ITTO20110734A1 - Procedimento per la formazione di un rivestimento di barriera termica (tbc) migliorato, articolo rivestito con barriera termica e relativo procedimento di riparazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: "PROCEDIMENTO PER LA FORMAZIONE DI UN RIVESTIMENTO DI BARRIERA TERMICA (TBC) MIGLIORATO, ARTICOLO RIVESTITO CON BARRIERA TERMICA E RELATIVO PROCEDIMENTO DI RIPARAZIONE"

La presente invenzione è relativa ad un procedimento per la formazione di un rivestimento di barriera termica (anche TBC, dall'inglese thermal barrier coating), in particolare per la protezione di substrati metallici i quali vengono esposti, in uso, a temperature elevate ed a condizioni ambientali fortemente ossidanti, come nel caso di componenti di turbine che trovano comunemente impiego per la produzione di energia o per la propulsione nel settore aeronautico.

Inoltre, l'invenzione è relativa ad articoli rivestiti con il rivestimento in barriera termica.

Infine, l'invenzione è relativa ad un procedimento per la riparazione di articoli rivestiti con un rivestimento di barriera termica.

È noto proteggere con un rivestimento di barriera termica i componenti delle sezioni di alta temperatura di turbine e relativi accessori, sia quando si tratti di parti di motori aeronautici, sia quando essi siano all'interno di turbine a gas destinate alla produzione di energia.

In generale, un rivestimento di barriera termica presenta una struttura multistrato. Tipicamente, un rivestimento di barriera termica comprende uno strato barriera effettivo, detto anche "top coat", disposto sopra uno strato di collegamento, detto anche "bond coat", il quale, a sua volta, è disposto immediatamente sopra il substrato da proteggere.

In Figura 1 è illustrato schematicamente un particolare di un articolo provvisto di un rivestimento di barriera termica TBC di tipo noto. Un substrato S è definito da una porzione di un componente da proteggere, per esempio un componente di una turbina.

Immediatamente sul substrato S è disposto uno strato di collegamento BC. Lo strato di collegamento BC comprende generalmente materiali metallici, come cobalto, nichel, cromo, alluminio, ittrio, eccetera.

Lo strato di collegamento BC è applicato al substrato S mediante una opportuna tecnica di deposizione nota, come, per esempio, un procedimento di thermal spray, vacuum plasma spray (VPS), air plasma spray (APS), eccetera.

La struttura e la rugosità della superficie più esterna dello strato di collegamento BC dipendono, in generale, dalla tecnica di deposizione e dalla polvere utilizzata.

Facendo ancora riferimento alla Figura 1, uno strato barriera effettivo TC è, infine, disposto sopra lo strato di collegamento BC e definisce inferiormente, con quest'ultimo, un'interfaccia I.

Lo strato barriera effettivo TC comprende tipicamente un materiale ceramico, per esempio zirconia stabilizzata con ittria, ed è, a sua volta, applicato sopra lo strato di collegamento BC mediante una opportuna tecnica di deposizione nota, tipicamente mediante APS oppure mediante Electron Beam Physical Vapour Deposition (EB-PVD).

È noto, per esempio da US 5403669, fare diffondere alluminio all'interno del bond coat BC prima di procedere alla deposizione del top coat TC, al fine di incrementare la resistenza agli ambienti fortemente ossidanti del rivestimento di barriera termica nel suo complesso.

La Figura 2 illustra schematicamente la struttura di un rivestimento di barriera termica TBC descritta da US 5403669. Tale struttura differisce dalla struttura convenzionale di Figura 1 per la presenza, tra lo strato barriera effettivo TC e lo strato di collegamento BC, di uno strato intermedio di diffusione DL che viene formato mediante il suddetto processo di diffusione di alluminio. Tale strato intermedio di diffusione DL ha la proprietà di poter sviluppare, quando venga esposto a temperature elevate (per esempio superiori a 900°C), un film superficiale protettivo, il quale è sostanzialmente costituito da A1203.

