ITPR970039A1 - Lega per rivestimenti o riporti resistenti alla corrosione. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
annessa adomanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:
LEGA PER RIVESTIMENTI O RIPORTI RESISTENTI ALLA CORROSIONE.
DESCRIZIONE
Forma oggetto del presente trovato una lega per rivestimenti o riporti anticorrosione, resistenti fino a 1100° C.
Tali riporti possono essere eseguiti con le seguenti tecniche di spruzzatura termica: plasma spray sotto vuoto, plasma spray in aria, HVOF (High Velocity Oxygen Fuel) o fiamma ad ossigeno ad alta velocità.
Nel campo della metallurgia, ed in particolare delle leghe utilizzate come rivestimenti di turbine a gas contro la corrosione dovuta alla solfo-ossidazione, è nota una lega a base di cobalto contenente anche cromo, alluminio e itrio nelle seguenti proporzioni:
Cromo (Cr) 8,0-30,0%
Alluminiò (Al) 5,0-15,0%
Ittrio (Y) 0 - 1,0 %
Cobalto (Co) Percentuale restante.
Detta lega è resistente alla corrosione e garantisce una durata di funzionamento di 1000 ore se utilizzata per rivestimenti di pezzi che funzionano in presenza di prodotti della combustione di idrocarburi a base di sodio, vanadio, zolfo e cloro. Un primo inconveniente è dato dal fatto che questa lega non è atta a garantire una sufficiente resistenza alla corrosione se impiegata a temperature superiori a 700° C.
Inoltre, se detta lega è applicata con metodo di spruzzatura termica (APS, VPS, HVOF) si verifica l'ossidazione dell 'ittrio e dell'alluminio perdendo quindi le proprietà di servizio del rivestimento.
E' nota anche una seconda lega a base di cobalto contenente cromo, alluminio, ittrio e silicio nelle seguenti percentuali:
Cromo (Cr) 12,5 - 20,0 %
Alluminiò (Al) 2,0 - 8,0 %
Ittrio (Y) 0 - 0,25 %
Silicio (Si) 2,0 - 6,0 %
Cobalto (Co) Percentuale restante.
Detta seconda lega è utilizzata per rivestire pezzi di materiale in superleghe. La presenza del silicio nella matrice del rivestimento fornisce resistenza alla formazione di ossidi e sulfuri nello strato superficiale.
Questa seconda lega ha tuttavia un basso contenuto di ittrio, insufficiente ad assicurare la resistenza alla corrosione in presenza di prodotti contenenti notevoli concentrazioni di zolfo, cloro e vanadio.
Una terza lega è nota da US 4585481, che mostra una lega a base di cobalto contenente cromo, alluminio, ittrio e silicio nelle seguenti proporzioni:
Cromo (Cr) 5,0 - 40,0 %
Alluminio (Al) 8,0 - 35,0 %
Ittrio (Y) 0,1 - 2,0 %
Silicio (Si) 1,0 - 7,0 %
Cobalto (Co) Percentuale restante.
Questa lega però ha un contenuto di silicio che normalmente è superiore al 4,5 % e ciò comporta una riduzione della plasticità del rivestimento rendendone impossibile l'utilizzo per il rivestimento di macchine o oggetti che devono sopportare rilevanti sbalzi termici.
Ulteriore inconveniente è rappresentato dalla possibilità che si verifichi l'ossidazione del'ittrio e del silicio durante l'applicazione del rivestimento o del riporto con metodologia al plasma.
Questa terza lega non è in grado di assicurare la protezione contro la corrosione richiesta in presenza di prodotti di combustione contenenti rilevanti concentrazioni di zolfo, cloro e vanadio.
Le leghe sopra citate possono essere normalmente usate a temperature non superiori a 900° C, poiché sono tutte a base di cobalto.
Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti e di rendere disponibile una lega che abbia un ottimo comportamento anche a temperature elevate, in particolare superiori anche a 1000°C.
Detti scopi sono pienamente raggiunti dalla lega, oggetto del presente trovato, per rivestimenti o riporti resistenti alla corrosione, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate ed in particolare per il fatto che comprende:
Cromo (Cr) 26,0 - 30,0 %
Alluminio (Al) 6,0 - 8,0 %
Ittrio (Y) 0,3 - 1,5 %
Silicio (Si) 1,5 - 4,5 %
Metallo del II gruppo principale
(magnesio, calcio, bario, stronzio) .. 0,1 - 0,5 %
Ossido del corrispondente metallo del
Il gruppo principale . 0,1 - 1,0 %
Cobalto (Co) Percentuale restante.
