una significativa necessità di proteggere le superfìci, come quelle di un inceneritore, esposte a tale ambiente corrosivo e ossidante.

La necessità di proteggere le superfìci esposte di inceneritori dalla corrosione ed ossidazione nei moderni impianti di gestione rifiuti deve essere bilanciata dall’obiettivo di estrarre energia dal processo di combustione. Il vapore generato dall’utilizzazione del calore di combustione può essere utilizzato per il riscaldamento domestico, per uso industriale, per produrre energia elettrica per mezzo di generatori attivati da turbine. Pertanto i moderni impianti di gestione dei rifiuti vengono denominati impianti di trasformazione “da rifiuti ad energia”.

La corrosione può essere controllata diminuendo la quantità di calore che agisce sulle pareti dell’inceneritore utilizzando, ad esempio, rivestimenti refrattari oppure raffreddando con acqua le pareti dell’inceneritore. In ogni caso, questa perdita di calore determina una perdita proporzionale di energia. Nel caso che venga utilizzato il raffreddamento come mezzo per prevenire la corrosione, la trasformazione da acqua in energia viene compromessa in modo dannoso.

La zona di combustione di un inceneritore è formata tipicamente da acciaio. Alcune zone di combustione di inceneritori sono formate da tubi di acciaio. La vita di un inceneritore viene misurata dallo spessore della parete, espresso in millimetri (min) o in mils (millesimi di pollice), persa per anno a causa della corrosione ed ossidazione dell' acciaio. In assenza di un qualunque rivestimento protettivo sulla superficie dell’acciaio, la corrosione e l’ossidazione avvengono rapidamente.

Differenti soluzioni, ognuna con le sue controindicazioni, sono state proposte per gestire i problemi di corrosione ed ossidazione che gli operatori degli inceneritori devono affrontare:

(a) Tubi in superlega a base di nichel

Una delle soluzione proposte per i problemi di corrosione ed ossidazione negli inceneritori consiste nel realizzare un inceneritore intero con superleghe a base di nichel di formulazione speciale. Le superleghe a base di nichel proposte normalmente contengono significative percentuali di Cr e Mo e sono estremamente costose.

Oltre al costo proibitivo che deriva dall’impiego di queste superleghe, questa soluzione non affronta la necessità di fornire una protezione da corrosione ed ossidazione ad impianti preesistenti, a meno di ricostruire l’intero impianto.

Benché le leghe a base di nichel mostrino . ùna efficace resistenza a corrosione, può tuttavia essere necessario sostituirle nel tempo. Inoltre, se si manifestasse un cedimento di parete in una struttura realizzata in superlega base nichel, non esisterebbe un metodo semplice, efficace e con costi contenuti per riparare la parete.

(b) Tubi compositi o co-estrusi

Tubi compositi o co-estrusi vengono prodotti mediante co-estrusione di due tubi componenti legati metallurgicamente durante il processo di coestrusione.

I tubi compositi presentano costi elevati. Inoltre, qualora i due componenti di un tubo composito differiscano nel loro coefficiente di dilatazione termica, possono originarsi incrinature o cricche a causa di variazioni di temperatura,

La riparazione di tubi compositi è difficile, e può richiedere la totale sostituzione dei tubi.

(c) Saldatura con apporto di materiale (“weld overlay”) su tubi in acciaio con lesa di nichel

Una soluzione proposta per i problemi della corrosione ed ossidazione nelle pareti di inceneritore consiste nella saldatura con apporto di materiale (“weld overlay”) di leghe di nichel su zone danneggiate di acciaio o di tubi di acciaio. Questo processo presenta costi elevati e richiede l’impiego di impianti di saldatura.

Non è possibile adeguare la saldatura con apporto di materiale a superfici con forme irregolari, quali quelle riscontrate nella zona di giunzione di due tubi adiacenti di inceneritore. Le saldature con apporto di materiale lasciano spazi non rivestiti dove le superfici dei tubi possono essere ancora attaccate. Inoltre, il processo di saldatura produce elevate tensioni sulla struttura di base sottostante. Il processo di saldatura può quindi danneggiare ulteriormente o provocare cricche in tubi precedentemente danneggiati o indeboliti.

(d) Tecniche di spruzzatura termica (hermal spray”)

Processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) sono sovente impiegati al fine di proteggere superfici esposte a condizioni estremamente ostili, quali ambienti esposti ad elevate temperature o sostanze nocive. I processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) sono utilizzati in una vasta gamma di industrie. Un vantaggio dei processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) consiste nel fatto che un metallo di base poco costoso, quale un acciaio al carbonio, può essere trattato sulla sua superficie, creando nuove proprietà superficiali che sono decisamente superiori a quelle del metallo di base stesso. In questo modo, i processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) consentono un risparmio dei costi associati alla realizzazione di strutture integrali in superleghe dai costi proibitivi.

Attualmente, i processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) esistenti devono essere realizzati in condizioni estremamente controllate, quali quelle ottenibili in impianti di produzione o in laboratori, e devono invariabilmente essere applicati in condizioni ideali. Di conseguenza, i processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) conósciuti vengono sovente applicati su superfici all’ interno di aree controllate o cabine di lavoro utilizzando tecniche robotizzate. In alcuni casi viene impiegata una protezione della superficie con gas inerte o perfino delle camere a vuoto. Questi processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) sono realizzati su manufatti singoli, pre-assemblati. L’utilizzo di condizioni controllate riduce il numero delle variabili di processo che influiscono sulla qualità del rivestimento. Poiché questi processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) devono essere realizzati in condizioni ideali, essi non sono adeguati nel caso che un rivestimento per spruzzatura termica debba essere applicato in situ a una superficie preesistente.

I processi di rivestimento per spruzzatura termica (“thermal spray”) possono essere catalogati entro le seguenti categorie generali, elencate in ordine crescente a partire dai rivestimenti meno costosi e meno compatti, considerati con qualità inferiore, fino ai rivestimenti più costosi e più compatti, considerati con qualità superiore:

(1) Processi a combustione termica per polvere o filo (“flame spraying”). I processi a combustione termica utilizzano aria compressa o ossigeno, miscelati con un combustibile selezionato tra una serie dì possibili combustibili (es.: acetilene, propilene, propano, idrogeno) al fine di fondere e contemporaneamente trasferire una spinta alle particelle di metallo fuso. In genere il processo consente di ottenere rivestimenti di bassa densità. Processi a combustione termica utilizzano come materiale di alimentazione sia polveri che fili o barre ed hanno trovato una vasta gamma di utilizzo a livello mondiale grazie alla loro relativa semplicità ed efficacia nel contenere i' costi. Processi a combustione termica consentono di ottenere rivestimenti termici con un campo di densità di 85-90% approssimativamente.

(2) Processi di spruzzatura ad arco (“are wire”). I processi “are wire” richiedono due fili conduttori elettrici che trasportano corrente e che vengono alimentati in un punto comune di contatto con un arco elettrico dove avviene la fusione. Un getto di aria ad elevata velocità che viene iniettato dietro i fili in movimento rimuove il metallo fuso che viene continuamente formato man mano che i fili stessi vengono fusi dall’ arco elettrico. Processi “are wire” consentono di ottenere rivestimenti termici con un campo di densità di 85-90% approssimativamente.

