ITTO20110257A1 - Metodo per la riparazione di un componente in lega di alluminio - Google Patents

Description

“METODO PER LA RIPARAZIONE DI UN COMPONENTE IN LEGA DI ALLUMINIOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per la riparazione di un componente in lega di alluminio, in particolare di un componente in lega di alluminio indurita per precipitazione.

Come à ̈ noto, i componenti aeronautici, in genere, sono sottoposti, in uso, ad elevate sollecitazioni meccaniche e devono, pertanto, presentare specifiche proprietà meccaniche, in particolare per quanto concerne resistenza meccanica a caldo, durezza e resistenza all’usura.

In particolare, questa esigenza à ̈ sentita per componenti quali scatole di trasmissione accessori o di potenza per motori aeronautici ed elicotteristici. Tali componenti sono tipicamente realizzati in leghe leggere a base di alluminio induribili per precipitazione.

Frequentemente, tali componenti richiedono l’effettuazione di operazioni di riparazione. Questa eventualità può verificarsi già nelle diverse fasi di fabbricazione di componenti nuovi, per esempio a livello di realizzazione dei getti, di semilavorati o dopo una fase di lavorazione meccanica, per ragioni dimensionali o per danni locali da movimentazione o trasporto, o ancora per difetti di carattere metallurgico come porosità, cricche, inclusioni. Inoltre, à ̈ frequente che si debba ricorrere a processi di riparazione sui componenti finiti a seguito di un periodo di funzionamento in servizio, per problemi di usura, corrosione, impatti indesiderati o altro.

Tradizionalmente, la riparazione dei componenti in lega di alluminio à ̈ stata effettuata mediante numerose tecnologie, tra le quali: il ripristino mediante deposizione di materiale di apporto per saldatura (saldatura TIG, laser cladding, eccetera); l’applicazione di resine ad elevata resistenza; il montaggio ad interferenza (per il recupero di diametri interni maggiorati mediante boccolamento); tecniche di deposizione mediante spruzzatura termica.

Tuttavia, tali tecnologie presentano, come verrà illustrato nel seguito, diverse problematiche.

Le tecniche di riparazione basate sulle tecniche di saldatura vengono ampiamente utilizzate per la riparazione di componenti grezzi prima del trattamento termico. Esse presentano l’indubbio vantaggio di produrre un legame metallurgico con il materiale del substrato, ma sono difficilmente applicabili alla riparazione di componenti già lavorati, a causa delle deformazioni introdotte con la saldatura. Inoltre, soprattutto per le leghe di alluminio induribili per precipitazione, il materiale di apporto ha, rispetto al substrato, una microstruttura molto diversa e proprietà meccaniche sensibilmente inferiori.

Le tecniche di riparazione mediante applicazione di resine polimeriche ad elevata resistenza hanno limitata applicabilità data l’evidente dissimilarità tra il materiale di base metallico e quello di apporto, che à ̈ costituito sostanzialmente da una resina organica. Le elevate temperature di polimerizzazione di alcune resine di tipo epossidico, le quali possono essere dell’ordine dei 200°C, inoltre, possono provocare un indesiderabile peggioramento delle caratteristiche meccaniche di alcune leghe leggere indurite per precipitazione.

Le tecniche di riparazione che si basano su montaggi ad interferenza vengono solitamente utilizzate per il recupero di diametri interni usurati o maggiorati, ma questo tipo di applicazione à ̈ evidentemente limitato da fattori di carattere geometrico o strutturale.

La riparazione dei componenti in alluminio o relative leghe mediante tecniche di spruzzatura termica, invece, prevede la deposizione di materiale di apporto nel quale le particelle del materiale da depositare vengono portate ad una temperatura elevata che ne determina la fusione. Questa tecnologia ha, di conseguenza, lo svantaggio, per quanto riguarda la deposizione di polveri di alluminio, di favorire l’ossidazione delle particelle fuse a contatto con l’ossigeno atmosferico.

Inoltre, le proprietà meccaniche della porzione di materiale di apporto sono decisamente inferiori a quelle del substrato, e pure la qualità dell’adesione relativa risulta generalmente insoddisfacente.

