Trattamenti superficiali tradizionali | Topclad
I trattamenti e i rivestimenti superficiali tradizionali sono da tempo lo standard per le industrie che cercano protezione dalla corrosione e resistenza all'usura per i componenti critici. Questi metodi, tra cui la cromatura dura, il rivestimento ceramico, la nichel-cromatura e le tecniche di spruzzatura termica come la spruzzatura HVOF, sono ampiamente utilizzati per prolungare la durata delle apparecchiature industriali. Tuttavia, ognuno di questi metodi presenta delle limitazioni, come la scarsa adesione, la porosità e l'impatto ambientale.
Vantaggi del laser cladding
Il rivestimento laser, invece, risolve molti di questi problemi creando un legame metallurgico tra il materiale di base e il rivestimento. Il risultato è uno strato più denso, non poroso e altamente resistente all'usura, ideale per ambienti e applicazioni difficili. I costi del rivestimento laser sono in costante diminuzione, il che lo rende ideale non solo per applicazioni pesanti, ma anche per esigenze industriali più leggere. Di conseguenza, il rivestimento laser non solo aumenta la durata, ma riduce anche i requisiti di manutenzione e il costo totale di proprietà (TCO) dei componenti critici.
In questa pagina forniamo un'introduzione concisa a ciascuna tecnica. Per maggiori informazioni sulle differenze e sui vantaggi del rivestimento laser, visitate la nostra pagina di confronto dei rivestimenti laser o contattateci direttamente.
I metodi tradizionali più comuni possono essere classificati come:
Trattamenti galvanici
Metodi di spruzzatura termica
Altro
Che cos'è la cromatura dura?
La cromatura dura consiste nell'elettroplaccare un sottile strato di cromo sulle superfici metalliche, migliorando la resistenza all'usura e alla corrosione per applicazioni come cilindri idraulici e rulli. Tuttavia, nonostante l'uso diffuso in settori come quello manifatturiero o offshore, la cromatura dura presenta diversi punti deboli in ambienti difficili. Lo strato di cromo è legato meccanicamente, il che può portare a una scarsa adesione e alla formazione di crepe in presenza di carichi pesanti o fluttuazioni di temperatura. Sebbene il cromo duro fornisca uno strato esterno resistente, è fragile e suscettibile di staccarsi o sfaldarsi se sottoposto a urti o a continue sollecitazioni meccaniche, limitando la sua durata in ambienti difficili.
La cromatura dura è anche vulnerabile alla vaiolatura e alla formazione di ruggine se esposta all'umidità, in particolare quando lo strato protettivo di olio sulle canne dei cilindri viene a mancare per mancanza di movimento, esponendo la superficie placcata agli elementi. Inoltre, questo processo coinvolge il cromo esavalente (Cr6). Il cromo-6 è una sostanza chimica comunemente utilizzata in vari rivestimenti industriali, ma è associata a seri rischi per la salute. Di conseguenza, la Commissione Europea ne ha limitato significativamente l'uso e si prevede che, a seguito delle attuali normative, verrà imposto un divieto totale. Sebbene il cromo duro possa durare diversi anni in condizioni moderate, spesso richiede una manutenzione frequente, come la riapplicazione e la lucidatura, per mantenere le sue proprietà protettive in ambienti più aggressivi.
Che cos'è la nichel-cromatura?
La nichel-cromatura combina uno strato di base di nichel con uno strato superiore di cromo per fornire una finitura lucida e resistente alla corrosione, comunemente utilizzata per diversi componenti industriali come steli e valvole. Sebbene la placcatura NiCr offra una moderata resistenza alla corrosione, presenta dei limiti in ambienti ad alta sollecitazione o corrosivi, come quelli che si incontrano nell'industria petrolifera e del gas, marina e dei macchinari pesanti.