(3) Processi di spruzzature a plasma (plasma spray). Una pistola a plasma opera con una corrente continua, che sostiene un arco elettrico stabile nontrasferito tra un catodo ed un anodo anulare. Un gas plasmogeno, introdotto nella parte posteriore all’ interno della pistola a plasma, fuoriesce sulla parte anteriore dell’ugello dell’anodo. L’arco elettrico tra il catodo e l’anodo chiude il circuito elettrico, formando un plasma che fuoriesce. La polvere che deve essere utilizzata per la lavorazione viene introdotta nella parte più calda del plasma. Processi di rivestimento plasma spray vengono utilizzati per realizzare depositi con spessore superiore a 50 micrometri in una vasta gamma di materiali industriali, che comprendono leghe di nichel e ferro, ceramiche refrattarie, quali ossido di alluminio e ceramiche a base di zirconio. Processi plasma spray consentono di ottenere rivestimenti termici con un campo di densità di 90-95% approssimativamente.

(3) Processi di rivestimento a combustione ad elevata velocità HVOF (HVOF, High Velocity Oxi-Fuel spraying). Questa tecnica è basata su torce di progettazione speciale, in cui una fiamma precedentemente compressa viene fatta espandere liberamente fino ad uscire' da un ugello della torcia, subendo in questo modo una notevole accelerazione del gas fino a velocità supersoniche. Inietando corretamente la polvere di alimentazione dal retro della torcia, concentricamente alla fiamma, le particelle sono anche esse soggette a velocità così elevate da raggiungere valori supersonici. A seguito dell’impato con il substrato, le particelle si distribuiscono molto finemente ed aderiscono molto bene al substrato stesso ed alle altre particelle che urtano sul substrato nelle zone adiacenti, producendo un rivestimento molto aderente e denso. Processi di rivestimento HVOF consentono di ottenere rivestimenti termici con un campo di densità superiore al 95% approssimativamente.

(4) Processi di rivestimento a combustione ad elevata velocità HVOF in atmosfera protetta. Si tratta di processi di rivestimento a combustione ad elevata velocità HVOF eseguiti con una barriera di gas e/o una barriera meccanica o fìsica posizionata attorno al processo di spruzzatura al fine di ridurre l’ingresso di aria nel sistema ed in tal modo di ridurre l’ossidazione delle particelle che vengono spruzzate. Le velocità del gas e delle particelle vengono considerevolmente aumentate all’ interno della camera a pressione ridotta. In questo modo viene ottenuto un deposito con densità superiore. Processi di rivestimento HVOF in atmosfera protetta consentono di otenere rivestimenti termici con un campo di densità superiore al 95% approssimativamente.

Considerando i processi di rivestimento per proiezione termica (“thermal spray”) sopra elencati nell’ordine da 1 a 5, al crescere della velocità delle particelle fuse, il costo del processo si raddoppia o triplica. Pertanto, mentre sarebbe ideale impiegare sempre' le velocità più elevate ed i rivestimenti con densità più elevata, ciò non è sempre praticabile. Rivestimenti estremamente densi possono essere molto sollecitati o stressati, poiché essi hanno forti legami interconnettivi. Le forze di coesione tra le particelle del rivestimento possono essere più elevate delle forze di adesione che legano il rivestimento al substrato, ed il rivestimento può subire un distacco di legame, ovvero distaccarsi dal substrato.

Inoltre, i processi di qualità superiore, plasma spray e HVOF, producono rivestimenti con la qualità prevista solo quando vengono eseguiti in condizioni estremamente controllate, quali quelle ottenibili in impianti di produzione od in laboratorio, come trattato in precedenza.

Un ulteriore fattore che influenza la qualità dei rivestimenti ottenuti per proiezione termica consiste nella geometria del substrato. I processi di rivestimento per proiezione termica di elevata potenza, plasma spray e HVOF, producono rivestimenti di elevata qualità, densi solo quando il flusso di particolato dì proiezione termica urta la superficie del substrato ad un angolo sostanzialmente perpendicolare. Tali angoli di deposizione non sono normalmente possibili negli inceneritori, che presentano superficie con forme irregolari in corrispondenza di raccordi , scambiatori di calore, o di zone saldate attorno ai tubi di inceneritori.

Oltre alle considerazioni legate alla tecnica esecutiva, l’accesso alle superimi delle pareti interne degli inceneritori è fortemente limitato da costrizioni di spazio. Le attrezzature necessarie per applicare rivestimenti per spruzzatura termica (“thermal spray”) sono complesse e difficilmente posizionabili all’interno dell’ inceneritore. Le parti superiori delle pareti dellinceneritore possono essere raggiunte solamente posizionando le attrezzature su ponteggi. Molti impianti di rivestiménto “thermal spray” ad alta potenza sono troppo pericolosi per essere utilizzati in questo modo. Inoltre impianti di rivestimento “thermal spray” ad alta potenza producono vibrazioni. Tali vibrazioni possono essere pericolose qualora tali impianti vengano impiegati in un ambiente di lavoro chiuso o difficile da raggiungere.

Un processo di rivestimento che potesse essere facilmente riparato sarebbe estremamente utile in ogni situazione in cui un metallo si trovi esposto ad un ambiente estremamente corrosivo e di difficile accessibilità.

D’altro canto i rivestimenti thermal spray, benché forniscano un’elevata protezione, evidenziano effetti di corrosione e erosione dopo esposizione a condizioni di lavoro gravose. Non esiste attualmente una procedura di riparazione di routine ed efficace ma con costi contenuti per riparare rivestimenti thermal spray danneggiati o usurati, salvo la soluzione di rimuovere il rivestimento danneggiato e di ri-applicare un rivestimento completamente nuovo alla superficie. Questo processo è costoso e richiede tempi lunghi. Inoltre, l’unità di produzione in cui deve essere applicato un nuovo rivestimento thermal spray dovrà subire una chiusura per un a tempo prolungato durante il processo della nuova applicazione.

Un deposito di rivestimento thermal spray ideale ha una densità che si avvicina alla densità di una struttura metallica solida con la medesima composizione chimica del materiale che viene depositato per spruzzatura termica. Pertanto la densità di un rivestimento, come viene utilizzato nelle tecniche dei rivestimenti thermal spray e come specificato nel presente contesto, si riferisce al rapporto' tra la densità misurata del rivestimento stesso e la densità assoluta di un materiale solido perfetto della stessa composizione, espressa in percentuale.

Una contro-indicazione significativa e non eliminabile dei processi di rivestimento thermal spray consiste nella formazione di porosità o cavità nel rivestimento stesso, che determinano inevitabilmente densità del rivestimento inferiori al 100% ( ovvero densità del rivestimento che sono inferiori alla densità di un materiale solido corrispondente alla stessa composizione). La porosità è la causa più significativa di cedimenti del rivestimento.

Nel momento in cui le gocce fuse o le particelle derivanti dal processo di rivestimento thermal spray, note come particelle individuali di materiale proiettato per spruzzatura termica (“splats”), urtano la superficie del substrato, formano degli strati. Le porosità o cavità si formano tra questi strati o tra singoli “splats”.