Per ovviare a questo inconveniente, la spruzzatura termica per la riparazione di leghe di alluminio viene spesso effettuata depositando materiali differenti dal materiale base. Spesso si ricorre, infatti, a polveri di bronzi o leghe Ni-Al. L’applicazione di materiali diversi dal materiale di base comporta comunque altre problematiche legate al differente comportamento che materiali dissimili tra loro presentano nel corso dei processi che contribuiscono al completamento della fabbricazione dei componenti (per esempio nel caso di applicazione del processo di ossidazione anodica del componente in alluminio) o durante lo stesso funzionamento in servizio (per esempio a causa di effetti di corrosione galvanica accelerata, coefficienti di dilatazione termica differenziale, eccetera).

Un ulteriore svantaggio delle tecniche di riparazione mediante processi di spruzzatura termica di tipo tradizionale (plasma spray, HVOF, thermo-spray, D-gun, eccetera) deriva dal fatto che occorre implementare un controllo molto attento della temperatura del substrato per evitare che vengano raggiunte temperature troppo elevate con conseguente possibile decadimento delle proprietà meccaniche. È noto, infatti, che le leghe di alluminio, in particolare quelle indurite per precipitazione di fasi indurenti, possono perdere rapidamente le loro caratteristiche di resistenza a trazione e snervamento a seguito di un riscaldamento a temperature superiori a quelle di precipitazione.

Si avverte, pertanto, nel settore, l’esigenza di fornire un metodo per la riparazione di componenti in lega di alluminio, in particolare di componenti in lega di alluminio indurita per precipitazione, che consenta di superare almeno uno degli inconvenienti descritti in precedenza.

Più particolarmente, si avverte, soprattutto nel settore aeronautico, l’esigenza di fornire un metodo per la riparazione di componenti in lega di alluminio tale da conferire ai componenti riparati caratteristiche meccaniche tali da soddisfare i requisiti imposti dalle particolari condizioni di uso, con particolare riferimento all’omogeneità delle proprietà fra materiale costituente il supporto (ovvero il componente da riparare) e la porzione di materiale di apporto, e alla loro relativa adesione.

Inoltre, si avverte nel settore l’esigenza di fornire un metodo per la riparazione di componenti in lega di alluminio, in particolare di componenti in lega di alluminio indurita per precipitazione, che imponga bassi investimenti impiantistici e ridotti costi di gestione e manutenzione e che possa garantire una elevata produttività.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un metodo per la riparazione di componenti in lega di alluminio, in particolare di componenti in lega di alluminio indurita per precipitazione, il quale metodo consenta di soddisfare in modo semplice ed economico almeno una delle suddette esigenze.

Il suddetto scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione, in quanto relativa ad un metodo secondo quanto definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne viene descritta nel seguito una preferita forma di attuazione, a puro titolo di esempio non limitativo.

Vantaggiosamente, un componente in lega di alluminio, e, in particolare, in una lega di alluminio indurita per precipitazione, viene riparato depositando per cold spray sul componente da riparare una porzione di materiale di apporto, ottenendo così un componente parzialmente riparato.

Nel contesto dell’invenzione, per “componente da riparare†si intende un componente in lega di alluminio che necessita di riparazione, indipendentemente dallo stato di lavorazione meccanica del componente stesso.

Per “indipendentemente dallo stato di lavorazione meccanica del componente stesso†si intende che il componente da riparare può essere, con riferimento al relativo procedimento di fabbricazione: allo stato grezzo; allo stato di semi-lavorato; finito; o anche un componente finito che à ̈ già stato posto in servizio, e che necessita di essere sottoposto a riparazione per ovviare a danni subiti nelle condizioni effettive di funzionamento nell’ambito della relativa destinazione di impiego.

Il “componente da riparare†costituisce il substrato della fase di deposizione per cold spray, la quale verrà descritta, in maggiore dettaglio, nel seguito.

A seguito della fase di deposizione della porzione di materiale di apporto sul componente da riparare, si ottiene un “componente parzialmente riparato†.

La deposizione per cold spray à ̈ una tecnica di sviluppo relativamente recente e che prevede la deposizione di materiali metallici in forma di polvere. A differenza dei processi di spruzzatura termica, però, nella deposizione per cold spray il materiale di apporto rimane allo stato solido senza mai raggiungere le condizioni di fusione.

