I processi principali per il rivestimento ceramico dell'acciaio H13 includono principalmente la spruzzatura al plasma (APS), la spruzzatura con fiamma ad alta-velocità (HVOF) e la deposizione fisica in fase di vapore (PVD). Ciascuno di questi tre metodi ha la propria enfasi in termini di principi dell'attrezzatura, parametri di processo e scenari applicabili, ma tutti richiedono tre fasi principali: pretrattamento del substrato, spruzzatura/deposizione e post-trattamento.
I. Processo generale di pretrattamento (condiviso da tutti i processi)
Indipendentemente dalla tecnologia di rivestimento utilizzata, il substrato in acciaio H13 deve essere sottoposto a un pretrattamento rigoroso per garantire la forza di adesione:
Sgrassaggio e pulizia: rimuovere l'olio dalla superficie utilizzando acetone o pulizia ad ultrasuoni.
Sabbiatura e irruvidimento: sabbiare la superficie con abrasivo Al₂O₃ (60–80 mesh) per migliorare la ruvidità della superficie (Ra maggiore o uguale a 3,2μm) e migliorare l'adesione meccanica.
Trattamento di preriscaldamento: riscaldare il pezzo a 150–200 gradi per ridurre le differenze di stress termico durante la spruzzatura.
II. Spiegazione dettagliata di tre processi principali
1. Spruzzatura al plasma (APS)
Utilizza un arco al plasma ad alta-temperatura per sciogliere la polvere ceramica e spruzzarla ad alta velocità sulla superficie del substrato.
Fasi del processo:
1. Generazione di arco al plasma: un gas misto Ar/N₂/H₂ viene ionizzato da un arco elettrico per formare un getto di plasma con temperature fino a 15.000–20.000 K.
2. Alimentazione e fusione della polvere: la polvere di Al₂O₃, ZrO₂ o Al₂O₃-TiO₂ viene alimentata nel getto e riscaldata fino allo stato fuso o semi-fuso.
3. Deposizione ad alta-velocità: la polvere colpisce il substrato a una velocità di 200–600 m/s e si raffredda rapidamente per formare un rivestimento.
4. Parametri di controllo: corrente 100–600 A, tensione 30–80 V, velocità di alimentazione polvere 10–30 g/min
5. Caratteristiche: Può spruzzare vari materiali ceramici; spessore del rivestimento 100–200 μm, porosità circa 2–5%.
6. Spruzzatura di fiamma ad alta-tensione (HVOF): ottenere una deposizione di rivestimento denso generando un flusso di fiamma supersonico attraverso la combustione di combustibili (come cherosene o idrogeno) e ossigeno ad alta-pressione.
2. Fasi del processo di spruzzatura con fiamma ad alta-tensione (HVOF):
Reazione di combustione: il carburante e l'O₂ bruciano continuamente nella camera di combustione, producendo una fiamma ad alta-temperatura di 2900–3000 gradi.
Accelerazione del gas: il gas si espande attraverso un ugello Laval, formando un getto supersonico di 1500–2000 m/s.
Accelerazione e deposizione della polvere: la polvere ceramica (come WC-Co, Cr₃C₂-NiCr) viene riscaldata fino a raggiungere uno stato plastico e colpisce il substrato ad alta velocità, formando un rivestimento ad alta-adesione.
Parametri tipici: Distanza di spruzzatura 150–300 mm, la forza di adesione del rivestimento può raggiungere oltre 70 MPa.
Caratteristiche: Porosità<1%, high bonding strength, suitable for high wear resistance and fatigue resistance conditions.
3. Deposizione fisica da vapore (PVD)
In un ambiente sotto vuoto, il materiale target viene atomizzato fisicamente e depositato sulla superficie del substrato per formare una pellicola.
Fasi del processo:
Aspirazione: evacuare la camera a una temperatura superiore a 10⁻³ Pa per garantire un ambiente pulito.
Pulizia ionica: introdurre gas Ar e applicare una polarizzazione negativa per generare ioni argon che bombardano la superficie del pezzo, attivando e rimuovendo gli ossidi.
Deposizione della pellicola: utilizzare l'evaporazione ad arco o lo sputtering con magnetron per vaporizzare target metallici come Ti e Cr, che reagiscono con N₂ per formare rivestimenti duri come TiN e CrN.
Controllo della deposizione: temperatura 200–500 gradi, velocità di deposizione 0,1–1 μm/h, spessore del film tipicamente 2–5 μm.
Caratteristiche: rivestimento denso, non-poroso con elevata finitura superficiale, adatto per stampi di precisione e applicazioni anti-adesione.
III. Post-trattamento e controllo qualità
Raffreddamento lento: raffreddare lentamente a temperatura ambiente dopo la spruzzatura per evitare fessurazioni da stress termico.
Finitura superficiale: molatura o lucidatura secondo necessità per garantire la precisione dimensionale.
Metodi di prova:
Test di microdurezza (HV)
Test di adesione (norma ASTM C633)
Analisi metallografiche e osservazione al SEM della struttura del rivestimento