Le porosità possono originarsi, tra l’altro, da ognuno dei seguenti eventi nel processo di rivestimento: ritiro del materiale a causa del raffreddamento da stato liquido; particelle intrappolate, non fuse o parzialmente fuse, che formano vuoti tra particelle adiacenti; cavità che rimangono non riempite da “splats”; insufficiente coesione tra “splats”; e separazione tra “splats”. E’ importante notare che . le porosità possono formare canali intercomunicanti che raggiungono direttamente il substrato sottostante dalla superficie esterna del rivestimento, consentendo, ad esempio, a molecole di gas corrosivo ed ossidante di attaccare direttamente il metallo di base. La porosità può pertanto distruggere la voluta resistenza a corrosione di un rivestimento.

Conseguentemente, esiste la necessità di un processo di rivestimento thermal spray che risolva il problema della porosità associato ai processi conosciuti di rivestimento per spruzzatura. Esiste inoltre la necessità di un processo di rivestimento thermal spray che produca un rivestimento con superiore resistenza a corrosione ed ossidazione.

I rivestimenti di alluminuri costituiscono un gruppo di rivestimenti protettivi che consente di ottenere resistenza a corrosione ed ossidazione. I rivestimenti di alluminuri sono basati su composti intermetallici formati quando il nichel, in una superlega a base di nichel, reagisce con alluminio depositato sulla superficie del substrato in modo da formare una fase ricca in alluminio nota come NiAl. Il composto NiA1 è caratterizzato da eccezionali proprietà di resistenza a corrosione ed è stabile e non reattivo. Di conseguenza, NiAl è un rivestimento consigliabile per ogni superficie in ambiente ostile.

In accordo a ciò , è uno scopo dell’ invenzione realizzare un rivestimento su un substrato che possa formare un migliore strato protettivo di NiAl.

E’ anche uno scopo dell’ invenzione realizzare un rivestimento che possa essere riparato con facilità.

La presente invenzione in generale fornisce un metodo per applicare un rivestimento su di un substrato, che soddisfa le esigenze esposte in precedenza. Uno strato metallico viene depositato a mezzo spruzzatura termica (“thermal spraying”). Lo strato metallico contiene una percentuale in peso di nichel di almeno l’8% circa. Lo strato depositato ha una densità media superiore a circa Γ80%. Uno strato di particolato in sospensione (definito “slurry”) viene depositato sopra lo· strato metallico. Lo strato “slurry” contiene uno o più pigmenti metallici contenenti alluminio diffondibile ed uno o più leganti liquidi inorganici. Lo strato “slurry” contiene una percentuale in peso di alluminio e/o lega di alluminio compresa tra circa il 10% e circa il 90%.

L’invenzione è inoltre mirata ad ottenere uno rivestimento multistrato su di un substrato, depositato secondo il processo descritto in precedenza.

Secondo un’altra realizzazione, viene fornito un metodo per riparare uno strato metallico contenente nichel che è stato depositato a mezzo spruzzatura termica (“thermal spraying”). Lo strato metallico contiene una percentuale in peso di nichel di almeno l8% circa. Lo strato depositato ha una densità media superiore a circa l’80%. Uno strato di particolato in sospensione (definito “slurry”) viene depositato sopra lo strato metallico. Lo strato “slurry” contiene uno o più pigmenti metallici contenenti alluminio diffondibile ed uno o più leganti liquidi inorganici. Lo strato “slurry” contiene una percentuale in peso di alluminio e/o lega di alluminio compresa tra circa il 10% e circa il 90%.

Il metodo della invenzione comprende in generale una prima deposizione su di un substrato, mediante un rivestimento a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”), di uno strato metallico che contiene una percentuale in peso di nichel (Ni) di almeno F8% circa. Lo strato metallico viene depositato fino ad uno spessore predeterminato che è efficace per rivestire il substrato. Lo strato metallico può essere depositato con una qualunque tecnica nota di rivestimento a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”). I processi di rivestimento a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”) meno costosi e meno complicati (processi a- combustione termica a filo , “flame spraying”) sono preferiti.

Uno strato di particolato in sospensione (“slurry”) viene successivamente formato sullo strato metallico con un qualunque metodo a ciò adatto, compresi spruzzatura, rullatura o verniciatura a pennello dello strato “slurry” sullo strato metallico. Lo strato “slurry” comprende un legante liquido inorganico e un pigmento metallico contenente alluminio. Lo “slurry” fornisce un rivestimento addizionale allo strato metallico depositato a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”) e si infiltra attraverso e riempie le porosità presenti nello strato metallico depositato a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”).

Il rivestimento dell’ invenzione può essere applicato ad una superficie soggetta ad un ambiente ad elevata temperatura, quale una superfìcie all’intemo di un inceneritore di rifiuti. Nel caso che il rivestimento ottenuto venga applicato ad una superficie di inceneritore soggetta a temperature inferiori a circa 450°C (842°F), la funzione del rivestimento consiste nel ridurre la corrosione e l’ossidazione del substrato sottostante. A temperature inferiori a circa 450°C (842°F), lo strato metallico e lo strato “slurry” rimangono intatti come strati distinti sul substrato.

A temperature superiore a circa 450°C-500 °C (842-932°F), l alluminio diffonde dallo “slurry” nello strato metallico, reagendo con il nichel presente nello strato metallico, e formando uno strato intermetallico composto da NiAl sullo superficie dello strato metallico. Come qui descritto, NiAl possiede proprietà fortemente desiderabili, e fornisce una protezione addizionale ad elevate temperature al substrato.

Il metodo della presente invenzione è generalmente applicabile ad ogni superficie che verrà sottoposta a temperature estreme o sostanze corrosive.

La presente invenzione fornisce un metodo relativamente semplice ed efficace con costi contenuti, che fornisce un rivestimento che può essere riparato in situ.

E’ desiderabile che lo strato metallico presenti una densità elevata, e pertanto una bassa porosità. In ogni caso, una delle importanti caratteristiche positive della invenzione consiste nel fatto che lo strato metallico può essere depositato utilizzando i, processi di rivestimento meno costosi, e con densità inferiore mediante spruzzatura termica (“thermal spray”), quali i processi a combustione termica a filo (“flame spraying”) e i processi per combustione ad arco elettrico (“are wire”). Non è necessario che siano utilizzati i più costosi processi di rivestimento a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”), quali i processi “plasma spray” ed i processi di rivestimento a combustione ad elevata velocità “HVOF”, poiché la presente invenzione fornisce una soluzione al problema della porosità nei rivestimenti ottenuti mediante spruzzatura termica (“thermal spray”).

Il metodo di rivestimento della presente invenzione può essere applicato a qualunque substrato che possa ottenere un beneficio dalla protezione da condizioni avverse di temperatura, chimiche o ambientali. In particolare, il substrato può presentarsi in forma di una parete quale la parete interna di inceneritori esposta a calore molto elevato e prodotti di combustione, nota come parete di caldaia sul lato fumi (“fireside wall”). Deve essere sottolineato' che il processo della presente invenzione può essere applicata, ed è utile su, ogni substrato che sia esposto a simili condizioni gravose. Lo strato depositato a mezzo spruzzatura tèrmica .(“thermal spray”) dovrebbe contenere una percentuale in peso di nichel di almeno l8% circa.

