Evaluating properties of thermally sprayed coatings for oil & gas components after long-term exposures at high temperatures

Thermally sprayed tungsten carbide-based coatings and chromium carbide-based coatings are being widely used for a variety of wear resistance applications, particularly in the Oil & Gas industry, because of their capacity to improve the performances of the coated component. In the present study, WC-10Co-4Cr and Cr3C2-25NiCr coatings have been deposited by HVOF thermal spray technique on specimens made of duplex steel. Specimens were annealed at 250°C, 300°C, and 350°C for 1h, 10h, 100h and 345h. Samples coated with Cr3C2-NiCr have been also annealed at 400°C for 1h, 10h and 100h. Samples in the “as-sprayed” condition and with no coating have been tested too. All the heat treatments have been performed in an oxidant environment (air). After an initial microanalysis, specimens of both materials were subjected to hardness measurements, wear tests, bending tests and tensile tests. Results allowed to compare the effects of times and temperatures of exposure on the two materials. Cr3C2-25NiCr coatings resulted suitable for applications at higher temperatures for a longer period, while WC-Co-Cr coatings provide better performances at room temperature.

I rivestimenti a base di carburo di tungsteno e quelli a base di carburo di cromo sono sempre più utilizzati in ambito industriale (in particolare nel settore dell’Oil & Gas) a causa della loro capacità di migliorare le prestazioni ed allungare la vita utile dei componenti sottoposti ad usura sui quali vengono applicati. In questo lavoro, rivestimenti di tipo WC-10Co-4Cr e Cr3C2-25NiCr sono stati depositati tramite tecnica HVOF su provini fatti di acciaio duplex. I campioni sono stati quindi sottoposti ad invecchiamento alle temperature di 250°C, 300°C e 350°C per 1h, 10h, 100h e 345h all’interno di un ambiente ossidante (aria). I provini a base di carburo di cromo sono stati trattati termicamente per 1h, 10h e 100h anche alla temperatura di 400°C. Sono stati inoltre utilizzati provini che non hanno subito trattamenti termici e provini senza rivestimento. Su ognuno di essi, dopo una fase preliminare di microanalisi, sono state effettuate prove di durezza, di usura, di flessione e di trazione. In tal maniera si è potuto constatare quali siano gli effetti che il tempo e la temperatura di invecchiamento provocano su questi materiali, ed effettuare un paragone tra di essi sia nelle condizioni iniziali, che dopo vari livelli di esposizione. I risultati hanno dimostrato che i rivestimenti a base di carburo di cromo sono più adatti ad essere utilizzati in applicazioni che prevedono impieghi ad alta temperatura, mentre i rivestimenti a base di tungsteno forniscono migliori prestazioni a temperatura ambiente.