Tipicamente, secondo tale tecnica, una polvere metallica o una miscela di polveri metalliche avente una composizione predeterminata viene iniettata attraverso un ugello ed applicata a un substrato venendo accelerata allo stato non fuso, a velocità dell’ordine di 300 ̧ 1.200 m/s per mezzo di un flusso di un gas di trasporto che attraversa l’ugello. Impattando con il substrato con sufficiente energia cinetica, le particelle della polvere deformano localmente il substrato e sono deformate esse stesse.

Nel contesto dell’invenzione, il componente da riparare costituisce il “substrato†sul quale viene depositata la polvere metallica a costituire una “porzione di materiale di apporto†.

Preferibilmente, la polvere metallica o miscela di polveri metalliche utilizzata per la deposizione della porzione di materiale di apporto ha composizione sostanzialmente identica a quella del substrato (ovvero del componente da riparare). L’utilizzo di materiale di apporto con composizione sostanzialmente identica a quella del substrato ha il vantaggio di minimizzare le differenze di comportamento tra il substrato ed il materiale di apporto, ripristinando il più possibile le condizioni del componente riparato rispetto al componente nuovo.

La tecnica di deposizione per cold spray favorisce, per ragioni di carattere fisico e chimico-fisico, la formazione di una porzione di materiale di apporto compatta e saldamente aderente al substrato. In particolare, promuovono questo vantaggioso risultato la compenetrazione reciproca di materiale di apporto e substrato e la rottura, al momento dell’impatto, dei sottili strati superficiali di ossido che, in pratica, sono sempre presenti nei materiali esposti all’atmosfera esterna.

Questo aspetto risulta particolarmente vantaggioso nel caso della riparazione di componenti danneggiati nel corso del loro funzionamento in servizio, ovvero quando siano stati esposti per un tempo molto prolungato a condizioni atmosferiche aggressive.

Tipicamente, nella tecnica di deposizione per cold spray, viene impiegato un flusso gassoso compresso ad una pressione di circa 5 ̧50 bar. Tale flusso gassoso avvolge le particelle di polvere metallica le trascina espellendole attraverso l’ugello ad alta velocità. Facoltativamente, almeno una parte del flusso gassoso viene riscaldata prima di arrivare all’ugello di applicazione.

Preferibilmente, viene impiegato come gas di trasporto un gas inerte monoatomico come l’elio. L’elio ha il duplice pregio di permettere, come gas monoatomico, l’accelerazione delle particelle alle velocità più elevate e contemporaneamente, grazie alla sua inerzia, di escludere la possibilità di ossidazione della polvere metallica. Tuttavia, poiché i tempi di contatto tra i componenti della miscela di polveri metalliche ed il gas di trasporto sono molto limitati, à ̈ possibile utilizzare anche gas di trasporto più economici, come azoto o aria, sebbene, a parità di pressione, le velocità raggiungibili delle particelle siano inferiori a quelle raggiungibili con l’elio.

La temperatura di deposizione à ̈ tipicamente la più bassa possibile, compatibilmente con la necessità di ottenere un livello minimo di deformazione delle particelle di polvere spruzzate.

Per quanto concerne la dimensione media delle particelle metalliche costituenti la polvere da depositare, questa può essere vantaggiosamente scelta nell’intervallo da 1 a 200 mm

Questa tecnica favorisce quindi per natura la formazione di una porzione di materiale di apporto avente un basso livello di porosità e buone caratteristiche di adesione nei confronti del materiale costituente il supporto.

Nel caso di componenti in lega di alluminio, e, più in particolare, di componenti in lega di alluminio indurita per precipitazione, la porzione di materiale di apporto depositata per cold spray presenta tipicamente una elevata fragilità ed elevate tensioni interne che non sono pienamente soddisfacenti in vista dell’impiego nel settore aeronautico.

In generale, si rileva tipicamente una sensibile disomogeneità in termini di proprietà meccaniche e caratteristiche microstrutturali tra il substrato e la porzione di materiale di apporto depositata per cold spray. Tale disomogeneità à ̈ indesiderabile in vista della destinazione di impiego dei componenti.