La Richiedente dopo numerosi studi si è accorta infatti che gli inconvenienti delle leghe noteja base di cobalto contenenti cromo, alluminio, ittrio e silicio, possono essere evitati con l'aggiunta di uno dei metalli del secondo gruppo principale (magnesio calcio, bario, stronzio), sia in forma disciolta che in forma di ossido, nelle proporzioni sopra indicate.
Oggetto del presente trovato è anche una lega ulteriormente modificata in cui i componenti sono nelle seguenti proporzioni:
Cromo (Cr) 22,0 - 30,0 %
Alluminio (Al) 5,5 - 13,0 %
Ittrio (Y) 0,3 - 1,5 %
Silicio (Si) 1,5 - 4,5 %
Metallo del I gruppo principale
(Ma, Ca, Ba, Sr) . 0,1 - 2,0 %
Ossido del corrispondente metallo (Ma,
Ca, Ba, Sr) del II gruppo principale 0,1 - 2,0 %
ed è prevista l'aggiunta di
Tantalio (Ta) 0,5 - 4,0 %
Me Percentuale restante,
in cui Me è un metallo che può essere Nichel (Ni), oppure Ferro (Fe), oppure Cobalto (Co), oppure una composizione di Ni-Fe-Co, NI-Fe, Ni-Co, Fe-Co. Insieme al [Tantalio, o in luogo di esso, vi può inoltre esserci una percentuale di 2,0 - 11,0 % di Renio (Re).
Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune preferite forme di realizzazione, descritte a titolo esemplificativo e non limitativo.
La lega, oggetto del presente trovato, è una lega per riporti anticorrosione, a base di cobalto,, contenente cromo, alluminio, ittrio, silicio, un metallo del II gruppo principale con corrispondente ossido, nelle seguenti proporzioni:
Cromo (Cr) 26,0 - 30,0 %
Alluminio (Al) 6,0 - 8,0 %
Itrio (Y) 0,3 - 1,5 %
Silicio (Si) 1,5 - 4,5 %
Metallo del II gruppo principale
(magnesio, calcio, bario, stronzio) ... 0,1 - 0,5 %
Ossido del corrispondente metallo del
I gruppo principale . 0,1 - 1,0 %
Cobalto (Co) Percentuale restante.
L'aggiunta di uno dei metalli del secondo gruppo principale (magnesio, calcio, bario, stronzio), sia in forma disciolta che in forma di ossido, nelle proporzioni sopra indicate, evita infatti gli inconvenienti delle leghe a base di cobalto della tecnica nota.
La Richiedente dopo numerose prove e studi ha inoltre messo a punto una seconda lega, di stretta derivazione da quella precedentemente descritta.
Infatti la seconda lega differisce dalla precedente principalmente per:
- l'aggiunta di un nuovo elemento, il tantalio;
- la sostituzione del cobalto con il nichel o con il ferro o con leghe di cobalto-nichel-ferro, nichel-ferro, ferro-cobalto, nichel-cobalto;
- in misura minore, per le diverse percentuali di altri elementi, nelle seguenti proporzioni:
Cromo (Cr) 22,0 - 31,0 %
Alluminio (Al) 5,5 - 13,0 %
Ittrio (Y) 0,3 - 1,5 %
Silicio (Si) 1,5 - 10,0 %
Metallo del II gruppo principale
(Ma, Ca, Ba, Sr) . 0,1 - 2,0 %
Ossido del corrispondente metallo (Ma,
Ca, Ba, Sr) del II gruppo principale 0,1 - 2,0 %
Tantalio (Ta) 0,5 - 4,0 %
Me Percentuale restante,
in cui con Me è stato indicato un metallo che può essere Nichel (Ni), oppure Ferro (Fe), oppure Cobalto (Co), oppure una composizione di Ni-Fe-Co.
Inoltre, secondo un’ulteriore variante, è prevista la presenza di Renio (Re) in percentuale 2,0 - 11,0 %, in aggiunta al Tantalio o al posto del Tantalio.
La presenza predominante del metallo indicato con Me ed il contenuto di cromo e di alluminio nelle percentuali indicate garantiscono al rivestimento ottenuto una base e due fasi: la matrice di fase γ sulla base Me-Cr e Me- Al fase B libera.
In conseguenza della suddetta percentuale di alluminio sulla superficie del rivestimento si forma una pellicola protettiva di , che assicura un'elevata resistenza alla corrosione al rivestimento ottenuto.
La presenza di ittrio nelle proporzioni indicate consente di evitare fessurazioni e sfaldamenti del rivestimento.