In particolare, secondo US 5403669, è opportuno che lo strato intermedio di diffusione DL sia tale da presentare superiormente una rugosità superficiale Ra (rugosità media aritmetica) compresa tra 200 e 600 micropollici (ovvero tra 5,08 e 15,24 μπι).

Valori di rugosità inferiori a 200 micropollici (5,08 μπι) non sono sufficienti a garantire l'ancoraggio dello strato barriera effettivo TC. Al contrario, valori superiori a 600 micropollici (15,24 μπι) portano ad una porosità superficiale troppo elevata per essere convenientemente sigillata dall'alluminio diffuso e che, di conseguenza, lascia percorsi preferenziali per una precoce ossidazione .

Diverse tecniche sono disponibili per realizzare la diffusione di alluminio all'interno del bond coat. Tra queste, sono stati utilizzati con successo un procedimento cosiddetto "in pack", procedimenti basati sulla deposizione chimica da vapore (Chemical vapour deposition CVD), procedimenti di applicazione localizzata, eccetera.

Tra i procedimenti di CVD, peraltro, sono possibili e diffuse due differenti modalità operative, denominate rispettivamente "alluminizzazione a bassa attività" (o anche diffusione verso l'esterno) ed "alluminizzazione ad alta attività" (o anche diffusione verso l'interno).

Si forma un rivestimento "ad alta attività" quando l'attività dell'alluminio è maggiore dell'attività dei componenti della lega di cui è costituito il substrato. L'alluminio diffonde verso l'interno più rapidamente di quanto i componenti della lega costituente il substrato diffondano verso l'esterno. Al contrario, si forma un rivestimento "a bassa attività" quando l'attività dell'alluminio è minore dell'attività dei componenti della lega di cui è costituito il substrato. Tipicamente, il processo a bassa attività richiede temperature operative superiori. La struttura e composizione finale dello strato intermedio di diffusione variano, in generale, a seconda del tipo di lega di cui è costituito il substrato.

Un rivestimento di barriera termica TBC del tipo illustrato nella Figura 2 è stato applicato a componenti di turbine. Nelle porzioni di statore (generalmente airfoil) dove l'unico rivestimento protettivo applicato è stato quello ottenuto mediante il processo di alluminizzazione, si sono registrate prestazioni migliori in termini di resistenza a ossidazione e corrosione. Tuttavia, è stata osservata sistematicamente una importante riduzione della rugosità superficiale dei rivestimenti depositati con processo a "bassa attività" se paragonati a quelli depositati con processo ad "alta attività".

La riduzione generalizzata di rugosità conseguente al processo di alluminizzazione a "bassa attività" comporta alcuni inconvenienti sulle zone dello statore dove il rivestimento da applicare è del tipo bond coat / strato intermedio di diffusione (Al) / top coat.

In particolare, si è registrato un brusco decadimento dell'adesione del top coat agli strati sottostanti del rivestimento di barriera termica. Inoltre, è stato osservato un sensibile decadimento della resistenza del rivestimento a cicli di fatica termica. Tali riduzioni sono state rilevate sperimentalmente mediante prove comparative di ciclaggio termico, e confermate da prove comparative di resistenza a trazione e analisi micrografiche. Per altro, l'esistenza di una relazione tra la resistenza del rivestimento di barriera termica ed il grado di adesione tra top coat e strati sottostanti è stata più volte ribadita anche nella letteratura brevettuale (per esempio in US 4335190 e US2007/0178247).

In altre parole, è stato osservato che l'applicazione di un rivestimento di alluminio mediante un processo di alluminizzazione a bassa attività è in grado di migliorare la resistenza alla ossidazione delle porzioni dove lo strato protettivo di alluminio è il solo presente, ma riduce al tempo stesso in modo drastico la resistenza a fatica termica del rivestimento di barriera termica, laddove sia presente un bond coat. Con tale procedimento, infatti, è stato registrato un elevato rischio di distacco precoce del top coat, con conseguenti probabili problemi di funzionamento e significativa riduzione della vita utile del componente.

In media, dunque, si è osservato un peggioramento della resistenza a fatica termica del componente di turbina.