Inoltre, la qualità di adesione tra la porzione di materiale di apporto depositata ed il substrato, pur se generalmente migliore rispetto ad altre tecnologie di deposizione mediante spruzzatura termica, à ̈ generalmente limitata.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, il metodo per la riparazione di componenti in lega di alluminio comprende inoltre la fase di sottoporre il componente parzialmente riparato ottenuto dalla fase di deposizione per cold spray ad un trattamento termico, ottenendo così un componente riparato.

Tale trattamento termico ha la finalità di migliorare le caratteristiche meccaniche della porzione di materiale di apporto, con l’obiettivo di ridurre la disomogeneità tra porzione di materiale di apporto e substrato. Inoltre, tale trattamento termico à ̈ concepito per migliorare la qualità dell’adesione tra la porzione di materiale di apporto ed il substrato.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione, un componente riparato viene sottoposto ad un trattamento termico specifico le cui condizioni di esecuzione sono selezionate in funzione della composizione e delle tolleranze dimensionali dello stesso componente da riparare. Inoltre, si potrà convenientemente tener conto anche della destinazione finale di impiego del componente, una volta riparato.

Se il componente da riparare ha tolleranze dimensionali sufficientemente ampie da poter ammettere deformazioni eventualmente introdotte dal trattamento termico stesso, il componente parzialmente riparato viene vantaggiosamente sottoposto al trattamento termico specifico della lega, comprendente:

- una prima fase di solubilizzazione seguita da raffreddamento rapido; e

- una seconda fase, successiva alla prima, di precipitazione.

Nel caso in cui il componente da riparare sia ottenuto a partire da leghe di Al-Si, tipo 355, 356 o 357, la prima fase di solubilizzazione à ̈ preferibilmente condotta ad una temperatura da 500 a 580°C, più preferibilmente da 530°C a 550°C, per un tempo compreso tra 6 e 20 ore, mentre la fase di precipitazione à ̈ preferibilmente condotta ad una temperatura da 100 a 300°C, più preferibilmente da 150°C a 230°C, per un tempo compreso tra 3 e 12 ore.

Nel caso in cui il componente da riparare sia ottenuto a partire da leghe Al-Cu, tipo 2014, 2618, 2024, la prima fase di solubilizzazione à ̈ preferibilmente condotta ad una temperatura da 400 a 600°C, più preferibilmente da 460°C a 535°C, per un tempo compreso tra 1 e 3 ore, mentre la fase di precipitazione à ̈ preferibilmente condotta ad una temperatura da 150 a 250°C, più preferibilmente da 160°C a 200°C, per un tempo compreso tra 8 e 20 ore.

Di seguito, sono riportati alcuni esempi dei vantaggi ottenibili con l’applicazione del trattamento termico completo di solubilizzazione ed invecchiamento su provette in lega di Alluminio-Silicio 357 riparate mediante cold spray utilizzando come materiale di apporto polvere di lega di Alluminio-Silicio 357:

Esempio 1a: Riparazione di componenti grezzi in lega di Alluminio-Silicio 357 già sottoposti a trattamento termico completo di solubilizzazione e precipitazione (invecchiamento).

La resistenza meccanica della lega Alluminio Silicio 357 completamente trattata termicamente, misurata su provette cilindriche di diametro 9,0 mm secondo ASTM B557 Ã ̈ mediamente di 307 MPa.

Per simulare una difettosità da riparare, il tratto utile di alcune provette à ̈ stato rilavorato, creando una gola circonferenziale di profondità tale da ridurre l’area resistente al 49% di quella originale. La resistenza meccanica media misurata su queste provette à ̈ risultata di 179 MPa.

Le provette con difettosità simulata sono state riparate mediante cold spray depositando un riporto di polvere di lega di alluminio 357 di spessore sufficiente a riempire completamente la gola circonferenziale. Dopo asportazione del riporto in eccedenza sul tratto utile delle provette, al fine di ripristinare il diametro originale di 9,0 mm, la resistenza meccanica misurata sulle provette riparate à ̈ risultata mediamente di 226 MPa. Analoghe provette riparate mediante cold spray e sottoposte, dopo riparazione, ad un trattamento termico di solubilizzazione a 540°C per 17,5 ore con raffreddamento in acqua, seguito da un trattamento termico di precipitazione (invecchiamento) a 200°C per 7 ore, hanno evidenziato una resistenza meccanica media di 250 MPa, con un miglioramento di circa il 11 % rispetto ai componenti che non hanno effettuato il trattamento termico.

