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Lanzutti, Alex (2012) Produzione e studio microstrutturale, tribologico ed a corrosione di rivestimenti innovativi progettati per massimizzare la durabilitĂ  di valvole di testa di pozzo geotermiche. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

The present work was born from a collaboration between Friulco, a company producing valves for energy field applications, Corbellini, producer of thermal spray coatings and University of Udine in the frame of a regional project titled: “Studio di materiali e processi per il miglioramento delle prestazioni delle valvole in presenza di fenomeni di erosione/corrosione”.
It is known that the geothermal energy comes out exploiting a hot gases or fluids that contain corrosive agents like CO2 and H2S. Hard suspended particles, which are present in geothermal gases, may additionally cause erosion problems. Moreover degradation may occur due to sliding wear associated to mechanical components in reciprocating movement. All the above mentioned degradation phenomena are really intense on the geothermal well head valves leading to reduction of the service life.
The aim of this work is to evaluate both corrosion and wear resistance of thermal spray and composite electrodeposits, which are considered as a reliable alternative to weld overlay coatings. The weal overlay coatings are nowadays used against the corrosion and wear degradation of structural steel. The composite electrodeposits and the thermal spray coatings have been chosen due to their good corrosion and wear resistance.
In particular the thermal spray coatings used in this experience, deposited by APS and HVOF tecniques, are: NiCr, stellite-6, WC CoCr, NiCr+WC CoCr e NiCr+ Cr2O3.
The composite electrodeposits produced and analyzed are Ni, Ni/µSiC and Ni/nSiC deposited under both DC or PC current at the frequency of: 0,01Hz, 0,1Hz, 1Hz, 10Hz.
All the above listed coatings were micro structurally characterized by light optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), profilometer, and, just for Ni/nSiC coatings, RF-Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (RF-GDOES). Micro hardness measurements have been performed on all types of coatings. Wear test have been conducted at ball on disk configuration at both room temperature and 300°C. After the wear tests the tested specimens have been analyzed by SEM in order to determine the wear mechanism and by profilometer to calculate the wear rate. The corrosion resistance has been evaluated through potentiodynamic curves in two different corrosive environments: one simulating the condensation in the geothermal well-head valves and another with high concentration of H2S.
The obtained results are necessary to define the coatings which may be deposited on a demonstrator valve which will be tested under real working conditions. The choice of the most appropriate coating system was done based on the results of both tribological and electrochemical tests

Abstract (italiano)

Il presente lavoro di tesi è nato da una collaborazione tra Friulco, azienda produttrice di valvole per il settore energetico, Corbellini, produttore di rivestimenti thermal spray, e l’università di Udine nell’ambito del progetto regionale “Studio di materiali e processi per il miglioramento delle prestazioni delle valvole in presenza di fenomeni di erosione/corrosione”.
Come è noto la produzione di energia da fonte geotermica avviene sfruttando dei fluidi vettori termici molto aggressivi contenenti al loro interno gas incondensabili quali CO2 e H2S. In questi gas, inoltre, ci sono delle particelle di particolato sospeso che provocano problemi di erosione. In aggiunta a questi fenomeni sono presenti anche dei fenomeni di usura da strisciamento nei componenti meccanici in movimento che aggravano il degrado dei materiali. Tutti questi fenomeni sono molto intensi nelle valvole di testa di pozzo geotermico, causando una riduzione della vita utile.
Lo scopo di questo lavoro è stato quello di valutare la resistenza a corrosione ed usura di rivestimenti thermal spray e galvanici compositi, considerati come valide alternative ai riporti saldati che vengono normalmente utilizzati per la protezione dei substrati di acciaio strutturali. La scelta di questi rivestimenti ricade sulle ottime prestazioni di resistenza a corrosione ed usura che possiedono.
In particolare i rivestimenti thermal spray scelti per questa esperienza, depositati con tecniche APS (Air Plasma Spray) e HVOF (High Velocity Oxi-Fuel), sono: NiCr, stellite-6, WC CoCr, NiCr+WC CoCr e NiCr+Cr2O3.
Nel caso di rivestimenti galvanici saranno analizzati i rivestimenti in Ni, Ni/µSiC e Ni/nSiC depositati in DC (Direct Current: corrente continua) o PC (Pulse Current: corrente pulsata), alle frequenze di 0,01Hz, 0,1Hz, 1Hz, 10Hz.
Tutti i rivestimenti elencati sono stati analizzati microstrutturalmente con microscopia ottica, Microscopia elettronica a scansione (SEM), profilometro e, per i soli rivestimenti Ni/nSiC, con RF-Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (RF-GDOES). Per tutti i rivestimenti sono state effettuate delle misure di microdurezza. I rivestimenti sono stati testati ad usura a temperatura ambiente e a 300°C mediante prove in configurazione ball on disk. I campioni danneggiati sono stati analizzati al SEM, per determinare il meccanismo di usura, e al profilometro per definire il tasso di usura. La resistenza a corrosione è stata valutata mediante curve potenziodinamiche in due ambienti diversi: uno simulante le condense dei pozzi geotermici ed uno simulante un ambiente con acido solfidrico ad alta concentrazione.
I risultati ottenuti sono necessari per definire i rivestimenti che potrebbero essere depositati su una valvola pilota che verrà testata in esercizio. La scelta del rivestimento più idoneo è stata effettuata basandosi sui risultati delle prove tribologiche ed elettrochimiche

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Fedrizzi, Lorenzo
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 24 > Scuole 24 > INGEGNERIA INDUSTRIALE > INGEGNERIA METALLURGICA
Data di deposito della tesi:19 Gennaio 2012
Anno di Pubblicazione:19 Gennaio 2012
Parole chiave (italiano / inglese):Wear, geothermal, H2S corrosion, thermal spray coating, nano-composite electrodeposit, micro-composite electrodeposit
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/21 Metallurgia
Struttura di riferimento:Dipartimenti > pre 2012 - Dipartimento di Innovazione Meccanica e Gestionale
Codice ID:4390
Depositato il:26 Ott 2012 16:49
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