Comportamento alla corrosione di strati ibridi boruro–alluminuro cresciuti su Inconel 718 prodotto tramite fusione selettiva laser

Perché è importante per macchine reali

Dai motori a reazione agli impianti di produzione di energia, molte macchine critiche si basano su un metallo chiamato Inconel 718, apprezzato per la sua capacità di mantenere resistenza e stabilità a temperature elevate. Sempre più spesso gli ingegneri producono queste parti con metodi di stampa 3D come la fusione selettiva laser, che permettono forme molto più complesse e un minor spreco di materiale. Ma questa libertà di progettazione comporta uno svantaggio nascosto: pori e difetti microscopici che possono lasciare entrare acqua salata e attaccare il metallo. Questo studio esplora come trattamenti termici di superficie speciali possano creare pelli protettive sugli Inconel 718 stampati in 3D, rallentandone drasticamente la corrosione in condizioni simili a quelle marine.

Metallo stampato in 3D e i suoi punti deboli nascosti

Inconel 718 è una superlega a base di nichel impiegata in motori aeronautici, turbine e impianti energetici perché resiste al calore, alla fatica meccanica e all’attacco chimico. Quando viene prodotto tramite fusione selettiva laser, strati di polvere metallica vengono fusi da un laser per creare forme complesse. Questo processo raffredda il metallo molto rapidamente, generando una struttura interna fine che può essere vantaggiosa per la resistenza. Tuttavia, lo stesso processo tende a lasciare piccoli vuoti, particelle non completamente fuse e microfessure. Al microscopio i ricercatori hanno osservato una struttura a colonne di grani metallici con pori sparsi. In acqua salata queste imperfezioni diventano punti di accumulo in cui il film protettivo sul metallo si rompe, permettendo l’inizio e la propagazione di reazioni simili alla ruggine.

Costruire pelli protettive con calore e polveri

Per affrontare il problema, il gruppo ha utilizzato trattamenti termo-chimici, in cui campioni di Inconel stampati in 3D sono stati racchiusi in miscele di polveri e riscaldati fino a quasi 1000 gradi Celsius. A questa temperatura, atomi provenienti dalle polveri circostanti diffondono nella superficie del metallo e formano nuovi composti più duri. Alcune ricette erano ricche di alluminio, formando strati di alluminuri e un sottile film esterno di ossido di alluminio. Altre erano ricche di boro, creando strati duri di boruri. Le ricette più avanzate hanno combinato entrambi gli elementi contemporaneamente o in sequenza, formando pelli ibride boruro–alluminuro. Nonostante il trattamento termico intenso, le modifiche sono rimaste confinate alla regione superficiale, lasciando intatta la massa interna stampata in 3D e trasformando la superficie in zone barriera stratificate.

Come diversi rivestimenti modificano la superficie

Misurazioni microscopiche e con raggi X hanno mostrato che ogni trattamento costruisce un’architettura distinta. La sola alluminizzazione ha prodotto una struttura multilivello di composti ricchi di alluminio sormontata da un film continuo di ossido di alluminio, ma con alcune crepe e pori. La sola borurizzazione ha portato a strati di boruro impilati, molto duri ma in parte porosi e sfaldabili. Il trattamento con alluminio e boro insieme ha dato uno strato misto relativamente sottile ma compatto, con entrambi gli elementi distribuiti in modo uniforme. Quando gli elementi sono stati applicati in sequenza, l’ordine ha avuto importanza. Prima alluminizzare e poi borurizzare ha prodotto un rivestimento ruvido, altamente poroso e irregolare. Al contrario, la sequenza opposta — prima borurizzare e poi alluminizzare — ha creato una base borurica robusta sormontata da uno strato esterno denso e ricco di alluminio, ottenendo una pelle più continua e fortemente aderente.

Test in acqua salata: vincenti e perdenti

I ricercatori hanno quindi immerso tutti i campioni in una soluzione di cloruro di sodio simile all’acqua di mare e hanno usato test elettrochimici per misurare quanto facilmente procedessero le reazioni di corrosione. Hanno monitorato sia il potenziale elettrico naturale di ciascuna superficie sia la corrente durante una corrosione controllata, che riflette la velocità di dissoluzione del metallo. Il peggior comportamento è stato osservato nel campione trattato prima con alluminio e poi con boro: il suo rivestimento a macchie e poroso ha favorito piccole celle galvaniche e un attacco rapido. L’Inconel 3D non trattato se l’è cavata meglio, ma ha comunque mostrato formazione di crateri di corrosione sui difetti intrinseci. I rivestimenti puri di alluminuro e di boruro hanno fornito un miglioramento moderato, ma hanno comunque permesso alla soluzione salina di penetrare attraverso crepe e pori. I migliori risultati sono arrivati dai rivestimenti ibridi. Gli strati co-depositati boro–alluminio hanno ridotto notevolmente la corrosione, grazie alla loro struttura compatta e uniforme. Ancora meglio, la sequenza che ha posto l’alluminizzazione sopra una base borurica ha prodotto la corrente di corrosione più bassa di tutte, indicando che la combinazione di uno strato interno duro e di un film ossidico esterno denso è particolarmente efficace nel bloccare la soluzione salina.

Cosa significa per i pezzi ad alte prestazioni del futuro

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che i metalli ad alta temperatura stampati in 3D possono diventare molto più durevoli in ambienti salini o marini grazie a pelli superficiali opportunamente progettate. Stampare semplicemente Inconel 718 non è sufficiente; i piccoli difetti lasciati dal processo lo rendono vulnerabile alla corrosione per crateri e al guasto prematuro. Diffondendo boro e alluminio nella superficie nel modo corretto — in particolare costruendo prima una solida base di boruri e poi aggiungendo una barriera a base di alluminio — gli ingegneri possono creare un guscio continuo e resistente che ostacola la penetrazione di liquidi corrosivi. Questa strategia di rivestimento ibrido potrebbe estendere la vita e la sicurezza dei componenti critici in aerospazio, energia e applicazioni marine, riducendo al contempo i costi di manutenzione e gli sprechi di materiale.

Citazione: Günay, B., Günen, A., Gokcekaya, O. et al. Corrosion behavior of hybrid boride–aluminide layers grown on selective laser melted Inconel 718. Sci Rep 16, 14286 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47359-z

Parole chiave: Inconel 718, produzione additiva, protezione dalla corrosione, rivestimenti di superficie, strati boruro alluminuro