Tratamientos térmicos y superficiales de válvulas
Recubrimientos de superficies para válvulas y metales ligeros alternativos
A la hora de seleccionar aleaciones ligeras, la mayoría de los ingenieros no se alejan demasiado de las aleaciones de aluminio, magnesio y titanio. Sin embargo, este artículo explora los usos y beneficios de algunas de esas aleaciones ligeras menos utilizadas, como el circonio, el tantalio y el hafnio.
Los avances en la ciencia de los materiales y la investigación sobre recubrimientos de superficies han hecho que las aleaciones ligeras se conviertan en algunos de los metales más utilizados en entornos operativos difíciles. Desde las intensas presiones de la industria del petróleo y el gas hasta los componentes móviles ligeros pero resistentes de las aeronaves, las aleaciones ligeras son muy comunes. Las industrias médica y de defensa tampoco son reacias al uso de aleaciones ligeras.
La mayoría de los ingenieros y científicos de materiales recurren a los metales ligeros, aluminio, magnesio y titanio, como solución a sus exigentes desafíos de ingeniería. Pero existen otros metales ligeros alternativos que tienen propiedades específicas que los hacen adecuados para aplicaciones de alto rendimiento muy específicas. Algunos de ellos son menos conocidos, pero merecen recibir la misma atención que sus homólogos más conocidos.
Los metales para válvulas incluyen elementos como el circonio y el tantalio y son conocidos por su alta resistencia a la corrosión y a las temperaturas extremas, y por sus propiedades dieléctricas y superconductoras. Algunos metales para válvulas no absorben neutrones y, por lo tanto, se utilizan ampliamente en la generación de energía nuclear sin emisiones.
Al igual que los metales ligeros más conocidos, como el aluminio y el magnesio, las propiedades de los metales para válvulas se pueden mejorar mediante recubrimientos de superficie.
¿Cuáles son los beneficios de los metales alternativos para válvulas?
Los metales para válvulas de núcleo se utilizan ampliamente en muchos sectores industriales. La mayoría se utilizan en una variedad de aleaciones de acero y metales ligeros para aportar mayor resistencia y resistencia a la corrosión, entre otras características. Y las propiedades comunes de resistencia al calor y a la corrosión hacen que los metales, sus aleaciones y óxidos se utilicen en una variedad de equipos de laboratorio y de química.
Como no absorbe neutrones y es resistente al calor y a la corrosión, las aleaciones de circonio se encuentran a menudo en tuberías de centrales nucleares, revestimientos de barras de combustible y componentes estructurales. Sus propiedades de resistencia al calor hacen que se encuentre en vehículos espaciales, motores a reacción y piezas de turbinas de gas. Los circones también se conocen como piedras semipreciosas que se parecen a los diamantes; la circonita cúbica también es mucho, mucho más barata.
El niobio también se utiliza en aplicaciones espaciales y aeroespaciales. En esta forma, se encuentra en materiales estructurales para la construcción, plataformas marinas y en tuberías y colectores de petróleo y gas. Gracias a sus propiedades superconductoras, el niobio se utiliza ampliamente en electrónica y en los imanes que se utilizan en equipos de diagnóstico por imagen, como los escáneres de RMN y MRI, a menudo en combinación con circonio.
Su óxido permite que las lentes de las gafas sean más delgadas al aumentar el índice de refracción del vidrio. Al ser fisiológicamente inertes e hipoalergénicos, los dispositivos como los marcapasos y otros dispositivos médicos contienen aleaciones de niobio. Se pueden utilizar recubrimientos superficiales para crear una capa superior porosa que ayude a acelerar y lograr el éxito de la osteointegración.
La capa de óxido dieléctrico que se forma en su superficie y su capacidad para aplicarse como una fina capa sobre otros componentes, permite que el tántalo sea un condensador de pequeño volumen y muy eficaz. En esta forma, se utiliza en teléfonos móviles y otros dispositivos electrónicos. Y comparte las mismas características de refuerzo que otros metales para válvulas, por lo que se utilizó a menudo en los conos de morro de los aviones Concorde, las toberas de los cohetes y las palas de las turbinas. El tántalo también se encuentra en implantes quirúrgicos, ya que no es tóxico y no provoca ninguna respuesta inmunitaria en los mamíferos.
Tecnologías de ingeniería de superficies para metales de válvulas
A pesar de sus impresionantes características de rendimiento, los metales para válvulas tienen algunas debilidades. Por ejemplo, las aleaciones de circonio en condiciones de alta temperatura por encima de los 900 grados centígrados reaccionan con el agua para crear gas hidrógeno y degradar el revestimiento de las barras de combustible nuclear.
Las características únicas del niobio le permiten desempeñarse en muchas aplicaciones muy exigentes. Sin embargo, cuando se lo somete a temperaturas superiores a los 400 grados centígrados, se oxida y se vuelve quebradizo. Altamente inerte y, por lo tanto, resistente a la mayoría de los ácidos y álcalis, el tántalo puede ser corroído por álcalis calientes, ácido sulfúrico caliente y ácido fluorhídrico.
De la misma manera que se mejoran los metales ligeros más comunes, estos defectos químicos y mecánicos que presentan los metales de las válvulas se pueden solucionar fácilmente. Los revestimientos de superficie pueden proteger contra sustancias corrosivas específicas, brindar protección térmica adicional y se pueden sembrar con aditivos que proporcionen otras mejoras de rendimiento.
Un enfoque consiste en aplicar una tecnología avanzada de recubrimiento de superficies, como la oxidación electrolítica de plasma (PEO). Utiliza un baño de electrolito y plasma para formar un recubrimiento similar a la cerámica tanto en los metales ligeros más conocidos como en los metales de las válvulas. El recubrimiento derivado de PEO tiene muchas propiedades beneficiosas que el metal y la aleación de metal originales y sus recubrimientos de óxido básicos no tienen. Los investigadores de Jewellok tienen una amplia experiencia en el desarrollo de recubrimientos únicos que mejoran de forma única el rendimiento de todos los metales de las válvulas.