Effetto dei trattamenti termici sulle proprietà di resistenza a corrosione di una lega inconel 718 prodotta mediante additive manufacturing

Inconel 718 superalloy is a high-performance alloy that is very resistant to high temperatures and corrosion. This alloy is used in the aeronautical field in the most critical components: it is mainly used in aeronautical engines, more specifically in turbines, compressors and nozzles. The studied material was specifically created with the laser powder bed fusion (LPBF) technique, i.e. a 3D printing process that uses a laser for the fusion and solidification process of layers of metal powder. When aeronautical engines, especially turbines, are at sea level, due to the high temperatures and humidity, corrosive phenomena are facilitated. It is therefore important to study the passivation layer, i.e. the layer of chromium oxides (Cr2O3) that act as a protective barrier against corrosive phenomena in the 718 alloy. The formation of the latter is due to the reaction between the oxygen present in the air and the binding elements, among which there is Chromium. This research proposes the study of the superalloy Inconel 718, analysing and comparing two different samples, one of interest purely aerospace and one of interest for the oil and gas industry (CPT). The samples were subjected to solution annealing, and subsequently tests were performed for corrosion resistance through electrochemical analysis techniques (EIS, PD, MS) using a Borate Buffer solution and subsequently a Borate Buffer solution with the addition of 3.5% NaCl. Subsequently, stress assisted polarization (SAP) tests were performed, again with the Borate Buffer solution. The analyses revealed that the CPT sample is the best in terms of passivation layer resistance both in the non-heat-treated condition and in the heat-treated condition at 950°C, compared to the aerospace samples. The CPT sample also exhibits a worsening of the passivation layer performance, when it is subjected to heat treatment, also highlighting an increase in the defect density. Stress-assisted polarization experiments indicated that heat treatment likely has a negative impact when a load is applied.

La superlega Inconel 718 è una lega alto prestazionale che resiste molto bene alle alte temperature e alla corrosione. Questa lega viene utilizzata in campo aeronautico nelle componenti più critiche: è usata principalmente nei motori aeronautici, più nello specifico nelle turbine, nei compressori e negli ugelli. Il materiale studiato è specificatamente stato realizzato con la tecnica di fusione laser a letto di polvere (LPBF), ovvero un processo di stampa 3D che sfrutta un laser per il processo di fusione e solidificazione di strati di polvere metallica. Quando i motori aeronautici, in particolar modo le turbine, si trovano al livello del mare, a causa delle alte temperature e dell’umidità i fenomeni corrosivi sono agevolati. È importante quindi lo studio dello strato di passivazione, ovvero lo strato di ossidi di cromo (Cr2O3) che fungono da barriera protettiva contro i fenomeni corrosivi nella lega 718. La formazione di quest’ultimo è dovuta alla reazione fra l’ossigeno presente nell’aria e gli elementi leganti, tra i quali vi è il Cromo. Questa ricerca propone lo studio della superlega Inconel 718, andando ad analizzare e comparando due diversi campioni, uno di interesse prettamente aerospaziale e uno di interesse per l’industria petrolifera e gas (CPT). I campioni sono stati sottoposti a ricottura di solubilizzazione, e successivamente sono stati eseguiti dei test per la resistenza a corrosione attraverso tecniche di analisi elettrochimica (EIS, PD, MS) utilizzando una soluzione Tampone Borato e successivamente una soluzione Tampone Borato con l’aggiunta del 3.5% di NaCl. Successivamente sono stati eseguiti dei test di polarizzazione assistita da stress (SAP), sempre con la soluzione Tampone Borato. Le analisi hanno rivelato come il campione CPT risulti il migliore per quando riguarda la resistenza dello strato di passivazione sia nella condizione non trattata termicamente che nella condizione di trattamento termico a 950°C, rispetto ai campioni di interesse aerospaziale. Il campione CPT inoltre esibisce un peggioramento delle prestazioni dello strato di passivazione, quando esso è sottoposto al trattamento termico, evidenziando inoltre un aumento della densità di difetti. Gli esperimenti di polarizzazione assistita da stress hanno indicato che il trattamento termico probabilmente ha un impatto negativo quando viene applicato un carico.