Ricoprimento di manufatti Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) tramite termospruzzatura High Velocity Oxygen-Fuel (HVOF)

Since the 2010s, additive manufacturing technologies have increasingly gained more importance in global industrial production. Among these, Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) stands out as the most widely used method, gradually replacing conventional subtractive techniques to produce diverse metallic parts. Many of these components are subjected to tribological contacts and corrosive environments. Therefore, they need surface treatments or coatings. When choosing a treatment or coating, the unique properties of L-PBF parts, such as their relatively high roughness, must be considered. While high roughness is typically seen as a limitation, as it affects the fatigue resistance of components, and it poses challenges for the application of certain coatings, it could represent an opportunity in the deposition of thermal spray coatings. Indeed, these coatings require substrates with moderate roughness to ensure proper adhesion. The roughness of L-PBF surfaces could remove the need for intermediate finishing treatments, simplifying the coating application process. In this work, we deposited WC-10%Co4%Cr-based coatings by means of High Velocity Oxygen-Fuel (HVOF) onto AISI 316L L-PBF substrates, with different surface conditions. To evaluate the influence of the substrate surface morphology, we employed as-built surfaces obtained with two different sets of building parameters, sandblasted surfaces, and laser-remelted ones. We also examined L-PBF surfaces grown along different directions: parallel, perpendicular, or inclined with respect to the build platform. Furthermore, to investigate the effects of the presence of surface oxide layers, some substrates were subjected to chemical pickling. As a benchmark, we deposited the coatings on a grit-blasted stainless-steel bulk. Dense coatings were obtained on all surfaces, regardless their morphology and the applied treatments. Electrochemical corrosion tests confirmed the low porosity of the coatings, with comparable results obtained with both the L-PBF and reference samples. The tensile adhesion tests produced satisfactory results: the adhesion strength of coatings on L-PBF surfaces was generally comparable to that observed on the reference samples. These findings were further validated through cyclic impact tests, where no detachment or delamination phenomena were observed. Notably, pickling demonstrated significant advantages in terms of adhesion. Indeed, in both impact and tensile adhesion tests, the pickled samples exhibited excellent performance. Surfaces in pickled conditions not only guarantee the mechanical bonding of the coating to the substrate but also facilitate diffusion bonding between the molten splats and the clean metal. L-PBF parts, therefore, seem to be able to accommodate the deposition of thermal spray coatings without requiring intermediate surface finishing treatments. The removal of surface oxides through a pickling treatment could be the only operation needed to attain the best coating/substrate adhesion.

A partire dal decennio scorso, le tecnologie additive hanno iniziato ad acquisire sempre più importanza nella produzione industriale globale. Tra queste, la tecnologia Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) si è così diffusa da avere sostituito le tecnologie tradizionali nella produzione di alcuni componenti metallici. Molti di questi componenti operano in ambienti corrosivi o sono coinvolti in contatti tribologici; pertanto, devono spesso essere rivestiti o sottoposti a trattamenti superficiali. Nella scelta dei trattamenti e dei rivestimenti da applicare, occorre considerare le caratteristiche peculiari dei componenti L-PBF, prima fra tutte, l’elevata rugosità che ne caratterizza le superfici. Tale caratteristica è spesso considerata una limitazione, in quanto inficia la resistenza a fatica dei componenti e compromette l’applicazione di alcuni rivestimenti. Tuttavia, essa può rappresentare un’opportunità nella deposizione di rivestimenti termospruzzati, che necessitano di substrati con una moderata rugosità, al fine di aderire adeguatamente. Le superfici L-PBF potrebbero accogliere questi rivestimenti senza necessità di lavorazioni intermedie. In questo lavoro, sono stati depositati dei rivestimenti termospruzzati a base WC-10%Co4%Cr ottenuti via High Velocity Oxygen-Fuel (HVOF) su substrati in acciaio AISI 316L, realizzati mediante L-PBF. Per studiare l’influenza della morfologia superficiale del substrato sull’adesione e sulla resistenza a corrosione dei rivestimenti, essi sono stati depositati su: superfici “as built” ottenute con due diversi set di parametri di costruzione, superfici sabbiate, e superfici sottoposte a due diversi trattamenti di rifusione laser. È stata anche valutata l’eventuale influenza della direzione di crescita delle superfici L-PBF: parallela, perpendicolare, o inclinata rispetto alla piattaforma di costruzione. Per indagare gli effetti della possibile presenza di strati di ossido superficiali, inoltre, alcuni substrati sono stati sottoposti a decapaggio chimico. Come riferimento, i rivestimenti sono stati depositati su tradizionali componenti massivi in acciaio inossidabile, preventivamente sabbiati. Su ogni superficie, indipendentemente dalla morfologia e dai trattamenti eseguiti, sono stati ottenuti rivestimenti densi. La bassa porosità dei rivestimenti è stata confermata dai test di corrosione elettrochimica, che hanno mostrato un andamento confrontabile per i campioni L-PBF e per quelli di riferimento. I test di adesione a trazione hanno restituito risultati soddisfacenti; generalmente, la forza di adesione dei rivestimenti sulle superfici L-PBF è risultata paragonabile a quella misurata sui riferimenti. Tali risultati sono stati confermati dai test di impatto ciclico, a seguito dei quali non sono stati osservati fenomeni di distacco o delaminazione dei rivestimenti. Il decapaggio chimico si è rivelato particolarmente vantaggioso in termini di adesione. Sia nei test di impatto, sia nei test di adesione a trazione, i campioni decapati hanno generalmente mostrato le migliori prestazioni. Superfici così trattate, infatti, non solo garantiscono l’aggancio meccanico del rivestimento al substrato, ma consentono la diffusione degli elementi del rivestimento nel metallo sottostante. I componenti realizzati mediante L-PBF, dunque, sembrano poter accogliere la deposizione di rivestimenti termospruzzati senza richiedere operazioni di finitura superficiale intermedie. La rimozione degli ossidi superficiali mediante un trattamento di decapaggio potrebbe essere l’unica operazione necessaria, al fine di migliorare ulteriormente l’adesione dei rivestimenti.