In condizioni difficili, spesso si sviluppano microfratture nello strato di nichel-cromo, che permettono all'umidità e alle sostanze chimiche di penetrare nella superficie, portando alla corrosione sotto il rivestimento. Questo è particolarmente problematico nelle canne dei cilindri idraulici, dove la lunga esposizione agli ambienti esterni senza un film di olio protettivo può accelerare la corrosione e l'usura. A causa della sua natura porosa, il NiCr non fornisce una superficie completamente sigillata, lasciando il materiale di base suscettibile di danni nel tempo, che possono richiedere costose riparazioni o sostituzioni.
Che cos'è la spruzzatura termica?
La spruzzatura termica si riferisce a una famiglia di processi in cui materiali riscaldati o fusi vengono spruzzati su una superficie per creare un rivestimento protettivo. Utilizzata in settori quali l'aerospaziale e la produzione di energia, la spruzzatura termica può applicare rivestimenti in leghe, ceramiche e compositi. Il vantaggio principale della spruzzatura termica è la sua versatilità, in quanto può rivestire ampie superfici con strati relativamente spessi. Tuttavia, i rivestimenti a spruzzo termico, compresi quelli al plasma, sono tipicamente legati meccanicamente al substrato, il che significa che non hanno il legame metallurgico fornito dal rivestimento laser. Questo li rende più inclini a crepe, scheggiature e delaminazioni, soprattutto in presenza di forti carichi meccanici o cicli termici.
Sebbene i rivestimenti a spruzzo termico possano offrire un'eccellente resistenza in determinate condizioni, la loro porosità ne limita l'efficacia in ambienti altamente corrosivi, dove l'umidità e le sostanze chimiche possono penetrare, portando alla potenziale corrosione del materiale sottostante. Inoltre, nelle applicazioni in cui i componenti sono esposti a temperature elevate e a sollecitazioni meccaniche, i rivestimenti a spruzzo termico possono deteriorarsi più rapidamente del previsto. Le ispezioni frequenti sono essenziali per individuare tempestivamente eventuali usure o danni, poiché i rivestimenti danneggiati devono essere riverniciati per mantenere una protezione adeguata.
Che cos'è la spruzzatura HVOF?
La spruzzatura HVOF (High-Velocity Oxygen Fuel) è un tipo specifico di spruzzatura termica nota per la produzione di rivestimenti densi e duri, ampiamente utilizzati in settori quali l'aerospaziale, l'oil & gas e i macchinari pesanti. L'HVOF offre un'eccellente resistenza all'usura, soprattutto in ambienti abrasivi e corrosivi. Tuttavia, nonostante la sua durezza, l'HVOF si basa sul legame meccanico, che lo rende vulnerabile alla delaminazione e alle microfratture in caso di urti elevati o di temperature fluttuanti. Inoltre, la natura porosa dell'HVOF ne limita la protezione dalla corrosione ed è quindi meno adatta ad ambienti aggressivi e corrosivi. In applicazioni come i cilindri idraulici e gli alberi delle pompe, l'HVOF può richiedere una riapplicazione periodica per far fronte all'usura o ai danni, il che può diventare costoso nel tempo.
I rivestimenti HVOF hanno una durata relativamente lunga in ambienti controllati, ma sono soggetti a cricche quando sono esposti a urti improvvisi o a cicli termici. Per garantire prestazioni costanti, sono necessarie ispezioni e riparazioni periodiche, poiché i danni dovuti a cricche o delaminazioni compromettono le qualità protettive del rivestimento.
Che cos'è la spruzzatura al plasma?
La spruzzatura al plasma è un processo di spruzzatura termica che utilizza un getto di plasma ad alta temperatura per fondere e depositare materiali sulle superfici. È ampiamente utilizzata per rivestimenti ceramici, metallici e compositi in settori come quello aerospaziale, automobilistico e della produzione di energia. La spruzzatura al plasma è versatile ma, come altre tecniche di spruzzatura termica, si basa su un legame meccanico che è soggetto a delaminazione in caso di stress meccanico o di cicli di temperatura.