Al fine di riportare la resistenza e l'adesione del rivestimento di barriera termica a valori confrontabili con quelli consolidati prima dell'introduzione dell'alluminizzazione a bassa attività, è stato proposto un procedimento che comporta un laborioso lavoro di ripristino di una interfaccia adeguata tra bond coat e top coat.

In pratica, tale ripristino viene perseguito attraverso la deposizione di uno strato di bond coat aggiuntivo e la successiva alluminizzazione locale di questo strato addizionale. A seguito di questo intervento, si registra (in media) una rugosità Ra superiore a 500 micropollici (12,7 μπι).

In questo modo, viene ripristinata una condizione ottimale di rugosità all'interfaccia sulla quale verrà depositato il top coat. Tuttavia la sequenza degli strati nel rivestimento di barriera termica non è più "bond coat / strato intermedio di diffusione (Al) / top coat", ma "primo bond coat BC / primo strato intermedio di diffusione (Al) DL / secondo bond coat BC' / secondo strato intermedio di diffusione (Al) DL' / top coat TC". Tale configurazione è rappresentata schematicamente in Figura 3, nella quale, per semplicità di interpretazione, a elementi corrispondenti sono stati associati i medesimi simboli di riferimento utilizzati nelle Figure 1 e 2.

In primo luogo, occorre osservare che tale sequenza di strati non è quella di cui generalmente si tiene conto quando si realizzano i disegni costruttivi dei componenti. In secondo luogo, si verificano frequentemente delaminazioni orizzontali di lunghezza variabile da 0,1 a 2 mm. Inoltre, non è, nella pratica, possibile garantire che il secondo strato intermedio di diffusione DL' copra completamente il primo bond coat BC. Di conseguenza, è molto frequente la formazione di discontinuità che possono, in uso, minare la resistenza a fatica del rivestimento di barriera termica nel suo complesso.

In sintesi, pur restituendo la giusta adesione tra bond coat e top coat, la soluzione proposta fornisce una struttura complessiva lontana dagli standard generalmente riconosciuti e con alcuni difetti interni. Inoltre, l'applicazione di questa soluzione risulta particolarmente gravosa in termini di tempi e costi di realizzazione.

Si avverte, pertanto, nel settore, l'esigenza di fornire un procedimento per la formazione su un substrato di un rivestimento di barriera termica che consenta di superare gli inconvenienti descritti in precedenza.

Più particolarmente, si avverte l'esigenza di fornire un procedimento per la formazione di un rivestimento di barriera termica tale da soddisfare i requisiti imposti dalle particolari condizioni di impiego del substrato stesso, in particolare quando quest'ultimo sia destinato ad essere esposto, in uso, a temperature elevate e condizioni fortemente ossidanti. Soprattutto, si desidera che il procedimento permetta di ottenere una adesione particolarmente stabile tra il top coat ed il bond coat, o più in generale con gli strati sottostanti del rivestimento di barriera termica.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un procedimento per la formazione di un rivestimento di barriera termica alternativo alle soluzioni note e che consenta di soddisfare in modo semplice ed economico almeno una delle suddette esigenze, con particolare riferimento al miglioramento di adesione tra gli strati TC e BC.

Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, in quanto relativa ad un metodo secondo quanto definito nella rivendicazione 1.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, viene fornito un metodo per la riparazione di un articolo rivestito con una barriera termica secondo la rivendicazione 9.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne viene descritta nel seguito una preferita forma di attuazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

le Figure da 1 a 3 illustrano rispettive viste schematiche in sezione di relative forme di realizzazione di un rivestimento di barriera termica secondo la tecnica nota;

- la Figura 4 illustra una vista schematica in sezione di un rivestimento di barriera termica ottenuto secondo il procedimento della presente invenzione;

- la Figura 5 è un diagramma di flusso che illustra sinteticamente le fasi del procedimento della presente invenzione;

la Figura 6 è una micrografia che illustra la morfologia di un rivestimento di barriera termica ottenuto secondo un procedimento della tecnica nota; e

la Figura 7 è una micrografia che illustra la morfologia di un rivestimento di barriera termica ottenuto secondo il procedimento della presente invenzione.