Va considerato che gli esperti nella tecnica apprezzerebbero il fatto che i rivestimenti “thermal spray” esistenti contenenti nichel possono essere utilizzati come strato metallico. Rivestimenti di superleghe resistenti a corrosione contenenti nichel sono materiali particolarmente adatti per essere utilizzati per formare lo strato metallico, a condizione che le leghe selezionate posseggano un contenuto di percentuale in peso di nichel di almeno l8% circa.

Secondo un’altra realizzazione preferita della presente invenzione lo strato metallico comprende anche un contenuto di percentuale in peso di cromo di almeno il 12% circa. Il cromo è conosciuto per possedere proprietà desiderabili di resistenza a corrosione ed erosione, ed è stato inserito nella formulazione di diverse superleghe.

Rivestimenti accettabili di superleghe depositati a mezzo “thermal spray” comprendono, per esempio, le seguenti superleghe commercialmente disponibili :

Le superleghe elencate nella tabella precedente sono disponibili sotto il marchio commerciale ivi riportato e con altri marchi commerciali. Altre superleghe che contengono una percentuale in peso di Nichel di almeno l8% circa ed una percentuale di Cromo in peso di almeno il 12% circa sono note agli esperti nel ramo e possono essere selezionate per la realizzazione della presente invenzione.

I rivestimenti depositati per spruzzatura termica (“thermal spray”) sono stati combinati con miscele “slurry” per formare tenute abradibili. Queste tenute sono applicate a turbomacchine per mantenere il gioco tra le palette rotanti e la struttura circostante. Per esempio, il brevetto US No. 5.024.884 di Otfinoski descrive una tenuta abradibile di questo tipo. Una tenuta abradibile deve ridursi in frammenti e scomparire quanto entra in contatto con le parti rotanti che vengono fatte ruotare ad elevata velocità. Pertanto uno strato di rivestimento depositato per spruzzatura termica (“thermal spray”), se utilizzato come tenuta abradibile, deve avere una densità compresa tra circa l2%-40% quando depositato, come descritto da Otfinoski nel qui citato brevetto sulle tenute abradibili. A questi valori di densità, la tenuta abradibile verrà ridotta in frammenti e degraderà quando entrerà in contatto.

Al contrario di una tenuta abradibile, lo strato metallico della presente invenzione non deve ridursi in frammenti e scomparire, neppure sotto condizioni operative estremamente gravose. Conseguentemente, lo strato metallico della presente invenzione deve essere depositato con una densità media in generale superiore all’ 80% circa, con una corrispondente porosità non superiore al 20% circa, al fine di realizzare con efficacia una barriera contro la corrosione e l’ossidazione. Tenute abradibili non possono essere utilizzate come rivestimenti efficaci per prevenire la corrosione e l’ossidazione.

Un pregio della presente invenzione consiste nel fatto che, una volta che lo strato metallico è depositato a mezzo “thermal spray”, non deve essere eseguito nessun trattamento speciale, quali sabbiatura o pulitura, di preparazione dello strato metallico. Lo strato metallico può rimanere sostanzialmente ruvido, senza che ciò vada a detrimento del processo di rivestimento qui descritto. Lo strato metallico è depositato mediante “thermal spray” fino a che viene depositato uno spessore precedentemente selezionato. Lo strato metallico deve essere depositato fino ad imo spessore compreso nell’intervallo di 150-1600 pm circa.

Lo spessore selezionato per lo strato metallico verrà variato in funzione del processo “thermal spray” e delTimpianto scelto per depositare lo strato metallico stesso. Per esempio, per processi di combustione termica “flame spraying”, lo strato metallico dovrebbe essere depositato fino ad uno spessore di 200-600 pm circa. Lo spessore selezionato dipenderà anche dall’utilizzo finale e dal’ambiente in cui opera il substrato.

Una volta che lo strato metallico è stato opportunamente depositato, uno strato di particolato in sospensione (“slurry”) viene depositato sullo strato metallico, mediante spruzzatura, rullatura, o verniciatura a pennello, o qualunque altro metodo simile. Un altro significativo vantaggio della presente invenzione, consiste nel fatto che la fase di deposizione dello strato “slurry” può essere eseguito in modo semplice ed economico, utilizzando strumenti non costosi. Lo strato “slurry” non deve essere depositato con precisione impegnativa. Pertanto,' il processo della presente invenzione può essere semplicemente eseguito in spazi che sono difficili o non confortevoli da raggiungere, quali l’intemo di un inceneritore. Lo strato “slurry” viene inoltre applicato facilmente a superfici con forme irregolari, quali raccordi o zone saldate attorno a tubi di inceneritori.

Lo strato “slurry” comprende un legante liquido inorganico ed un pigmento metallico. Il legante liquido inorganico non dovrebbe essere volatile o decomporsi sotto le condizioni di lavoro gravose a cui verrà esposto. Leganti che sono appropriati per l’utilizzo come componenti di strati “slurry” comprendono, ma non sono limitati a, i seguenti:

(1) fosfati/dicromati acidi oppure fosfati/molìbdati acidi; (2) fosfati acidi, quale i fosfati acidi esemplificato dal brevetto US No. 5.478.413 di Mosser e altri, la cui intera descrizione viene qui integralmente incorporata come riferimento;

(3) silicati alcalini;

(4) polisilicati di litio;

(5) silicati quaternari;

(6) silice colloidale;

(7) silicati di alchili;

(8) silossani;

Esempi di tipologie di “slurry” di fosfato/dicromato acido oppure fosfato/molibdato acido sono fomiti dal brevetto US No.3,248,251 di Alien, la cui intera descrizione viene qui incorporata come referimento. Alien descrive composizioni che consistono essenzialmente in uno “slurry” di materiale di pigmento in forma di particolato solido inorganico (quale alluminio) in soluzione acida acquosa legante che contiene cromato metallico, dicromato, o molibdato dissolti. Questi rivestimenti “di Alien” sono stati e sono tuttora utilizzati con successo per produrre rivestimenti di alta qualità che proteggono superfici di leghe metalliche a base di ferro da corrosione ed ossidazione, in particolare ad elevate temperature.

I silicati alcalini sono soluzioni di silicati di sodio e potassio con differenti valori di rapporto M2O/SÌO2 dove M rappresenta il sodio od il potassio. Queste soluzioni sono alcaline e possono essere indurite in aria o trattate in aria, sovente senza riscaldamento.

Polisilicati di litio sono simili ai silicati alcalini, ma con un comportamento più simile alla silice colloidale. Anche questi leganti verranno trattati in aria.

I silicati quaternari hanno la formula R4N<+>SiO3, dove R appartiene tipicamente al gruppo degli alchili a catena corta. Questi leganti si induriscono o cambiano in rivestimenti di Si02.

Gli alchilsilicati quali l’ortosilicato di tetraetile possono essere utilizzati. Questi sono tetraetossisilani che idrolizzano per formare silici idrate.

Anche silossani (siliconi) possono essere utilizzati come leganti. La porzione organica della catena dei silossani si decompone a varie temperature al di sopra di circa 200°C, lasciando “scheletri” Si02.