Esempio 1b: Riparazione di componenti grezzi in lega di Alluminio-Silicio 357 già sottoposti a trattamento termico completo di solubilizzazione e precipitazione (invecchiamento).

La resistenza meccanica della lega Alluminio Silicio 357 completamente trattata termicamente, misurata su provette cilindriche di diametro 9,0 mm secondo ASTM B557 Ã ̈ mediamente di 307 MPa.

Per simulare una difettosità da riparare, il tratto utile di alcune provette à ̈ stato rilavorato, creando una gola circonferenziale di profondità tale da ridurre l’area resistente al 33% di quella originale. La resistenza meccanica media misurata su queste provette à ̈ risultata di 122 MPa.

Le provette con difettosità simulata sono state riparate mediante cold spray depositando un riporto di polvere di lega di alluminio 357 di spessore sufficiente a riempire completamente la gola circonferenziale. Dopo asportazione del riporto in eccedenza sul tratto utile delle provette, al fine di ripristinare il diametro originale di 9,0 mm, la resistenza meccanica misurata sulle provette riparate à ̈ risultata mediamente di 197 MPa. L’effettuazione, dopo riparazione mediante cold spray, di un successivo trattamento termico di solubilizzazione a 540 °C per 17,5 ore con raffreddamento in acqua, seguito da un trattamento termico di precipitazione (invecchiamento) a 200°C per 7 ore, ha permesso di incrementare le caratteristiche meccaniche delle provette riparate a valori medi 216 MPa, con un miglioramento anche in questo caso di circa il 10 % rispetto ai componenti che non hanno effettuato il trattamento termico.

Esempio 2a: Riparazione di componenti grezzi in lega di Alluminio-Silicio 357 non trattati (condizione as-cast).

La resistenza meccanica della lega Alluminio Silicio 357 non trattata termicamente (as-cast), misurata su provette cilindriche di diametro 9,0 mm secondo ASTM B557 Ã ̈ mediamente di 199 MPa.

Per simulare una difettosità da riparare, il tratto utile di alcune provette à ̈ stato rilavorato, creando una gola circonferenziale di profondità tale da ridurre l’area resistente al 49% di quella originale. La resistenza meccanica media misurata su queste provette à ̈ risultata di 116 MPa.

Le provette con difettosità simulata sono state riparate mediante cold spray depositando un riporto di polvere di lega di alluminio 357 di spessore sufficiente a riempire completamente la gola circonferenziale. Dopo asportazione del riporto in eccedenza sul tratto utile delle provette, al fine di ripristinare il diametro originale di 9,0 mm, la resistenza meccanica misurata sulle provette riparate à ̈ risultata mediamente di 127 MPa. Analoghe provette riparate mediante cold spray e sottoposte, dopo riparazione, ad un trattamento termico di solubilizzazione a 540 °C per 17,5 ore con raffreddamento in acqua, seguito da un trattamento termico di precipitazione (invecchiamento) a 200 °C per 7 ore, hanno evidenziato una resistenza meccanica media di 271 MPa, con un miglioramento di circa il 113 % rispetto ai componenti che non hanno effettuato il trattamento termico.

Esempio 2b: Riparazione di componenti grezzi in lega di Alluminio-Silicio 357 non trattati (condizione as-cast).

La resistenza meccanica della lega Alluminio Silicio 357 non trattata termicamente (as-cast), misurata su provette cilindriche di diametro 9,0 mm secondo ASTM B557 Ã ̈ mediamente di 199 MPa.

Per simulare una difettosità da riparare, il tratto utile di alcune provette à ̈ stato rilavorato, creando una gola circonferenziale di profondità tale da ridurre l’area resistente al 33% di quella originale. La resistenza meccanica media misurata su queste provette à ̈ risultata di 75 MPa.