In Figura 4 è indicato con 100 un articolo rivestito con barriera termica. In particolare, l'articolo rivestito 100 comprende un substrato 101 ed un rivestimento di barriera termica 102.

Il substrato 101 è, tipicamente, definito da una porzione di un componente destinato ad essere esposto, in uso, a temperature elevate e/o a condizioni fortemente ossidanti. In particolare, il substrato 101 può essere definito da una porzione di un componente di una turbina, indipendentemente dal fatto che questa sia impiegata per la propulsione nel settore aeronautico o per la produzione di energia. Per esempio, il substrato 101 è una paletta fissa o mobile, un ugello, una camera di combustione,un postbruciatore, eccetera.

Tipicamente, il substrato 101 ha matrice metallica, per esempio comprende una superlega a base nichel o ferro o cobalto.

Il rivestimento di barriera termica 102 comprende uno strato di collegamento o bond coat 103 disposto sopra il substrato 101 ed uno strato barriera effettivo o top coat 104 disposto sopra il bond coat.

Il bond coat 103 comprende tipicamente uno o più materiali metallici, per esempio selezionato/i nel gruppo consistente in Co, Ni, Cr, Al, Y e relative leghe. Per esempio, il bond coat può comprendere una lega MeCrAlY, dove Me è un metallo selezionato nel gruppo consistente in Co, Ni e Fe.

Preferibilmente, il bond coat 103 presenta una rugosità superficiale Ra compresa nell'intervallo da 200 a 600 micropollici (ovvero da 5,08 a 15,24 μπι).

Il top coat 104 comprende tipicamente un materiale ceramico, per esempio zirconia, zirconia stabilizzata con ittria, eccetera.

Vantaggiosamente, il rivestimento di barriera termica 102 comprende inoltre uno strato intermedio di diffusione 105 compreso tra bond coat 103 e top coat 104.

Lo strato intermedio di diffusione 105 comprende, vantaggiosamente, una superficie 106 ondulata, corrugata e a rugosità elevata, disposta contro una corrispondente superficie interna 107 del top coat 104 in modo da definire una relativa zona di interfaccia 108.

Tale strato intermedio di diffusione 105 è ottenuto vantaggiosamente secondo il procedimento dell'invenzione, il quale sarà nel seguito descritto con riferimento al diagramma di flusso della Figura 5.

Al blocco 200, viene applicato al substrato 101 un bond coat 103 mediante una opportuna tecnica di deposizione, come per esempio un procedimento di thermal spray, vacuum plasma spray (VPS), air plasma spray (APS), eccetera. Inoltre, il bond coat 103 viene sottoposto ad un processo di alluminizzazione a bassa attività (noto nella tecnica e, quindi, non descritto qui in dettaqlio) . In questo modo si ottiene, sopra il bond coat, uno strato intermedio di diffusione provvisorio - analoqo allo strato DL delle Fiqure 2 e 3.

Al blocco 201, viene vantaqqiosamente applicata, sopra tale strato intermedio di diffusione provvisorio, della polvere di alluminio finemente suddivisa.

Preferibilmente, la polvere di alluminio ha una distribuzione qranulometrica compresa tra 15 e 150 μπι. Una polvere di alluminio più fine di 15 μπι non consentirebbe di ottenere valori di ruqosità superficiale all'interfaccia 108 tali da qarantire una adesione soddisfacente tra top coat 104 e lo strato 105 sottostante. Per contro, una polvere di alluminio avente qranulometria più qrossolana di 150 μπι può determinare, all'interfaccia 108, una porosità troppo elevata e discontinuità superficiali indesiderabili.

Più preferibilmente, la polvere di alluminio ha una distribuzione qranulometrica compresa tra 30 e 100 μπι.

Con una polvere di alluminio avente tale distribuzione qranulometrica sono stati ottenuti i risultati più soddisfacenti in termini di adesione del top coat 104 e, in generale, di resistenza a fatica termica dell'intero rivestimento di barriera termica 102.