Ognuno dei leganti elencati in precedenza possiede le caratteristiche necessarie per adeguate prestazioni nella presente invenzione. Ogni legante consente ai pigmenti contenuti di diffondere nello strato metallico quando la temperatura raggiunge circa 500°C (932°F).

II pigmento metallico comprende alluminio, tipicamente in forma di polvere. Polvere di alluminio atomizzato viene comunemente impiegata come componente di “slurries”. La dimensione delle particelle non è critica per le prestazioni della polvere di alluminio utilizzata nell’ invenzione descritta.

Anche polveri di leghe d’alluminio possono essere utilizzate. Un esempio di una lega d’alluminio è la polvere 88/12 alluminio/silicio (eutettico). Aggiunte di silicio (come elemento) sono consigliabili fino al 20% circa del contenuto di alluminio. Con “pigmenti metallici contenenti alluminio” si intende un pigmento metallico comprendente alluminio e/o una lega d’alluminio.

La quantità d’alluminio come pigmento metallico nello strato “slurry”, sia in forma di polvere sia come lega d’alluminio, può variare da circa il 10% fino a circa il 90% in peso del contenuto totale dello strato “slurry” (peso del pigmento metallico più peso del legante liquido inorganico) ed è preferibilmente compreso in un gamma da circa il 40% a circa l’80% in peso. La gamma è più preferibilmente contenuta da circa il 55% a circa il 70% e lo è ancora di più da circa il 58% a circa il 62%.

Lo spessore dello strato “slurry” può essere adattato in modo da adeguarsi a “slurries” con quantità di alluminio diverse. Nel caso di “slurries” con una concentrazione inferiore di alluminio (per esempio 10% di alluminio), uno strato “slurry” di maggior spessore sarebbe richiesto per ottenere un adeguato rivestimento protettivo e per fornire una quantità di alluminio necessaria a formare uno strato intermetallico di NiAl a temperature elevate, come descritto. Lo spessore dello strato “slurry” dovrebbe preferibilmente essere almeno 25 micron (lmil), più preferibilmente da circa 50 a circa 200 micron (2-8 mils) e ancor più preferibilmente da circa 75 a circa 150 micron (3-6 mils).

L’ alluminio nello strato “slurry” dovrebbe essere diffusibile, ovvero in grado di diffondere entro le porosità dello strato metallico e reagire con il nichel dello strato metallico ad elevate temperature, per esempio a temperature maggiori di approssimativamente 500 °C (932°F), allo scopo di formare uno strato intermetallico di NiAl.

Esempi di “slurries” adatti per l’utilizzo nella presente invenzione contenenti polvere di alluminio comprendono: i vari “slurries” preparati secondo il brevetto U.S. No. 3.248.251 di Alien, in particolari gli esempi 2, 3, 7, 9, 10, 12 e 14 ivi riportati; gli “slurries” descritti nel brevetto U.S. No.

3.869.293 (Brumbaugh), che contiene un pigmento metallico Al/Mg; gli “slurries” dei brevetti U.S. No. 4.537.632 e No. 4.606.967, che contengono polvere in particelle sferiche d’alluminio; e gli “slurries” dei brevetti U.S. No. 4.617.056 (Mosser ed altri), No. 4.659.613 (Mosser ed altri) e No.

4.863.516 (Mosser ed altri), tutti contenenti composizioni di alluminio atomizzato e/o in lamelle. Le descrizioni dei brevetti sopramenzionati sono tutte qui incorporate come riferimento nella loro integrità.

E’ inoltre contemplato che uno “slurry” senza cromato possa formare lo strato “slurry” della presente invenzione. Adatti “slurries” senza cromati sono descritti nei brevetti U.S. No. 5.478.413 (Mosser ed altri), No.

5.652.064 (Mosser ed altri) e No. 5.803.990 (Mosser ed altri), le cui integrali descrizioni sono qui incorporate come riferimento.

Lo strato “slurry” viene depositato sopra lo strato metallico thermal spray ruvido e poroso. Il liquido legante è parzialmente assorbito nei pori dello strato metallico. Il legante formerà un fosfato o una silice quando lo strato “slurry” viene depositato sullo strato metallico,· a seconda della formulazione del legante utilizzato. Sia fosfati che silici si legano alle superfici metalliche ossidate, che sono normalmente presenti nei rivestimenti thermal spray. II rivestimento “slurry” trattato forma uno strato superficiale liscio, diminuendo ulteriormente la reazione e l’incrostazione. E’ ben noto nella tecnica che gli “slurries” contenenti alluminio come quelli descritti nel brevetto U.S. No. 3.248.251 di Alien, possono essere trattati mediante riscaldamento, in modo tale che gli “slurries” perdano acqua. Lo “slurry” trattato è tipicamente non solubile in acqua. “Slurries” contenenti alluminio possono essere trattati per riscaldamento a temperature di circa 300-350°C (572-662°F) per circa 1 ora; 250°C (482°F) per circa 4 ore; oppure 190°C (374°F) per circa 20 ore. Come qui notato, gli “slurries” contenenti silicati di alcali e polisilicati di litio possono indurire all’aria senza necessità di un trattamento termico.

Tuttavia la presente invenzione non richiede che lo strato “slurry” debba essere trattato con una fase separata di riscaldamento. Lo strato “slurry” dell’invenzione dovrà tipicamente essere depositato in un ambiente soggetto a calore estremo, quale la zona di combustione di un inceneritore. E’ preferibile che Io strato “slurry” sia depositato in un ambiente a bassa umidità, in modo da impedire che lo “slurry” si ribagni durante il processo di deposizione. Una volta che lo “slurry” è depositato, l’inceneritore può essere messo in funzione, e l’elevata temperatura di esercizio dell’ inceneritore farà reagire rapidamente lo “slurry”.

A causa della porosità dei rivestimenti thermal spray, come sopra descritto, lo strato metallico depositato agisce come una spugna, che assorbe lo strato “slurry” entro i pori. Pertanto l alluminio fluisce dallo “slurry” entro i pori dello strato metallico e li riempie. Ciò crea un rivestimento che non è affetto dai problemi di porosità normalmente associati all’ applicazione di rivestimenti thermal spray.

Significativamente la composizione formata dal processo della presente invenzione fornisce un valido rivestimento se utilizzata in un ambiente ad elevata temperatura. A temperature superiori, approssimativamente sopra 500°C (932°F) si ritiene che lalluminio inizierà a diffondere dallo “slurry” nel rivestimento thermal spray, formando uno strato di diffusione (intermetallico) di NiAl.

La fase intermetallica NiAl si formerà quando lalluminio nello strato “slurry” diffonde nel nichel dello strato metallico. La struttura NiAl può essere ipostechiometrica o iperstechiometrica , ma manterrà la struttura NiAl. Come notato, alluminuri, quali NiAl, sono resistenti al degrado ad alta temperatura e vengono pertanto preferiti per rivestimenti protettivi. Lo strato di diffusione di NiAl formato ad alte temperature possiede eccezionali proprietà di resistenza alla corrosione. E’ continuo, stabile, non reattivo ed ha un punto di fusione molto elevato. La lega NiAl formata è estremamente dura e termodinamicamente stabile, il che costituisce un importante vantaggio in ambiente ostile. Inoltre lo strato di diffusione NiAl resiste all’ossidazione ed alla corrosione a caldo, formando una scaglia aderente protettiva. Come trattato nel seguito, è stato riscontrato che il NiAl non verrà bagnato dalla cenere fusa volante.