La Richiedente ha inoltre riscontrato che sostituendo littrio (Y) con una composizione ittrio afnio (Hf) avente la stessa percentuale (0,3 - 1,5 %) rispetto al totale dei componenti, si ottiene una migliore adesione dell'ossido di alluminio sulla superficie del rivestimento.
La presenza del silicio e di un metallo del secondo gruppo principale in forma disciolta e di ossido nelle proporzioni indicate aumenta la resistenza alla corrosione della matrice γ della superficie del rivestimento ottenuto sull'articolo che lavori in un intervallo di temperatura tra 700°C e 850°C.
L'associazione del silicio, del metallo del secondo gruppo principale e del suo ossido consente di mantenere la capacità lavorativa del riporto ottenuto in caso di applicazione al plasma in aria o con fiamma ad alta velocità.
La presenza del metallo del secondo gruppo principale (Mg, Ca, Ba, Sr) nelle proporzioni indicate consente di evitare l'ossidazione dell'ittrio e del silicio nel corso dell'applicazione del riporto o rivestimento.
Un minore contenuto di silicio, del metallo del secondo gruppo principale e del suo ossido nella presente lega a base di nichel, ferro e cobalto, non aumenta la resistenza alla corrosione del rivestimento.
Un maggiori contenuto di silicio, ittrio, metallo del secondo gruppo principale con il suo ossido nella presente lega peggiora le caratteristiche meccaniche del rivestimento ottenuto, incrementa la fragilità, riduce il coefficiente di dilatazione termica e ciò causa fessurazione e sfaldamento del rivestimento e quindi peggiora la protezione nei confronti della corrosione provocata dalla solfossidazione. Se viene aumentato il contenuto di ossido di metallo del secondo gruppo principale jrispetto alle percentuali sopra indicate, si garantisce la diminuzione dell'influenza che le componenti attive di corrosione che si trovano nel carburante hanno sul rivestimento per mezzo della formazione di solfati e vanadati stabili dal punto di vista termodinamico. Con l'aggiunta del Tantalio e/o del Renio si ottiene inoltre un comportamento notevolmente migliore sui livelli delle temperature di ossidazione in condizioni di temperatura superiore a 1000°C.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1) Lega per rivestimenti o riporti resistenti alla corrosione, caratterizzata dal fatto di contenere cobalto, cromo, alluminio, ittrio, silicio, un metallo del II gruppo principale don corrispondente ossido, nelle seguenti proporzioni: Cromo (Cr) 26,0 - 30,0 % Alluminio (Al) 5,5 - 13,0 % Ittrio (Y) 0,3 - 1,5 % Silicio (Si) 1,5 - 4,5 % Metallo del II gruppo principale (magnesio, calcio, bario, stronzio) ... 0,1 - 2,0 % Ossido del borrispondente metallo del II gruppo principale 0,1 - 2,0 % Cobalto (Co) Percentuale restante.
- 2) Lega peri rivestimenti o riporti resistenti alla corrosione, caratterizzata dal fatto di contenere cromo, alluminio, ittrio, silicio, un metallo del II gruppo principale con corrispondente ossido, tantalio ed uno o più metalli tra Ni Fe e Co, nelle seguenti proporzioni: Cromo (Cr) 22,0 - 31,0 % Alluminio (Al) 5,5 - 13,0 % Ittrio (Y) 0,3 - 1,5 % Silicio (Si) 1,5 - 10,0 % Metallo de II gruppo principale (Ma, Ca, Ba, Sr) 0,1 - 2,0 % Ossido del corrispondente metallo (Ma, Ca, Ba, Sr) del II gruppo principale 0,1 - 2,0 % ed è prevista laggiunta di Tantalio (Ta) 0,5 - 4,0 % Me Percentuale restante, in cui Me è un metallo che può essere Nichel (Ni), oppure Ferro (Fe), oppure Cobalto (Co), oppure una composizione di Ni-Fe-Co, Ni-Fe, Ni-Co, Fe-Co.
- 3) Lega secondo la rivendicazione 2, in cui è ulteriormente presente Renio (Re) 2,0 - 11,0 %.
- 4) Lega secondo la rivendicazione 2, in cui il Tantalio è sostituito da Renio (Re) 2,0 - 11,0 %.
- 5) Lega secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui littrio è sostituito da una composizione di Ittrio (Y) ed Afnio (Hf), la quale mantiene la percentuale del 0,3 - 1,5 % sull'intera composizione della lega.
- 6) Rivestimento protettivo anti corrosione, caratterizzato dal fatto di essere realizzato mediante impiego di una lega secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
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