Preferibilmente, la polvere di alluminio è applicata in sospensione a base solvente o acquosa. Per esempio, si può utilizzare una sospensione liquida, preferibilmente contenente un opportuno legante, in maniera che la polvere di alluminio rimanga sospesa in modo stabile, avendo cura di agitarla periodicamente in maniera che non si verifichino stratificazioni.

Preferibilmente, l'applicazione di polvere di alluminio viene ripetuta da 1 a 4 volte.

Giungendo al blocco 202, l'insieme di substrato 101, bond coat 103, strato intermedio di diffusione intermedio e strato di polvere di alluminio applicato al blocco 201, viene sottoposto ad un opportuno trattamento termico per favorire la diffusione dell'alluminio almeno all'interno di una porzione superficiale dello strato intermedio di diffusione provvisorio, ottenendo così uno strato intermedio di diffusione arricchito 105.

Tale trattamento termico viene eseguito in vuoto ad una pressione compresa tra 10<“3>e 10<“5>bar, ad una temperatura compresa tra 800°C e 1050°C e con una fase attiva di durata compresa nell'intervallo da 30 minuti a 4 ore, e preferibilmente tra 60 minuti e 2 ore.

A tale trattamento termico fa seguito una fase di raffreddamento in atmosfera inerte, preferibilmente in argon.

Vantaggiosamente, le suddette condizioni di trattamento termico sono tali da permettere una adeguata diffusione dell'alluminio almeno nella porzione superficiale del bond coat 103 con il raggiungimento di una soddisfacente adesione del risultante strato intermedio di diffusione 105 al bond coat stesso. Inoltre, tali condizioni di trattamento termico sono tali da favorire la formazione di uno strato intermedio di diffusione 105 avente una superficie esterna 106 corrugata, irregolare e ad elevata rugosità (si vedano anche le tabelle per i valori di rugosità misurati).

Preferibilmente, tale trattamento termico viene eseguito ad una temperatura compresa tra 850°C e 1000°C.

Inoltre, la fase attiva del trattamento termico ha preferibilmente durata compresa nell'intervallo da 90 minuti a 180 minuti.

È stato osservato che tali condizioni di trattamento termico preferite rendono particolarmente sensibile il miglioramento delle proprietà dello strato intermedio di diffusione arricchito 105 e, di conseguenza, del rivestimento di barriera termica 101 nel suo complesso.

Preferibilmente, il trattamento termico del blocco 202 viene eseguito ripetutamente da 1 a 6 volte.

Infine, al blocco 203 viene deposto, sopra lo strato intermedio di diffusione arricchito 105 ottenuto al termine del blocco 202, uno strato barriera effettivo 104, il quale comprende tipicamente un materiale ceramico, per esempio zirconia stabilizzata con ittria. Lo strato barriera effettivo 104 viene convenientemente applicato mediante una opportuna tecnica di deposizione nota nella tecnica.

In una variante del procedimento dell'invenzione, la sequenza di operazioni dei blocchi 201 e 202 viene ripetuta nel suo complesso. In altre parole, secondo tale variante del procedimento dell'invenzione, all'applicazione di polvere di alluminio secondo le modalità descritte e ad una fase di trattamento termico condotta nelle condizioni operative (temperatura, pressione, durata della fase attiva) definite in precedenza, fanno sequito almeno una nuova fase di applicazione di polvere di alluminio secondo le medesime modalità succitate e almeno una nuova fase di trattamento termico nelle condizioni operative qià descritte.

Anche in questa variante, l'applicazione di polvere di alluminio viene ripetuta da 1 a 4 volte e la fase di trattamento termico viene esequita ripetutamente da 1 a 6 volte. Per esempio, costituisce una possibile forma di realizzazione di tale variante un procedimento nel quale: viene esequita due volte l'applicazione di polvere di alluminio (blocco 201); il trattamento termico viene eseguito una volta (blocco 202); la polvere di alluminio viene applicata una terza volta (blocco 201); si esegue il trattamento termico per due volte (blocco 202).

Da un esame delle caratteristiche del procedimento di formazione di un rivestimento di barriera termica secondo la presente invenzione, sono evidenti i vantaggi che esso consente di ottenere.