Le provette con difettosità simulata sono state riparate mediante cold spray depositando un riporto di polvere di lega di alluminio 357 di spessore sufficiente a riempire completamente la gola circonferenziale. Dopo asportazione del riporto in eccedenza sul tratto utile delle provette, al fine di ripristinare il diametro originale di 9,0 mm, la resistenza meccanica misurata sulle provette riparate à ̈ risultata mediamente di 78 MPa. Analoghe provette riparate mediante cold spray e sottoposte, dopo riparazione, ad un trattamento termico di solubilizzazione a 540°C per 17,5 ore con raffreddamento in acqua, seguito da un trattamento termico di precipitazione (invecchiamento) a 200°C per 7 ore, hanno evidenziato una resistenza meccanica media di 191 MPa, con un miglioramento di circa il 145% rispetto ai componenti che non hanno effettuato il trattamento termico.

Gli esempi sopra riportati evidenziano i benefici indotti dalla effettuazione di un trattamento termico completo su componenti grezzi in lega di alluminio 357 riparati mediante deposizione cold-spray.

Come detto in precedenza il trattamento termico completo di solubilizzazione ed invecchiamento può comportare delle deformazioni sul componente, ed à ̈ quindi generalmente applicato ai componenti grezzi (es. fusioni o semilavorati), dove le tolleranze dimensionali possono ammettere le deformazioni indotte dal trattamento termico.

Se, invece, il componente da riparare ha tolleranze dimensionali ristrette che non ammettono deformazioni potenzialmente introducibili da parte di un trattamento termico, il componente parzialmente riparato viene vantaggiosamente sottoposto ad un trattamento termico comprendente una singola fase di distensione.

Nel caso in cui il componente da riparare sia ottenuto a partire da leghe di Al-Si, tipo 355, 356 o 357, la fase di distensione à ̈ preferibilmente condotta ad una temperatura da 80 a 250°C, più preferibilmente da 100°C a 200°C, per un tempo compreso tra 3 e 10 ore.

Nel caso in cui il componente da riparare sia ottenuto a partire da leghe Al-Cu, tipo 2014, 2618, 2024, la fase di distensione à ̈ preferibilmente condotta ad una temperatura da 80 a 200°C, più preferibilmente da 100°C a 180°C, per un tempo compreso tra 3 e 20 ore.

Di seguito, sono riportati alcuni esempi dei vantaggi ottenibili con l’applicazione del solo trattamento termico di distensione su provette in lega di Alluminio-Silicio 357 riparate mediante Cold Spray utilizzando come materiale di apporto polvere di lega di Alluminio-Silicio 357:

Esempio 3a: Riparazione di componenti semilavorati o finiti in lega di Alluminio-Silicio 357 già sottoposti a trattamento termico completo di solubilizzazione e precipitazione (invecchiamento).

La resistenza meccanica della lega Alluminio Silicio 357 completamente trattata termicamente, misurata su provette cilindriche di diametro 9,0 mm secondo ASTM B557 Ã ̈ mediamente di 307 MPa.

Per simulare una difettosità da riparare, il tratto utile di alcune provette à ̈ stato rilavorato, creando una gola circonferenziale di profondità tale da ridurre l’area resistente al 49% di quella originale. La resistenza meccanica media misurata su queste provette à ̈ risultata di 179 MPa.

Le provette con difettosità simulata sono state riparate mediante cold spray depositando un riporto di polvere di lega di alluminio 357 di spessore sufficiente a riempire completamente la gola circonferenziale. Dopo asportazione del riporto in eccedenza sul tratto utile delle provette, al fine di ripristinare il diametro originale di 9,0 mm, la resistenza meccanica misurata sulle provette riparate à ̈ risultata mediamente di 226 MPa. Analoghe provette riparate mediante cold spray e sottoposte, dopo riparazione, ad un trattamento termico di distensione a 125°C per 7 ore, hanno evidenziato una resistenza meccanica media di 245 MPa, con un miglioramento di circa il 8 % rispetto ai componenti che non hanno effettuato il trattamento di distensione.

Esempio 3b: Riparazione di componenti semilavorati o finiti in lega di Alluminio-Silicio 357 già sottoposti a trattamento termico completo di solubilizzazione e precipitazione (invecchiamento).

