La preparazione di rivestimenti ceramici resistenti all'ossidazione ad alta temperatura su substrati di niobio e leghe di niobio è una tecnologia superficiale fondamentale per estendere la loro eccellente resistenza alle alte temperature per applicazioni in ambienti contenenti ossigeno. Le sfide principali in questo campo risiedono nel risolvere l'enorme stress termico causato dalla discrepanza nei coefficienti di dilatazione termica tra metalli e ceramiche, nonché nel garantire la compatibilità chimica interfacciale per prevenire la formazione di crepe e la spallazione del rivestimento durante i cicli termici.
Per ottenere una protezione affidabile, è necessario adottare un sistema a gradiente progettato con precisione: "substrato di niobio - strato di transizione funzionale - strato superiore ceramico". La tecnologia chiave prevede la formazione in situ di un interstrato continuo di siliciuro (ad esempio, NbSi₂) sul substrato attraverso processi come la siliconizzazione. Questo interstrato non solo forma un forte legame metallurgico con il substrato, ma presenta anche un coefficiente di dilatazione termica intermedio tra i due materiali, alleviando efficacemente lo stress termico e fungendo da barriera alla diffusione per inibire la penetrazione dell'ossigeno. Sopra questo interstrato ottimizzato, vengono depositate ceramiche funzionali con bassa diffusività dell'ossigeno ed eccellente stabilità termica (come la mullite) come barriera finale. Questo sistema di protezione sinergica completo ha consentito con successo l'utilizzo di componenti in lega di niobio in settori all'avanguardia soggetti a temperature estremamente elevate e shock termici, tra cui gli ugelli dei motori a razzo e le pale delle turbine a gas avanzate.
Di seguito è riportato lo schema di preparazione del campione per questa applicazione. La sfida principale consiste nella lucidatura di rivestimenti ceramici soggetti a cricche e scheggiature:
1️⃣ Molatura grossolana: carta vetrata al carburo di silicio P2500 con cera a bassa temperatura applicata sulla superficie;
2️⃣ Levigatura fine: carta vetrata al carburo di silicio P4000 con cera a bassa temperatura applicata sulla superficie;
3️⃣ Lucidatura grossolana: panno lucidante ET-JP + ossido di alluminio da 3μm;
4️⃣ Lucidatura fine: panno lucidante ZN-JP + silice da 50 nm.
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