Nelle applicazioni ad alta sollecitazione, come le pale delle turbine o i componenti dei motori, i rivestimenti spruzzati al plasma possono incrinarsi o sfaldarsi nel tempo, soprattutto se esposti a urti, vibrazioni o fluttuazioni di temperatura. La natura porosa di molti rivestimenti spruzzati al plasma limita inoltre la loro protezione dalla corrosione, rendendo necessari interventi di manutenzione e rivestimenti regolari per mantenerne l'efficacia in ambienti aggressivi.
Che cos'è il rivestimento ceramico?
I rivestimenti ceramici sono noti per la loro resistenza alle alte temperature e sono spesso applicati nei componenti aerospaziali e automobilistici, come i sistemi di scarico e le turbine. Questi rivestimenti sono in grado di resistere al calore estremo, fungendo da barriere termiche che proteggono parti come i motori e i sistemi di scarico. Tuttavia, i rivestimenti ceramici sono meno efficaci in caso di sollecitazioni meccaniche e resistenza agli urti, rendendoli vulnerabili a crepe e scheggiature quando sono sottoposti a usura fisica o vibrazioni.
Nelle applicazioni in cui i componenti sono esposti sia ad alte temperature che a sollecitazioni fisiche, i rivestimenti ceramici possono diventare fragili, rendendoli suscettibili di crepe e scheggiature. La loro struttura intrinsecamente porosa, soprattutto nei rivestimenti neri, ne aumenta ulteriormente la sensibilità alle fratture. L'adesione meccanica degli strati ceramici al substrato li rende vulnerabili alla delaminazione in caso di urti o vibrazioni. In ambienti ad alto carico, questa vulnerabilità spesso espone il materiale di base all'usura e alla corrosione, rendendo necessarie frequenti riapplicazioni o riparazioni per mantenere la protezione. In settori come l'industria mineraria o la produzione di attrezzature pesanti, i rivestimenti ceramici possono risultare insufficienti per garantire una durata a lungo termine in condizioni di abrasione.
Che cos'è l'arco di trasferimento del plasma?
L'arco di trasferimento al plasma (PTA) è una tecnica avanzata di miglioramento della superficie utilizzata per applicare rivestimenti durevoli e resistenti all'usura alle superfici metalliche. Utilizzando un arco di plasma ad alta energia, il processo PTA fonde una polvere o un filo metallico, creando un legame metallurgico con il substrato per ottenere uno strato robusto e duraturo. Noti per la loro resistenza e durata, i rivestimenti PTA sono particolarmente adatti per applicazioni in settori esigenti come quello petrolifero e del gas, minerario e dei macchinari pesanti,
dove i componenti sono esposti a un'usura estrema e richiedono una protezione eccezionale. Sebbene il PTA fornisca un rivestimento resistente, il maggiore apporto di calore può portare a una zona termicamente colpita più ampia, causando potenzialmente stress termico o distorsione nei materiali più sottili. Inoltre, il PTA è in genere più adatto a creare strati più spessi, il che può comportare un maggiore impiego di materiale e una minore precisione nell'applicazione di rivestimenti fini o uniformi.
Trattamenti superficiali tradizionali vs. rivestimento laser
A differenza dei metodi tradizionali, il rivestimento laser fornisce un legame metallurgico per un'adesione più forte e offre una resistenza all'usura e una protezione dalla corrosione superiori, senza i problemi di porosità riscontrati nel NiCr e nell'HVOF. Sebbene i costi iniziali possano essere più elevati, il rivestimento laser consente di ottenere notevoli risparmi a lungo termine, riducendo la necessità di frequenti riparazioni e sostituzioni. La placcatura laser è inoltre sempre più adatta a una serie di applicazioni, in quanto i costi si riducono, rendendola un'ottima alternativa ai rivestimenti tradizionali sia per gli impieghi industriali pesanti che per quelli più leggeri.
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