La resistenza meccanica della lega Alluminio Silicio 357 completamente trattata termicamente, misurata su provette cilindriche di diametro 9,0 mm secondo ASTM B557 Ã ̈ mediamente di 307 MPa.

Per simulare una difettosità da riparare, il tratto utile di alcune provette à ̈ stato rilavorato, creando una gola circonferenziale di profondità tale da ridurre l’area resistente al 33% di quella originale. La resistenza meccanica media misurata su queste provette à ̈ risultata di 122 MPa.

Le provette con difettosità simulata sono state riparate mediante cold spray depositando un riporto di polvere di lega di alluminio 357 di spessore sufficiente a riempire completamente la gola circonferenziale. Dopo asportazione del riporto in eccedenza sul tratto utile delle provette, al fine di ripristinare il diametro originale di 9,0 mm, la resistenza meccanica misurata sulle provette riparate à ̈ risultata mediamente di 197 MPa. L’effettuazione, dopo riparazione mediante cold spray, di un successivo trattamento termico di distensione a 125°C per 7 ore, ha permesso di incrementare le caratteristiche meccaniche delle provette riparate a valori medi 263 MPa, con un miglioramento del 33 % rispetto ai componenti che non hanno effettuato il trattamento di distensione.

Il metodo dell’invenzione ha, sui componenti riparati, effetti particolarmente positivi sia in termini di miglioramento delle proprietà meccaniche della porzione di materiale di apporto, sia in termini di adesione della porzione di materiale di apporto al substrato.

In particolare, con il metodo dell’invenzione si riducono le tensioni interne nella porzione di materiale di apporto e all’interfaccia con il substrato. Inoltre, vengono fatte precipitare le fasi indurenti migliorando e stabilizzando la struttura della porzione di materiale di apporto che viene così resa per quanto possibile uniforme e simile a quella del substrato. Al tempo stesso, si provoca l’interdiffusione di elementi leggeri all’interfaccia, migliorando, di conseguenza, l’adesione tra porzione di materiale di apporto e substrato.

Nella condizione in cui il componente da riparare ha tolleranze dimensionali sufficientemente ampie da poter ammettere eventuali deformazioni introdotte dal trattamento termico completo, il metodo dell’invenzione ha l’effetto particolarmente desiderabile di rendere il comportamento, dal punto di vista meccanico e delle prestazioni, della porzione di materiale di apporto molto simili a quello del substrato. Infatti, le tensioni dovute alle deformazioni all’interno della porzione di materiale di apporto si annullano del tutto ed il materiale sostanzialmente ri-precipita nella fase di precipitazione (invecchiamento), ottenendosi così il massimo beneficio in termini di caratteristiche meccaniche ed adesione tra le parti.

In ogni caso, anche quando il componente da riparare ha tolleranze dimensionali ristrette e che non ammettono deformazioni potenzialmente introducibili da parte di un trattamento termico, o perché à ̈ già stato trattato termicamente prima della riparazione, il metodo dell’invenzione produce un sensibile beneficio. Infatti, il trattamento termico di distensione viene condotto a temperature e per tempi tali da favorire una sorta di invecchiamento del materiale, ma non tali da provocare fenomeni di sovra-precipitazione, i quali provocherebbero decadimenti inaccettabili delle caratteristiche del materiale di base del substrato.

Con il trattamento dell’invenzione, infatti, si riducono le tensioni interne alla porzione di materiale di apporto e si provoca una precipitazione di fasi indurenti nella stessa, minimizzando così le differenze rispetto al materiale di base del substrato (ovvero del componente da riparare).

È da notare che, sulla base degli studi precedenti condotti sulla deposizione mediante cold spray di leghe di alluminio, quali quelli riportati nel brevetto US 2009/0148622, parrebbe non necessario effettuare trattamenti termici successivi alla deposizione per ottenere le proprietà meccaniche richieste. Tuttavia, il metodo proposto nella presente invenzione fornisce un indubbio miglioramento delle proprietà meccaniche dei componenti.

