Analisi e ottimizzazione di rivestimenti TBC su palette di turbina mediante l’utilizzo del sensore Accuraspray 4.0 = Analysis and optimisation of TBC coatings on turbine blades through the use of the Accuraspray 4.0 sensor

La qualità dei rivestimenti Thermal Barrier Coating (TBC), impiegati su palette di turbina, è fondamentale per garantire l’affidabilità e l’efficienza delle turbine. Le tecniche di deposizione più utilizzate per la realizzazione di tali rivestimenti sono i processi Thermal Spray, in particolare le varianti High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) e Atmospheric Plasma Spray (APS). Obiettivo principale di questo lavoro di tesi è ottimizzare i processi di deposizione HVOF e APS attraverso un approccio innovativo che prevede il monitoraggio in tempo reale dei parametri di processo mediante l’utilizzo del sensore Accuraspray 4.0. Tale strumento è in grado di misurare con elevata precisione le caratteristiche del fascio di particelle (temperatura, velocità, dimensioni e intensità), permettendo di correlare tali misure con le proprietà finali del rivestimento. Il lavoro è stato condotto presso l’azienda ATLA S.r.l., con l’obiettivo di aumentare la ripetibilità del processo, migliorare la qualità del prodotto e ottimizzare il processo. Il percorso metodologico ha previsto la realizzazione di provini composti da una piastrina in superlega di nichel (Hastelloy X), su cui sono stati depositati strati di bond coat e top coat con le tecniche HVOF e APS. Durante la deposizione, il sensore Accuraspray ha monitorato in tempo reale i parametri del getto, consentendo di identificare eventuali instabilità e raccogliere dati fondamentali per l’analisi statistica successiva. Il cuore dell’analisi si basa su un approccio multifattoriale noto come Design of Experiments (DoE), che consente di modificare simultaneamente più variabili di processo e valutarne l’impatto sul prodotto finito. I dati ottenuti sono stati elaborati mediante ANOVA (Analysis of Variance), tecnica statistica che permette di determinare la significatività dei fattori e delle loro interazioni, misurata tramite il valore di p-value. Per la tecnica HVOF, i parametri consolidati in uso presso l’azienda hanno prodotto un rivestimento conforme, ma è stato osservato che una riduzione del flusso di ossigeno, pur mantenendo inalterate le prestazioni del coating, può rappresentare un vantaggio economico per l’azienda. Per quanto riguarda la tecnica APS applicata al bond coat, si è proposto di ridurre la quantità di polvere impiegata per ottenere un miglior compromesso tra qualità e costi di processo. Il top coat ceramico applicato mediante APS, utilizzando una polvere di zirconia stabilizzata con ittrio. Il rivestimento ottenuto ha mostrato una distribuzione omogenea dei pori e assenza di cricche o discontinuità e l’analisi ha confermato i parametri standard come ottimali per il processo. Nel complesso, i risultati evidenziano come lo stesso parametro possa influire in modo diverso a seconda del tipo di rivestimento (bond coat o top coat) o della tecnica utilizzata (HVOF o APS), a causa della diversa natura dei materiali e dei range operativi adottati. L’utilizzo del sensore Accuraspray si è rivelato utile per il controllo di routine, offrendo un valido supporto nella diagnostica e nel monitoraggio del processo. Tuttavia, è emerso che le misurazioni fornite dal sensore devono essere integrate con analisi microscopiche e valutazioni statistiche, poiché non garantiscono da sole la conformità funzionale del rivestimento.