Come sarà possibile apprezzare ulteriormente dall'analisi dei dati sperimentali forniti negli Esempi, l'interfaccia 108 definita tra le superfici 106 e 107, rispettivamente dello strato intermedio di diffusione arricchito 105 ottenuto secondo il procedimento dell'invenzione ed il top coat 104, presenta un'area superficiale incrementata ed una rugosità media superiore rispetto all'interfaccia ottenibile tra un bond coat trattato per alluminizzazione a bassa attività e un top coat equivalente. In virtù di queste migliorate caratteristiche superficiali, si ottiene vantaggiosamente un più stabile ancoraggio del top coat 104 agli strati sottostanti e quindi, in termini più generali, una maggiore stabilità del rivestimento di barriera termica 102.

Inoltre, si ottiene all'interfaccia 108 un arricchimento localizzato in alluminio.

In particolare, con il procedimento dell'invenzione si ottiene in modo relativamente semplice e poco costoso un rivestimento di barriera termica le cui caratteristiche sono migliori di, o almeno perfettamente sovrapponibili con, quelle ottenibili secondo tecnologie note.

Inoltre, il procedimento dell'invenzione permette sostanzialmente di superare le non conformità della struttura complessiva dell'articolo rivestito 100, essendo sostanzialmente eliminate le delaminazioni orizzontali, la sequenza di materiali inusuale e della quale difficilmente si tiene conto in sede di progettazione dei componenti (come nella soluzione della tecnica nota di Figura 3), e l'impossibilità di garantire una copertura completa.

Vale la pena di notare, inoltre, che la fase di deposizione dello strato intermedio di diffusione secondo il procedimento dell'invenzione può anche essere convenientemente sfruttata in un ciclo (o sequenza operativa) di riparazione di rivestimenti di barriera termica non conformi, scheggiati o usurati per il lungo esercizio.

In particolare, nel caso di rivestimenti di barriera termica ritenuti non conformi in sede di una valutazione di qualità eseguita su un componente nuovo, sarà possibile asportare il top coat e, sullo strato immediatamente sottostante, eseguire l'applicazione di polvere di alluminio ed il trattamento termico dei blocchi 201 e 202 come descritti in precedenza.

Invece, nel caso di componenti già eserciti e, pertanto, rivestimenti di barriera termica scheggiati o usurati per l'esercizio prolungato, il procedimento di riparazione comprenderà non solo l'applicazione di polvere di alluminio ed il trattamento termico dei blocchi 201 e 202 descritti in precedenza, ma prevedrà, a monte della fase di applicazione di polvere di alluminio, una fase di alluminizzazione a bassa attività.

Nel seguito, l'invenzione verrà ulteriormente descritta con riferimento a degli Esempi, senza essere per questo limitata all'oggetto degli Esempi stessi.

ESEMPI

Misure di rugosità superficiale

Su una serie di campioni di substrato da I a VI è stato applicato un bond coat secondo una tecnica convenzionale. La rugosità superficiale Ra (rugosità media aritmetica) della superficie esterna del bond coat è stata misurata ed i valori ottenuti sono riportati nella seconda colonna di Tabella 1.

Successivamente, distinte porzioni di campioni da I a VI provviste di bond coat sono state sottoposte ad un processo di alluminizzazione rispettivamente ad alta e bassa attività. Al termine di tale operazione, la rugosità superficiale Ra della superficie esterna dello strato intermedio di diffusione è stata misurata ed i valori ottenuti sono riportati nella terza e quarta colonna di Tabella 1.

Le porzioni di campioni da I a VI sui quali il bond coat è stato sottoposto ad alluminizzazione a bassa attività sono quindi state sottoposte all'applicazione di alluminio in polvere e a successivo trattamento termico secondo il procedimento dell'invenzione.

Tabella 1

Al termine di questa operazione, la rugosità superficiale Ra della superficie esterna dello strato intermedio di diffusione ottenuta secondo il procedimento dell'invenzione è stata misurata ed i valori ottenuti sono riportati nella quinta colonna di Tabella 1.