Il processo della presente invenzione è qui descritto come un rivestimento applicato alla parete sul lato dei fumi di un inceneritore. Tuttavia va sottolineato che il processo non è così limitato nella sua applicazione, bensì può trovare impiego in qualunque industria dove superimi possano essere esposte a temperature estreme e sostanze nocive.

Il processo della presente invenzione può essere inoltre utilizzato per riparare uno strato di rivestimento thermal spray precedentemente depositato. Se uno strato di rivestimento thermal spray che soddisfi i requisiti dello strato metallico della presente invenzione è stato precedentemente depositato sopra un substrato, uno strato “slurry”, come qui descritto, può essere depositato sopra lo strato precedentemente depositato. Ciò consente la formazione del perfezionato rivestimento multistrato dell’ invenzione.

Se un rivestimento thermal spray precedentemente depositato mostra segni di danneggiamento, quali cricche o distacco, il rivestimento può essere riparato depositando un rivestimento thermal spray addizionale solo sulle aree danneggiate. Uno strato “slurry” può essere successivamente depositato sopra il rivestimento thermal spray riparato. Pertanto non è necessario rivestire di nuovo completamente un intero inceneritore, come precedentemente richiesto utilizzando solamente tecniche di rivestimento thermal spray. Secondo questa realizzazione dell’invenzione, uno strato metallico di rivestimento thermal spray precedentemente depositato può essere riparato in un modo, mai considerato finora, semplice ed efficace con costi contenuti.

I seguenti esempi non limitativi sono intesi ad illustrare la messa in pratica dell’invenzione. Gli esempi sono basati su inceneritori rivestiti conformemente alla presente invenzione:

ESEMPIO 1

Il processo di rivestimento di una superficie secondo la presente invenzione è stato applicato su di un inceneritore di rifiuti a grata mobile. L’inceneritore comprendeva una grata mobile, che viene riscaldata dalla fiamma di un gas naturale. Il rifiuto viene iniettato sulla grata mobile e bruciato. La capacità di incenerimento deirimpianto era di 250.000 kg/giomo di rifiuti domestici e industriali.

La presenza di plastica vinilica e di altri materiale derivati dal cloro produce acido cloridrico in forma di gas HC1 e cloro CI2, unitamente a SOx e NOx gassosi.

Materiali refrigeranti contenenti fluoro in varie forme possono anche essere presenti. Il processo di combustione di questi gas produce HF gassoso. Vengono inoltre prodotte significative quantità di cenere fusa. Conseguentemente la superficie della parete dell’ inceneritore esposta a gas caldi ed a cenere deve affrontare condizioni particolarmente gravose, con gravi problemi di corrosione.

Un inceneritore di questo tipo, se lasciato non rivestito, subisce in media una perdita di spessore della parete da 0.5 mm a 0.7 mm / anno (0.019-0.028 pollici/anno) a causa della corrosione.

La parete irraggiata dell’ inceneritore (“firewall”) era a forma di pettine , con le pareti formate da tubi verticali in acciaio impilati, che conducevano acqua come mezzo di scambio termico. L’energia viene recuperata dalla camera di combustione dell 'inceneritore attraverso lo scambio termico con l’acqua nei tubi. Questa configurazione è nota come parete ad acqua (“waterwall”). Ogni sezione di tubo a pettine della· parete aveva un diametro approssimativamente di 100 mm (4 pollici). Le sezioni dei tubi erano unite con saldature. Pertanto le sup ertici che necessitavano di un rivestimento avevano una forma irregolare, come nel caso di molti inceneritori esistenti. Le attuali tecniche di rivestimento “thermal spray”, che sono molto efficaci in condizioni ideali, come ad esempio nel rivestire superfici piane, in questo ambiente non sono praticabili né efficaci.

La parete “waterwall” si estendeva approssimativamente per ISm (49,2 piedi) dalla base dell’unità. Questa parete era larga 7m (23 piedi). Una parte della parete del cielo della caldaia comprendeva una struttura a tubi, che si estendeva per 3,5m (11,5 piedi). La zona soggetta all’attacco corrosivo consiste negli 8m (26,3 piedi) superiori della parete (“waterwall”), così come la parete del cielo. E’ necessario che l’operatore, per applicare il rivestimento sulla parte superiore della parete, stia su un ponteggio. Ciò non è possibile se si utilizzano impianti di thermal spray funzionanti con alti livelli di vibrazione o rumore.

Il tasso di corrosione è più elevato in corrispondenza della sommità della struttura e diminuisce scendendo verso il basso. Nell’area critica le temperature medie dei fumi si aggirano intorno a 950°C (1742°F) e la temperatura dell’acqua nei tubi raggiunge 280°C (536°F).

I tubi che formano la parete “waterwall” erano realizzati in acciaio al carbonio. In passato il cedimento della parete in tali strutture è avvenuto a causa del consumo del metallo per corrosione o ossidazione. Il consumo aumenta a causa dell’attacco da cenere fusa. I depositi di cenere, che sono ancora allo stato fuso sulla superficie del tubo, si raffreddano e vengono rimossi dall’ambiente corrosivo. I depositi di cenere travati verso il basso indicano che, quando la cenere e la scaglia vengono erose via, il metallo del tubo si riduce sempre più insieme ai prodotti di corrosione.

L’area totale da rivestire misurava approssimativamente 81mq (871,4 piedi quadrati), inclusi gli 8m (26,3 piedi) in altezza della parete “waterwall” e la parete del cielo.

La parete dell’ inceneritore era stata preparata mediante sabbiatura della superficie con corindone rosso di granulometria 40 mesh (420 pm). Uno strato di rivestimento thermal spray in superlega è stato applicato utilizzando una pistola termica a combustione di fiamma, con alimentazione a filo. Il rivestimento thermal spray in superlega utilizzato era IN625. La composizione chimica dell’IN625 è:

Il rivestimento in superlega era stato applicato alla zona del trattamento fino ad uno spessore di 600 pm (0,024 pollici).

Uno strato “slurry” era stato depositato sopra il rivestimento “thermal spray”. Lo strato “slurry” era stato formato depositando uno “slurry” disponibile commercialmente, distribuito sotto il marchio registrato Sermetel W (Sermatech International Ine., Limerick, PA, USA). Il rivestimento Sermetel W è composto da polvere di alluminio e materiale acquoso contenente fosfato e dicromato dissolti, secondo le istruzioni del brevetto di Alien, precedentemente riportato.

Non è stata necessaria alcuna preparazione speciale dello strato metallico prima della applicazione dello “slurry”. Lo “siurry” era stato applicato mediante verniciatura a spruzzo con uno schema di distribuzione ad area estesa. Lo “slurry” era stato trattato termicamente riscaldando l’area della camera di combustione ad una temperatura di 260 °C (500°F) per diverse ore con riscaldatori industriali. Lo “slurry” era stato applicato fino ad uno spessore di circa 50-70 μm.

