La modifica dei rivestimenti di alluminuro mediante l'aggiunta di uno strato di Pt migliora notevolmente la loro resistenza all'ossidazione ad alta temperatura sia per applicazioni aeronautiche che di power generation. Lo strato viene depositato prima del processo di alluminizzazione e si ottengono capacità di resistenza ottimali con spessori di 5-8 ¿m. L'unico metodo di deposizione del platino attualmente impiegato su scala industriale è la deposizione elettrolitica, che comporta problemi di controllo morfologico superficiale ed uniformità del rivestimento in presenza di geometrie complesse, come le pale delle turbine o componenti statorici. Lo scopo del presente progetto è quello di investigare e realizzare un¿alternativa che diminuisca i costi di produzione eliminando le difficoltà riscontrate negli attuali processi industriali di manufacturing.
La tecnica selezionata per raggiungere i sopracitati obiettivi è l¿electroless plating, che non prevede l¿utilizzo di corrente esterna eliminando i problemi di concentrazione del campo elettrico in presenza di discontinuità ed asperità lungo il profilo del substrato.
Una volta ottenuto il rivestimento, si procederà a caratterizzazione microstrutturale mediante l¿utilizzo di EDS ed XRD.
Il meccanismo di crescita del rivestimento sarà valutato mediante analisi SEM a diversi stati di deposizione deducendo il processo di nucleazione del rivestimento sul substrato.
Successivamente saranno effettuati trattamenti termici di diffusione prima dell¿alluminizzazione mediante un forno tubolare in atmosfera inerte. L¿evoluzione microstrutturale a differenti tempi di diffusione sarà investigata, quindi, mediante l¿utilizzo di SEM, EDS, XRD ed EBSD ed infine comparata con il rivestimento standard non modificato.
La produzione dei rivestimenti e la successiva caratterizzazione sarà effettuata mediante strumenti e apparecchiature presenti al momento nel Dipartimento di afferenza.
L¿elettrodeposizione è un processo estremamente sensibile alle disomogeneità di densità di corrente: sia la distanza anodica che la geometria del campione influenzano fortemente lo spessore del deposito, portando alla formazione di rivestimenti non uniformi. Inoltre, la microstruttura e la morfologia dei rivestimenti elettrodepositati dipendono fortemente dal potenziale catodico del processo, che è difficile da controllare con le tecniche galvanostatiche usate industrialmente [W.J. Basirun, J. Appl. Electrochem. 26 (1996)], [W. J. Basirun, J. Appl. Electrochem. 28 (1998)]. Per minimizzare tali problematiche sono necessari un controllo constante del processo e una progettazione accurata degli anodi, con conseguenze onerose sia in termini di tempo che di costi. La tecnica di electroless plating, invece, si propone come valida alternativa ai processi elettrochimici in quanto consente la riduzione degli ioni metallici mediante l'aggiunta di un agente riducente nella soluzione di deposizione [G. O. Mallory, Electroless plating: fundamentals and application (1990)]. Le reazioni anodica e catodica avvengono sullo stesso substrato, che corrisponde al campione da rivestire: il substrato accetta gli elettroni dall'agente riducente e li cede allo ione metallico, che si riduce direttamente sulla superficie. Non è necessaria alcuna alimentazione esterna e si possono facilmente formare rivestimenti omogenei sulla superficie di un substrato a patto che sia conduttivo.
Lo studio dello stato dell'arte sull¿electroless plating del platino evidenzia che gli attuali processi disponibili presentano numerosi limiti che li rendono inadatti agli scopi pratici. Tuttavia, i numerosi vantaggi rispetto alle tecniche galvaniche, sia in termini di processo che di costi, implicano che ci sia una pressante richiesta di esplorare diverse strade che possono portare allo sviluppo di una soluzione adatta alla deposizione electroless del platino.
L'uso di un agente riducente meno forte, insieme alla complessazione degli ioni metallici in soluzione, può essere la caratteristica chiave per ottenere un bagno di platino stabile con parametri di deposizione controllabili. La complessazione gioca un ruolo cruciale nella stabilità della soluzione e nella cinetica di reazione: quando è presente un agente legante, la deposizione del metallo non è ottenuta tramite un trasferimento di carica diretto, ma è necessaria una fase intermedia di dissociazione del complesso per la formazione delle specie elettroattive [M. Paunovic, Fundamentals of electrochemical deposition (2006)].
L'idrazina (nella sua forma più stabile monoidrata) è uno degli agenti riducenti più utilizzati per la deposizione chimica di metalli puri [S. S. Djokic, J. Electrochem. Soc. 144 (1997)]. A differenza dei più comuni agenti riducenti utilizzati (e.g. NaH2PO2 e NaBH4), l'idrazina si ossida ad azoto gassoso che viene allontanato dalla soluzione senza incorrere nelle reazioni collaterali che generano la formazione di leghe o intermetallici nei sistemi electroless più classici (Ni-P e Ni-B, rispettivamente). Funziona sia in ambiente alcalino che acido, ma il suo forte potere riducente può causare una riduzione incontrollata del platino e la decomposizione del bagno. Tuttavia, la dipendenza del suo potenziale redox da pH e temperatura è poco studiata in letteratura e il loro valore può essere regolato in modo da ottenere i giusti parametri per una deposizione controllata.
Inoltre, sebbene i benefici dettati dall¿introduzione del platino negli alluminuri diffusivi siano ormai ben noti, ancora non è chiaro quali siano i meccanismi di rinforzo effettivamente legati alla presenza di Pt nella matrice del bond coat, quale sia la microstruttura dei rivestimenti ottenuti e come le fasi presenti influenzino il comportamento ad alta temperatura. Dal momento che le differenti microstrutture che possono essere prodotte nei rivestimenti Pt-Al dipendono principalmente dalla combinazione di tempo e temperatura impiegata nei processi di diffusione pre e post allumminizzazione, questo lavoro si propone di analizzare l¿evoluzione microstrutturale del rivestimento durante la fase di produzione e durante i test di ossidazione, così da caratterizzarne i cambiamenti e metterli in relazione con la resistenza ad ossidazione del componente. L¿analisi sistematica e competa dei risultati sperimentali permetterà, dunque, di avanzare ipotesi circa il funzionamento di rinforzo all'ossidazione indotto dal Pt e di presentare un meccanismo che risponda a tutte le evidenze sperimentali.