Si può facilmente osservare come, rispetto ai valori di rugosità superficiale ottenuti sottoponendo il bond coat ad un processo di alluminizzazione a bassa attività, quelli ottenuti con il procedimento dell'invenzione sono, in generale, sensibilmente superiori. Inoltre, i valori di rugosità superficiale ottenuti secondo il metodo dell'invenzione sono sempre sensibilmente superiori rispetto a quelli ottenuti sottoponendo il bond coat ad un processo di alluminizzazione ad alta attività.

Misure di resistenza a trazione

Su alcuni dei campioni così ottenuti sono state effettuate prove di resistenza a trazione. In Tabella 2 sono riportati i valori del carico di rottura e la posizione ricorrente della frattura indotta dalla prova stessa.

Tabella 2

È interessante notare come, nei campioni nei quali il bond coat è stato sottoposto ad alluminizzazione a bassa attività (terza colonna di Tabella 2), si osservi un sensibile peggioramento della resistenza a trazione rispetto a quelli ottenuti sottoponendo il bond coat ad alluminizzazione ad alta attività (seconda colonna di Tabella 2). Tuttavia, operando secondo il procedimento dell'invenzione (quarta colonna di Tabella 2), i valori di resistenza a trazione vengono sensibilmente e generalmente migliorati .

Inoltre, il fatto che la frattura indotta dalla prova di resistenza a trazione sia sistematicamente localizzata in corrispondenza del top coat e non più all'interfaccia è un'ulteriore dimostrazione dell 'incrementata adesione all'interfaccia tra top coat e strato intermedio di diffusione .

Misure di rugosità superficiale dopo rimozione top coat

Misure di rugosità superficiale Ra sono state effettuate su campioni dai quali è stato rimosso il top coat. Questa condizione simula la situazione in cui il top coat necessiti di essere rimosso a seguito di un danneggiamento nel quale una porzione di top coat sia stata rimossa accidentalmente, o altresì di un componente esercito nel quale il top coat si è progressivamente usurato. In tali situazioni, occorre ri-depositare il top coat sulla superficie di bond coat strato intermedio di diffusione .

Analisi morfologica - Micrografie

La morfologia di un campione ottenuto secondo il procedimento dell'invenzione (Figura 7) è stata confrontata con quella di un campione ottenuto sottoponendo il bond coat ad un processo di alluminizzazione a bassa attività (Figura 6).

In particolare, il campione sottoposto ad analisi morfologica della Figura 7 è stato ottenuto applicando sul bond coat polvere di alluminio avente distribuzione granulometrica compresa nell'intervallo da 30 a 100 μπι, eseguendo l'applicazione locale di alluminio 2 volte.

Inoltre, il campione è stato sottoposto a due trattamenti termici in vuoto la cui fase attiva è stata condotta ad una temperatura compresa nell'intervallo da 850°C a 1000°C ed ha avuto una durata variabile tra 90 e 120 minuti.

Per praticità, al fine di facilitarne l'identificazione dei diversi strati del rivestimento di barriera termica applicato al substrato e per favorire il confronto con le soluzioni illustrate schematicamente in precedenza, nelle micrografie delle Figure 6 e 7 sono stati utilizzati i medesimi simboli di riferimento impiegati, rispettivamente, nelle Figure 2 e 4.

È immediatamente evidente come il procedimento dell'invenzione consenta di ottenere un rivestimento di barriera termica nel quale lo strato intermedio di diffusione compreso tra bond coat e top coat presenta una superficie superiore corrugata, avente rugosità media molto più accentuata rispetto ad un corrispondente strato intermedio di diffusione ottenuto secondo una tecnica convenzionale. Per effetto di tale rugosità incrementata, l'ancoraggio del top coat agli strati sottostanti risulta sensibilmente più facile nella relativa fase di deposizione e la stabilità complessiva dell'intero rivestimento di barriera termica risulta notevolmente migliorata.

