I rivestimenti termici a spruzzo sono ampiamente utilizzati per varie applicazioni, ma prepararli per l'esame metallografico può essere difficile. Quali sono le principali sfide nella preparazione dei rivestimenti termici a spruzzo e come possono essere superate?
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La stima della reale porosità in un rivestimento a spruzzo dopo la preparazione metallografica è ancora oggetto di dibattito, poiché se la prelevigatura e lucidatura metallografica non vengonono eseguite correttamente, possono creare artefatti estranei alla struttura del rivestimento.
Nei rivestimenti in metallo o metallo/ceramica, ad esempio, il metallo più tenero viene spalmato nei pori durante la prelevigatura e, se non correttamente lucidato, può nascondere la vera porosità. I rivestimenti ceramici invece sono fragili, e le particelle vengono rimosse dalla superficie durante la prelevigatura. Se non perfettamente lucidati, queste particelle possono erroneamente dare l'impressione di un'elevata porosità.
In generale, le difficoltà più comuni riscontrate nella preparazione dei rivestimenti termici a spruzzo per l'analisi metallografica, includono:
Taglio: Il serraggio di pezzi rivestiti a spruzzo per il sezionamento può causare cricche in rivestimenti fragili o comprimere rivestimenti molto delicati.
Inglobamento: Le resine inglobatrici a freddo con elevato ritiro possono danneggiare i rivestimenti con scarsa adesione al substrato; a causa del gap di ritiro, il rivestimento non viene supportato dalla resina, il che può portare alla delaminazione durante la prelevigatura e lucidatura.
Prelevigatura e Lucidatura: L'arrotondamento dei bordi può compromettere l'uniformità della lucidatura con conseguente interpretazione errata della densità del rivestimento. Inoltre, il rilievo tra rivestimento e substrato crea un'ombra che può essere mal interpretata.
Fig. 1: Rivestimento ceramico spray, lucidatura insufficiente
Fig. 2: Stesso rivestimento della figura 1, lucidatura corretta
Fig. 3: L'arrotondamento dei bordi può compromettere l'uniformità della lucidatura con conseguente interpretazione errata della densità del rivestimento. In questo caso una lucidatura errata indica una minore porosità al centro del rivestimento
Fig. 4: Il rilievo tra rivestimento e substrato crea un'ombra che può essere interpretata in modo errato; in questo caso un rivestimento a spruzzo WC/Co con lucidatura del rilievo presenta una linea scura all'interfaccia resina/rivestimento
Quando si sceglie un disco di taglio, la considerazione principale è il materiale del substrato (che di solito è metallico). Tuttavia, per evitare il trasferimento di particelle fragili dal rivestimento, selezionare un disco con un legante sciolto (morbido), soprattutto quando si tagliano parti con rivestimenti ceramici. Anche se il rivestimento è in ceramica, costituisce solo una piccola percentuale della sezione trasversale totale e non è necessario tagliarlo con un disco di taglio diamantato. Di solito è possibile utilizzare un disco all'ossido di alluminio morbido. Se il rivestimento ceramico è molto spesso, in alternativa si può utilizzare un disco di taglio diamantato legante resina densa.
È possibile che dopo la lucidatura finale si verifichino delle cricche nel rivestimento causate dal taglio. In tal caso, prelevigare e lucidare nuovamente il campione. Se la cricca è dovuta al taglio, di solito scompare. Se invece non dipende dal taglio, riapparirà o potrebbero apparire cricche in altre aree.
Suggerimento: Come proteggere i rivestimenti fragili e molto morbidi
Posizionare un sottile pezzo di polistirolo o gomma tra i morsetti e il campione può aiutare a proteggere i rivestimenti fragili e molto morbidi da eventuali danni.
Suggerimento: Come evitare la delaminazione
Quando si tagliano pezzi diversi dai coupon di prova, incidere il rivestimento verso il substrato e non dal substrato verso il rivestimento, per evitare che il movimento del disco di taglio provochi la delaminazione del rivestimento dal substrato.
Suggerimento: Come proteggere i rivestimenti fragili
Per proteggere i rivestimenti fragili o sottili durante il taglio, eseguire un'impregnazione sotto vuoto con resina epossidica a freddo prima del taglio . I pezzi tagliati poi possono essere inglobati di nuovo prima della prelevigatura e lucidatura.
Fig. 5: Cricca tra un rivestimento spray al plasma e il substrato, risultante dal taglio
Fig. 6: Cricche causate dal taglio
Si sconsiglia l'inglobamento a caldo che danneggia facilmente i rivestimenti a spruzzo. Si consiglia invece l'inglobamento a freddo con resina epossidica (ProntoFix, EpoFix, CaldoFix-2). Tuttavia, tenere presente che le resine a freddo con elevata contrazione possono danneggiare i rivestimenti con scarsa adesione al substrato.
In generale, si consiglia l'impregnazione sotto vuoto per tutti i rivestimenti. La profondità di impregnazione dipende dal grado di porosità e dalle interconnessioni tra i pori. L'impregnazione di rivestimenti molto porosi è più semplice di quella di rivestimenti più densi, mentre i rivestimenti con meno del 10% di porosità non possono essere impregnati con successo.
Suggerimento: Come distinguere i vuoti
Può essere difficile distinguere tra i vuoti riempiti con resine d'inglobamento trasparenti o traslucide e gli elementi strutturali del rivestimento. La soluzione consiste nel miscelare un colorante fluorescente (Epodye) nella resina a freddo. Ciò avrà l'effetto di colorare i vuoti di giallo quando si utilizza un filtro blu a lunga passata e un filtro arancione a breve passata. (Questa tecnica non funziona sui rivestimenti ceramici, poiché sono traslucidi e l'intero rivestimento appare fluorescente).
Fig. 7: Danneggiamento di un rivestimento ceramico a spruzzo a causa di un inglobamento a caldo sotto pressione
Fig. 8: Stesso rivestimento della figura 9, inglobato a freddo
Fig. 9: Rivestimento spray al plasma WC/Co in campo chiaro
Fig. 10: Stesso rivestimento della figura 11, luce fluorescente
I rivestimenti metallici possono essere lucidati finemente con una soluzione diamantata da 1 μm o con silice colloidale (OP-U NonDry) su un panno morbido. La sospensione di silice pirogenica OP-S NonDry non è consigliata per la lucidatura di rivestimenti metallici a spruzzo, poiché crea eccessivo rilievo. OP-S NonDry è invece adatta per la lucidatura finale dei rivestimenti ceramici, poiché conferisce un buon contrasto con la struttura.
Durante i test per trovare il metodo di preparazione ottimale, provare sia la soluzione con carburo di silicio che quella diamantata. In alcuni casi, una soluzione diamantata da 1 µm può essere preferibile alla silice colloidale.
Esempio 1: Rivestimento metallico a spruzzo
Fig. 11: Esempio 1: Rivestimento metallico a spruzzo. Dopo prelevigatura fine
Fig. 12: Esempio 1: Rivestimento metallico a spruzzo. Lucidato con 3 µm
Fig. 13: Esempio 1: Rivestimento metallico a spruzzo. Dopo la lucidatura finale
Esempio 2: Rivestimento ceramico a spruzzo
Fig. 14: Esempio 2: Rivestimento ceramico a spruzzo. Dopo prelevigatura fine
Fig. 15: Esempio 2: Rivestimento ceramico a spruzzo. Lucidato con 3 µm
Fig. 16: Esempio 2: Rivestimento ceramico a spruzzo. Dopo lucidatura finale