Nel brevetto US 6,905,728 viene citata l’esecuzione, dopo il processo di riparazione mediante cold spray di componenti delle turbine di alta pressione, di un processo di sinterizzazione sotto vuoto, seguito da un processo di hippatura e quindi da un trattamento termico. È evidente che tale trattamento termico ha lo scopo principale di ripristinare le proprietà del materiale dopo i processi di sinterizzazione e di hippatura più che quello di migliorare le caratteristiche del materiale depositato mediante cold spray.

Infine, nella pubblicazione “Characterization of low pressure type cold spray aluminium coatings†di K. Ogawa, K. Ito, K. Ichimura, Y. Ichikawa and T. Shoji, Sendai/J si cita espressamente il benefico effetto sulla duttilità del deposito di alluminio applicato per cold spray di un trattamento di ricottura a 270 °C per 9 ore. Tuttavia, tale trattamento termico, pur migliorando la duttilità del materiale, ha l’inconveniente di ridurre drasticamente le proprietà meccaniche del substrato e non può quindi essere convenientemente utilizzato in pratica nel settore di interesse preso in considerazione per la presente invenzione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Metodo per la riparazione di un componente in lega di alluminio, in particolare di un componente in lega di alluminio indurita per precipitazione, comprendente le fasi di: a) depositare per cold spray sul detto componente da riparare una porzione di materiale di apporto, ottenendo così un componente parzialmente riparato; b) sottoporre il detto componente parzialmente riparato ad un trattamento termico, ottenendo così un componente riparato, le condizioni di esecuzione di detto trattamento termico essendo selezionate in funzione della composizione e delle tolleranze dimensionali del detto componente. 2.- Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la detta porzione di materiale di apporto ha composizione sostanzialmente identica a quella del detto componente da riparare. 3.- Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la detta fase b) di trattamento termico comprende: c) una prima fase di solubilizzazione seguita da raffreddamento rapido; e d) una seconda fase, successiva alla prima fase c), di precipitazione. 4.- Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe di Al-Si, tipo 355, 356 o 357, la detta prima fase c) di solubilizzazione à ̈ condotta ad una temperatura da 500 a 580°C per un tempo compreso tra 6 e 20 ore, e la detta seconda fase d) di precipitazione à ̈ condotta ad una temperatura da 100 a 300°C per un tempo compreso tra 3 e 12 ore. 5.- Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe di Al-Si, tipo 355, 356 o 357, la detta prima fase c) di solubilizzazione à ̈ condotta ad una temperatura da 530 a 550°C per un tempo compreso tra 6 e 20 ore e la detta seconda fase d) di precipitazione à ̈ condotta ad una temperatura da 150 a 230°C per un tempo compreso tra 3 e 12 ore. 6.- Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe Al-Cu, tipo 2014, 2618, 2024, la detta prima fase c) di solubilizzazione à ̈ condotta ad una temperatura da 400°C a 600°C per un tempo compreso da 1 a 3 ore; la detta seconda fase di precipitazione essendo condotta ad una temperatura da 150°C a 250°C per un tempo da 8 a 20 ore. 7.- Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe Al-Cu, tipo 2014, 2618, 2024, la detta prima fase c) di solubilizzazione à ̈ condotta ad una temperatura da 460°C a 535°C per un tempo compreso da 1 a 3 ore; la detta seconda fase di precipitazione essendo condotta ad una temperatura da 160°C a 200°C per un tempo da 8 a 20 ore. 8.- Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la detta fase b) di trattamento termico comprende una fase e) di distensione. 9.- Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe di Al-Si, tipo 355, 356 o 357, la detta fase e) di distensione à ̈ condotta ad una temperatura da 80°C a 250°C per un tempo da 3 a 10 ore. 10.- Metodo secondo la rivendicazione 9, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe di Al-Si, tipo 355, 356 o 357, la detta fase e) di distensione à ̈ condotta ad una temperatura da 100°C a 200°C. 11.- Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe Al-Cu, tipo 2014, 2618, 2024, la detta fase e) di distensione à ̈ condotta ad una temperatura da 80°C a 200°C per un tempo da 3 a 20 ore. 12.- Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui, se il detto componente da riparare à ̈ ottenuto a partire da leghe Al-Cu, tipo 2014, 2618, 2024, la detta fase e) di distensione à ̈ condotta ad una temperatura da 100 a 180°C per un tempo da 3 a 20 ore.