Questo sorprendente effetto si traduce in una maggiore efficacia come barriera termica e in una accresciuta resistenza meccanica ed alla fatica termica dell'intero rivestimento. Di conseguenza, gli articoli rivestiti con un rivestimento ottenuto secondo il procedimento dell'invenzione vedono sensibilmente incrementata la loro vita utile, in particolare nelle condizioni di esercizio ostili proprie dei componenti di turbine per il settore aeronautico e la produzione di energia.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Procedimento per la formazione di un rivestimento di barriera termica (102) su un substrato (101), comprendente le fasi di: a) applicare sopra il detto substrato (101) un bond coat (103); b) sottoporre il detto bond coat (103) ad un processo di alluminizzazione a bassa attività, ottenendo così, sopra il detto bond coat (103), uno strato intermedio di diffusione provvisorio; caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di c) applicare, sopra il detto strato intermedio di diffusione provvisorio, della polvere di alluminio avente distribuzione granulometrica compresa tra 15 e 150 μπι; e d) eseguire, sull'insieme di substrato, bond coat e strato intermedio di diffusione provvisorio, un trattamento termico in vuoto ad una pressione compresa tra 10<“3>e 10<“5>bar, ad una temperatura compresa tra 800°C e 1050°C e con una fase attiva di durata compresa nell'intervallo da 60 minuti a 4 ore, ottenendo così sopra il detto bond coat (103) uno strato intermedio di diffusione arricchito (105). 2.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente la fase e) di applicare, sopra il detto strato intermedio di diffusione arricchito (105) uno strato barriera effettivo (104). 3.- Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la detta polvere di alluminio ha distribuzione granulometrica compresa tra 30 e 100 μπι. 4.- Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui la detta fase c) di applicazione di detta polvere di alluminio viene ripetuta da 1 a 4 volte. 5.- Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui la detta fase d) di trattamento termico viene eseguito ad una temperatura compresa tra 850°C e 1000°C. 6.- Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui la detta fase d) di trattamento termico ha una fase attiva di durata compresa nell'intervallo da 90 minuti a 180 minuti. 7.- Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui la detta fase d) di trattamento termico viene eseguita ripetutamente da 1 a 6 volte . 8.- Articolo (100) comprendente un substrato (101) ed un rivestimento di barriera termica (102) applicato sopra detto substrato, caratterizzato dal fatto che il detto rivestimento di barriera termica (102) è formato mediante un procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7. 9.- Procedimento per la riparazione di un articolo (100) comprendente un substrato (101) rivestito con un rivestimento di barriera termica comprendente un bond coat (103); caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: i) sottoporre il detto bond coat (103) ad un processo di alluminizzazione a bassa attività, ottenendo così, sopra il detto bond coat (103), uno strato intermedio di diffusione provvisorio; j) applicare, sopra il detto strato intermedio di diffusione provvisorio, della polvere di alluminio avente distribuzione granulometrica compresa tra 15 e 150 μπι; e k) eseguire, sull'insieme di substrato, bond coat e strato intermedio di diffusione provvisorio, un trattamento termico in vuoto ad una pressione compresa tra 10<“3>e 10<“5>bar, ad una temperatura compresa tra 800°C e 1050°C e con una fase attiva di durata compresa nell'intervallo da 60 minuti a 4 ore, ottenendo così sopra il detto bond coat (103) uno strato intermedio di diffusione arricchito (105). 10.- Procedimento per la riparazione di un articolo (100) comprendente un substrato (101) rivestito con un rivestimento di barriera termica comprendente un bond coat (103) ed uno strato intermedio di diffusione provvisorio disposto sopra detto bond coat; caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: j) applicare, sopra il detto strato intermedio di diffusione provvisorio, della polvere di alluminio avente distribuzione granulometrica compresa tra 15 e 150 μπι; e k) eseguire, sull'insieme di substrato, bond coat e strato intermedio di diffusione provvisorio, un trattamento termico in vuoto ad una pressione compresa tra IO<-3>e IO<-5>bar, ad una temperatura compresa tra 800°C e 1050°C e con una fase attiva di durata compresa nell'intervallo da 60 minuti a 4 ore, ottenendo così sopra il detto bond coat (103) uno strato intermedio di diffusione arricchito (105).