Eroul necunoscut al metalului de înaltă calitate: rotorul de degazare cu nitrură de siliciu

Problema purității în turnarea metalelsau

Imaginați-vă că creați un obiect perfect - o piesă de mașină ușoară, o componentă aerospațială impecabilă sau chiar o piesă critică de echipament medical. Dacă începeți cu un material defect, produsul final este destinat să eșueze. Aceasta este provocarea în turnarea metalelor , în special cu materiale precum aluminiu .

Aluminiul, metalul minune cunoscut pentru raportul rezistență-greutate, prezintă o problemă metalurgică majoră: îi place să absoarbă. hidrogen când este topit. Acest lucru se întâmplă cu ușurință - de la umiditatea din aer, unelte umede sau chiar oxizi de suprafață. Hidrogenul este foarte solubil în aluminiu lichid, dar pe măsură ce metalul se răcește și se solidifică, hidrogenul este expulzat violent, formând niște buzunare sau goluri minuscule numite porozitate .

De ce porozitatea este inamicul

Porozitatea este inamicul calității metalului. Aceste bule de gaz microscopice compromit grav performanța metalului:

• Structură slăbită: Porozitatea reduce totalitatea rezistenta la tractiune şi viata de oboseala a turnării, făcând piesa finală susceptibilă la fisuri și defecțiuni.
• Scurgere: Pentru piesele concepute pentru a menține presiunea (cum ar fi blocurile motoare sau pompele), porozitatea creează căi pentru scurgerile de lichid.
• Finisaj slab al suprafeței: Când suprafața este prelucrată, aceste goluri apar ca niște găuri minuscule, distrugând estetica și integritatea produsului.

Pentru a crea piese turnate de înaltă integritate, fără defecte, acest hidrogen dizolvat trebuie îndepărtat, un proces cunoscut sub numele de degazare .

Soluția de degazare rotativă

Cea mai eficientă și utilizată metodă pentru purificarea la scară industrială a metalului topit este degazare rotativă . Acest proces ingenios funcționează pe principiul simplu al schimbului de gaze și al flotației.

Componentele principale ale unui sistem rotativ de degazare sunt un arbore și un proiectat special rotor , care este coborât în metalul topit. Un gaz inert, de obicei argon or azot , este pompat în jos pe arbore și eliberat prin rotor.

Sarcina rotorului este dublă:

1. Forfecarea gazului: Rotirea rotorului rupe violent fluxurile mari de gaz inert într-un număr enorm de bule mici, fin dispersate .
2. Se amestecă topirea: Acțiunea de filare face ca bulele să circule uniform în întreaga baie topită.

Pe măsură ce aceste bule minuscule de gaz inert se ridică prin aluminiul lichid, atomii de hidrogen dizolvați difuzează din metalul topit și în bule, conduși de diferența de presiune parțială. Bulele, care transportă acum hidrogenul, precum și impuritățile nemetalice (cunoscute sub denumirea de incluziuni sau zgură) care se lipesc de suprafețele lor, plutesc în partea de sus a topiturii de unde sunt îndepărtate. Cu cât bulele sunt mai mici și mai numeroase, cu atât suprafața totală de absorbție a hidrogenului este mai mare, ceea ce duce la un proces de purificare mai rapid și mai eficient.

Puterea rotorului de degazare cu nitrură de siliciu

Aici este vedeta poveștii noastre, Rotor de degazare cu nitrură de siliciu , intervine. Operarea unui rotor din aluminiu topit—care poate fi de până la $750^{\circ }\text{C}$ ( $1380^{\circ }\text{F}$ ) sau mai mare — este una dintre cele mai solicitante locuri de muncă dintr-o turnătorie. Rotorul este supus la condiții extreme:

• Șoc termic: Schimbări rapide de temperatură atunci când sunt mutate în și din topitură.
• Atacul chimic: Expunerea la metale și fluxuri reactive topite.
• Eroziunea mecanică: Abraziune constantă din fluxul de metal topit și incluziuni nemetalice.

Rotoarele timpurii fabricate din materiale precum grafitul au suferit adesea o uzură rapidă, pierzându-și rapid eficacitatea și contaminând topitura cu particule de carbon.

Nitrură de siliciu: o minune materială

Nitrură de siliciu ( ${\text{Si}}_3{\text{N}}_4$ ) este un performant ceramică avansată care a revoluționat procesul de degazare. Proprietățile sale materiale îl fac potrivirea perfectă pentru acest mediu dur:

• Duritate exceptionala: Nitrura de siliciu este incredibil de dura, oferindu-i o rezistență remarcabilă la eroziune şi abraziunea . Aceasta înseamnă că rotorul își menține forma geometrică precisă mai mult timp, asigurând bule mici și foarte eficiente pe toată durata de viață.
• Rezistență superioară la șocuri termice: Poate face față variațiilor masive de temperatură ale procesului de turnare fără a se fisura sau a se defecta, ceea ce duce la o durată de viață mai lungă și la mai puține perioade de nefuncționare.
• Inerție chimică: Spre deosebire de grafit, nitrura de siliciu este inertă din punct de vedere chimic și nu reacționează cu aluminiul topit, prevenind contaminarea și menținând puritatea topiturii.

Prin utilizarea unui Rotor de degazare cu nitrură de siliciu , turnătoriile pot obține o calitate mult mai mare a turnării de aluminiu, cu un conținut mai scăzut de hidrogen, incluziuni reduse și, în cele din urmă, un proces de producție mai fiabil și mai rentabil. Este o componentă esențială — o piesă minusculă de inginerie avansată, care se rotește — care face posibilă turnarea metalelor de înaltă performanță.