L’inceneritore era stato quindi messo in servizio in condizioni normali e sottoposto ad ispezione dopo 6 mesi. L’ispezione rivelò i seguenti risultati: 1. Sulla zona superiore della parete “waterwall” (circa i 2m superiori, 6,56 piedi), dove la cenere depositata si presenta tipicamente allo stato fuso o semi-fuso, è stato trovato sui tubi un deposito spesso di cenere. In questa zona le temperature dei fumi raggiungono approssimativamente 950-1070°C (1742-1958°F). In fase di ispezione il rivestimento “slurry” non potè essere riscontrato. Ciò nonostante, sotto il deposito di cenere, il deposito metallico thermal spray non mostrava alcuna evidenza di attacco da cenere fusa e lo spessore del deposito thermal spray non era stato ridotto di una quantità misurabile. Si ritiene che il pigmento di alluminio si sia diffuso dallo “slurry” verso l’interno dello strato thermal spray e che la matrice ceramica residua si sia erosa dalla superficie. In fase di ispezione dopo 6 mesi di utilizzo, la zona superiore rivestita dell’Esempio 1 evidenziò un deposito superficiale di cenere, senza alcuna perdita di materiale del rivestimento thermal spray sottostante.

2. Nella zona inferiore della parete “waterwall” il rivestimento “slurry” era ancora intatto. Non vi era alcun deposito di cenere. In questa regione inferiore, la temperatura dei fumi e dei gas è inferiore a 850°C (1562°F). Normalmente, quando sono stati utilizzati solamente depositi di rivestimento metallico thermal spray per rivestire la parete dell’ inceneritore, il rivestimento nella regione inferiore presenta distacchi, ad esempio negli angoli o dove i tubi sono saldati insieme. E’ un dato significativo che, utilizzando il metodo di rivestimento della presente invenzione, in fase di ispezione dopo 6 mesi di utilizzo, non venne riscontrato alcun cedimento del rivestimento in questa regione.

ESEMPIO 2

Nello stesso inceneritore descritto all 'Esempio 1 sopramenzionato, una sezione di 1 metro quadro (10,8 piedi quadrati) della parete “watenvall”, era stato sigillato con un rivestimento, conformemente al metodo della presente invenzione nel modo seguente:

Uno “slurry” di alluminio legato da fosfato era stato applicato a spruzzo sopra ad un primo strato di rivestimento di EN625 depositato mediante thermal spray a filo. Lo “slurry” di alluminio utilizzato era sostanzialmente di composizione simile a quello dell’Esempio 2 del brevetto U.S. No.

5.478.413. Come nell’Esempio 1 sopramenzionato, lo “slurry” era stato trattato riscaldando la camera dell’ inceneritore mediante riscaldatori industriali.

In fase di ispezione dopo 6 mesi di utilizzo, la regione rivestita dell’Esempio 2 evidenziò un deposito superficiale di cenere, senza alcuna perdita di materiale del rivestimento thermal spray sottostante.

ESEMPIO 3

Un’altra càmera di combustione di inceneritore fu rivestita come nell’Esempio 1 sopramenzionato. Un rivestimento thermal spray di IN625 era stato depositato utilizzando un processo di combustione a filo, fino ad uno spessore di circa 600 μm (0,024 pollici). Sopra il deposito di rivestimento thermai spray era stata applicata una soluzione di silicato di potassio con pigmento di alluminio, avente un contenuto non volatile di circa 55%, essendo circa l80% del contenuto non volatile alluminio atomizzato in polvere con dimensione media di particelle di 5-6 μm. Lo “slurry” era stato applicato mediante spruzzatura in modo tale da consentirgli di penetrare nel rivestimento thermai spray. La spruzzatura dello “slurry” era proseguita fino a quando la superficie era completamente bagnata con il rivestimento.

Il rivestimento di silicato era stato lasciato indurire in aria per 24 ore. L’inceneritore era stato quindi rimesso in funzione.

ESEMPIO 4

Una camera di combustione di un inceneritore con una disposizione di tubi della parete “waterwall” simile a quella dell’Esempio 1 era stata rivestita con un rivestimento thermai spray di lega IN625 utilizzando un processo di rivestimento a combustione ad elevata velocità HVOF (HVOF, High Velocity Oxi-Fuel spraying). Il rivestimento era stato applicato fino ad uno spessore di 500-600 pm (0,020- 0,024 pollici). Nessuno “slurry” era stato applicato sopra al deposito di rivestimento “thermai spray”.

Dopo 12 mesi di funzionamento il rivestimento evidenziò cedimenti e cricche nelle zone di raccordo. Un distacco significativo era stato evidenziato nelle zone con spessore di rivestimento più elevato, quali quelle in cui numerose passate di rivestimento thermai spray erano state sovrapposte, e nelle aree di difficile accesso, quali gli angoli o le pareti del cielo.

Il rivestimento era stato riparato mediante una sabbiatura della superficie rivestita thermal spray con un abrasivo composto da gusci di noce macinati per rimuovere cenere e prodotti ceramici dalla superficie, seguita da una successiva sabbiatura con corindone di granulometria 60 mesh (250 μm) per rimuovere particelle staccate del rivestimento thermal spray.

In quelle zone dove la criccatura era evidente, IN625 era stato riapplicato localmente mediante spruzzatura termica con processo di combustione a filo.

Uno “slurry” come quello descritto all’Esempio 1 era stato applicato all’intera area dove era presente il deposito di rivestimento thermal spray e quindi trattato mediante l’acqua calda circolante nello scambiatore di calore ad una temperatura di circa 220 °C (428°F).

ESEMPIO 5

Un’altra sezione di un inceneritore che può trarre beneficio dal metodo di rivestimento della presente invenzione è il surriscaldatore. La sezione del surriscaldatore di un inceneritore di rifiuti consiste in una serie di tubi curvati e distanziati. Il surriscaldatore aumenta la temperatura dell’acqua preriscaldata 260°C (500°F) nella parete waterwall a fino a circa 550°C (1022°F), esponendo ulteriormente l’acqua stessa ai gas esausti, che fluiscono verso il basso. I gas di scarico raggiungono temperature di 740°C (1364°F). La cenere fusa e la corrosione a caldo mista, a bassa ed alta temperatura, determinano il cedimento dei tubi per effetto di erosione e corrosione. '

I tubi del surriscaldatore sono realizzati in acciaio basso legato e vengono normalmente sostituiti ogni tre mesi. L’impianto di incenerimento subisce un tasso di corrosione dei tubi (perdita dello spessore di parete) di circa 2 mm ogni 3 mesi nella sezione del surriscaldatore.

Sezioni dei tubi del surriscaldatore furono rivestite utilizzando tre diverse tecniche. La prima sezione era stata rivestita con Sennetel 725 (Sermatech International, Ine., Limerick, PA, U.S.A.). Sermetel 725 contiene Sennetel W, uno “slurry” contenente alluminio tipo Alien come sopra descritto, al quale viene applicato un sigillante ceramico. Il Sennetel 725 era stato applicato fino ad uno spessore di circa 50-75 pm.

Una seconda sezione fu spruzzata termicamente HVOF con Hastelloy® C-22, una superlega contenente nichel e cromo.

