EFFECT OF THE USE OF RECYCLED FEEDSTOCK ON THE FRACTURE TOUGHNESS AND CAVITATION EROSION RESISTANCE OF THERMALLY SPRAYED HVOF AND HVAF WC-CoCr COATINGS

Lo scopo di questo studio è stato quello di valutare l’impatto dell’utilizzo di polveri di WC-Co completamente riciclate sulla resistenza all’erosione per cavitazione e sulla tenacità a frattura per indentazione (IFT) di rivestimenti WC-10Co4Cr depositati tramite tecniche HVOF (High Velocity Oxygen-Fuel) e HVAF (High Velocity Air-Fuel). Lo studio ha previsto la caratterizzazione morfologica e di fase sia di polveri commerciali che sperimentali (formulate a partire da polveri di WC-Co completamente riciclate) ottenute tramite agglomerazione e sinterizzazione, seguita da analisi microstrutturali, meccaniche e funzionali dei rivestimenti ottenuti. I rivestimenti sono stati caratterizzati in termini di composizione di fase, microstruttura, porosità, durezza, tenacità a frattura (tramite indentazione Vickers) e resistenza all’erosione per cavitazione (metodo indiretto secondo ASTM G32). I test di cavitazione hanno evidenziato prestazioni superiori per i rivestimenti HVAF rispetto a quelli HVOF, con il campione CAR 4B (ottenuto da polvere commerciale) che ha mostrato la migliore resistenza all’erosione. La tenacità a frattura è stata inizialmente valutata sulla sezione, ma i risultati non hanno sempre mostrato una correlazione chiara con la resistenza all’erosione, in particolare tra i campioni HVAF. Per approfondire l’analisi, sono stati depositati ulteriori rivestimenti HVAF su substrati ottimizzati, consentendo una misura affidabile della IFT sulla superficie. I valori ottenuti hanno mostrato una correlazione più chiara con la resistenza all’erosione, confermando che la IFT misurata sulla superficie riflette meglio il comportamento intrinseco dei rivestimenti sotto sollecitazioni dinamiche. Nel complesso, lo studio dimostra che i rivestimenti HVAF offrono prestazioni superiori sia in termini di resistenza all’erosione per cavitazione che di tenacità a frattura. Inoltre, evidenzia il potenziale delle polveri di WC-Co completamente riciclate come valida alternativa alle polveri commerciali per la produzione di rivestimenti WC-10Co4Cr.

The aim of this study was to evaluate the impact of fully recycled WC-Co-based powders on the cavitation erosion resistance and indentation fracture toughness (IFT) of WC-10Co4Cr coatings deposited using High Velocity Oxygen-Fuel (HVOF) and High Velocity Air-Fuel (HVAF) techniques. The study involved the morphological and phase characterization of both commercial and experimental (formulated from fully recycled WC-Co powders) agglomerated and sintered powders, followed by microstructural, mechanical and functional analysis of the resulting coatings. The coatings were characterized in terms of phase composition, microstructure, porosity, hardness, fracture toughness (via Vickers indentation), and cavitation erosion resistance (ASTM G32-indirect method). Cavitation tests revealed that HVAF coatings outperformed HVOF coatings, with the commercial-powder-based CAR 4B sample achieving the best erosion resistane. Fracture toughness was first evaluated on coating cross-section, but the results did not always correlate with erosion performance, especially among HVAF samples. To clarify this, additional HVAF coatings were sprayed on optimized substrates, allowing reliable top-surface IFT measurement. These values showed a clearer correlation with cavitation resistance, confirming that top-surface IFT better reflects the intrinsic behavior of the coatings under dynamic stress. Overall, the study demonstrates that HVAF coatings offer superior performance in terms of both cavitation erosion resistance and fracture toughness. Moreover, it highlights the potential of fully recicled WC-Co powders as a viable alternative to commercial powders in the production of WC-10Co4Cr coatings.