Una terza sezione fu spruzzata a filo con IN625, come sopra descritto, e quindi rivestita con Sennetel 860 (Sermatech International, Ine., Limerick, PA, U.S.A.), imo “slurry” contenente alluminio tipo Alien e silicio, conformemente alla presente invenzione. Il Sermetel 860 fu applicato fino ad uno spessore compreso tra 75 e 150 pm circa. Il rivestimento fu trattato e quindi diffuso, ponendo la sezione rivestita in un forno e riscaldandola fino a circa 860°C (1600°F) per circa 2 ore in corrente di argon. Dopo il ciclo di riscaldamento di 2 ore, la temperatura fu abbassata a < 500°C e la sezione del surriscaldatore fu raffreddata.

Dopo 2 mesi i campioni erano stati sottoposti ad ispezione. La sezione rivestita con Sennetel 725 stava subendo corrosione al tasso previsto per racciaio. La sezione rivestita thermal spray con Hastelloy C-22 stava reagendo con scaglia di ossido e stava iniziando a dare segni di cedimento. Risulta significativo che la sezione, rivestita con IN625 e Sermetel 860, conformemente alla presente invenzione, non presentò alcun segno di reazione né alcuna perdita di rivestimento misurabile.

E’ sottinteso che la presente invenzione non è limitata ai particolari aspetti incorporati qui indicati e descritti, ma che vari cambiamenti e modifiche possono essere apportati senza scostarsi dallo scopo e dal campo dell 'invenzione.

Claims (22)

1. RIVENDICAZION 1. Un metodo per rivestire un substrato comprendente le fasi di : a. deposizione su di un substrato di uno strato metallico mediante spruzzatura termica (“thermal spray”), detto strato metallico che comprendendo una percentuale in peso di nichel di almeno l’8% circa, detto strato metallico che abbia una densità media superiore a l80% circa; e b. deposizione di uno strato di particolato in sospensione (“slurry”) sullo strato metallico, detto strato slurry comprendendo uno o più pigmenti metallici contenenti alluminio diffusibile e uno o più leganti liquidi inorganici, detto strato slurry comprendendo una percentuale in peso da circa il 10% a circa il 90% di alluminio o lega dello stesso.
2. 2. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 1, in cui lo strato slurry comprenda una percentuale in peso da circa 40% a circa 80% di alluminio o lega dello stesso.
3. 3. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 2, in cui Io strato slurry comprende una percentuale in peso da circa il 55% a circa il 70% di alluminio o lega dello stesso.
4. 4. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 1 , in cui lo strato metallico comprende una lega con percentuale in peso di nichel da circa il 20% a circa l80%.
5. 5. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 1, in cui il legante liquido inorganico è scelto dal gruppo consistente in fosfati/dicromati acidi, fosfati/molibdati acidi, fosfati acidi, silicati alcalini, polisilicati di litio, silicati quaternari, silice colloidale, alchil silice,’ silossani e combinazioni degli stessi.
6. 6. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 1, comprendente inoltre la fase di riscaldamento di detto strato metallico e di detto strato slurry fino a una temperatura sufficiente ad ottenere la diffusione dell’ alluminio dallo strato slurry entro lo strato metallico e la formazione di uno strato intermetallico NiAl sulla superficie dello strato metallico.
7. 7. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 1 , in cui lo strato metallico comprende inoltre una percentuale in peso di cromo di almeno il 12% circa.
8. 8. II metodo di rivestimento della rivendicazione 7, in cui lo strato metallico comprende inoltre una percentuale in peso di cromo dal 12% circa al 25% circa.
9. 9. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 1, in cui il substrato è un componente di un inceneritore.
10. 10. Un metodo per riparare uno strato metallico contenente nichel che sia stato depositato a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”), detto strato metallico comprendendo una percentuale in peso di nichel di almeno 8%, ed avendo una densità media superiore a l80% circa, tale metodo comprendendo le fasi di: a deposizione di uno strato di particolato in sospensione (“slurry”) sullo strato metallico, detto strato slurry comprendendo uno o più pigmenti metallici contenenti alluminio diffusibile e uno o più leganti liquidi inorganici, detto strato slurry comprendendo una percentuale in peso da circa il 10% a circa il 90% di alluminio o lega dello stesso, e b trattamento di detto strato slurry per formare un rivestimento su detto strato metallico contenente nichel.
11. 11 . Il metodo di rivestimento della rivendicazione 10, in cui lo strato slurry comprende una percentuale in peso da circa il 40% a circa Γ80% di alluminio o lega dello stesso.
12. 12. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 11, in cui lo strato slurry comprende una percentuale in peso da circa il 55% a circa il 70% di alluminio o lega dello stesso.
13. 13. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 10, in cui il legante liquido inorganico è scelto dal gruppo consistente in fosfato/dicromati acidi, fosfato/molibdati acidi, fosfati acido, silicati alcalini, polisilicati di litio, silicati quaternari, silice colloidale, alchil silice, silossani e combinazioni degli stessi.
14. 14. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 10, comprendente inoltre la fase di riscaldamento di detto strato metallico e di detto strato slurry fino a una temperatura sufficiente ad ottenere la diffusione dell’ alluminio dallo strato slurry entro lo strato metallico e la formazione di uno strato intermetallico di NiAl sulla superficie dello strato metallico.
15. 15. Il metodo di rivestimento della rivendicazione 10, in cui lo strato metallico contenente nichel che viene riparato è contenuto in un inceneritore.
16. 16. Un rivestimento multistrato su un substrato formato da : a. deposizione su di un substrato di uno strato metaliico a mezzo spruzzatura termica (“thermal spray”), detto strato metallico comprendendo una percentuale in peso di nichel di almeno l’8% circa e di cromo di ameno il 12% circa, detto strato metallico avendo una densità media superiore a l80% circa; e b. deposizione di uno strato di particolato in sospensione (“slurry”) sullo strato metallico, detto strato slurry comprendendo uno o più pigmenti metallici contenenti alluminio diffusibile e uno o più leganti liquidi inorganici, detto strato slurry comprendendo una percentuale in peso da circa il 10% a circa il 90% di alluminio o lega dello stesso.
17. 17. Il metodo di rivestimento multistrato in accordo alla rivendicazione 16, in cui lo strato slurry comprende una percentuale in peso da circa il 40% a circa l’80% di alluminio o lega dello stesso.
18. 18. Il metodo di rivestimento multistrato in accordo alla rivendicazione 17, in cui il pigmento metallico comprende una percentuale in peso da circa il 55% a circa il 70% di alluminio o lega dello stesso.
19. 19. II rivestimento multistrato in accordo alla rivendicazione 16, in lo strato metallico è una lega che comprende una percentuale in peso di nichel dal 20% circa all’ 80% circa e di cromo dal 12% circa al 25% circa
20. 20. Il rivestimento multistrato in accordo alla rivendicazione 16, in cui il legante liquido inorganico è scelto dal gruppo consistente di fosfati/dicromati acidi, fosfati/molibdati acidi, fosfato acidi, silicati alcalini, polisilicati di litio, silicati quaternari, silice colloidale, alchil silice e silossani.
21. 21. Il rivestimento multistrato in accordo alla rivendicazione 16, comprendente inoltre uno strato intermetallico di NiAl.
22. 22. Il rivestimento multistrato in accordo alla rivendicazione 16, formato su un substrato che è un componente di un inceneritore.