Traitements thermiques et de surface des vannes
Revêtements de surface pour valves et métaux légers alternatifs
Lorsqu'il s'agit de sélectionner des alliages légers, la plupart des ingénieurs ne s'aventurent pas loin des alliages d'aluminium, de magnésium et de titane. Cependant, cet article explore les utilisations et les avantages de certains de ces alliages légers moins utilisés, tels que le zirconium, le tantale et le hafnium.
Les progrès de la science des matériaux et la recherche sur les revêtements de surface ont permis aux alliages légers de devenir l'un des métaux les plus utilisés dans les environnements d'exploitation difficiles. Des pressions intenses de l'industrie pétrolière et gazière aux composants mobiles légers mais résistants des avions, les alliages légers sont extrêmement répandus. Les industries médicales et de la défense ne sont pas non plus opposées à l'utilisation d'alliages légers.
La plupart des ingénieurs et scientifiques des matériaux se tournent vers les métaux légers, l'aluminium, le magnésium et le titane pour résoudre leurs problèmes techniques exigeants. Mais il existe d'autres métaux légers alternatifs qui ont des propriétés spécifiques qui les rendent adaptés à des applications très spécifiques à hautes performances. Certains d'entre eux sont moins connus, mais méritent d'être mis sous les feux des projecteurs au même titre que leurs homologues plus connus.
Les métaux de valve comprennent des éléments tels que le zirconium et le tantale et sont connus pour leur grande résistance à la corrosion, aux températures extrêmes, avec des propriétés diélectriques et supraconductrices. Certains métaux de valve n'absorbent pas les neutrons et sont donc largement utilisés dans la production d'énergie nucléaire à zéro émission.
Comme pour les métaux légers plus connus, tels que l'aluminium et le magnésium, les propriétés des métaux de valve peuvent être améliorées à l'aide de revêtements de surface.
Quels sont les avantages des métaux de valve alternatifs ?
Les métaux de base des valves sont largement utilisés dans de nombreux secteurs industriels. La plupart sont utilisés dans une gamme d'aciers et d'alliages de métaux légers pour introduire une résistance supplémentaire et une résistance à la corrosion, ainsi que d'autres caractéristiques. Et les propriétés communes de résistance à la chaleur et à la corrosion signifient que les métaux, leurs alliages et leurs oxydes sont utilisés dans une gamme d'équipements de laboratoire et de chimie.
Parce qu’il n’absorbe pas les neutrons et qu’il résiste à la chaleur et à la corrosion, le zirconium est souvent utilisé dans les canalisations des centrales nucléaires, les gaines de barres de combustible et les composants structurels. En raison de ses propriétés de résistance à la chaleur, on le retrouve dans les véhicules spatiaux, les moteurs à réaction et les pièces de turbines à gaz. Le zircon est également connu sous le nom de pierres semi-précieuses qui ressemblent aux diamants. Le zircon cubique est également beaucoup, beaucoup moins cher.
Le niobium est également utilisé dans les applications spatiales et aérospatiales. Sous cette forme, on le retrouve dans les matériaux de structure pour la construction, les plateformes offshore et dans les pipelines et collecteurs de pétrole et de gaz. Grâce à ses propriétés supraconductrices, le niobium est largement utilisé dans l'électronique et les aimants utilisés dans les équipements d'imagerie médicale tels que les scanners RMN et IRM, souvent en combinaison avec le zirconium.
Son oxyde permet d'affiner les verres de lunettes en augmentant l'indice de réfraction du verre. Étant physiologiquement inertes et hypoallergéniques, les appareils tels que les stimulateurs cardiaques et autres dispositifs médicaux contiennent des alliages de niobium. Des revêtements de surface peuvent être utilisés pour créer une couche supérieure poreuse qui contribue à la rapidité et au succès de l'ostéointégration.
La couche d'oxyde diélectrique qui se forme à sa surface et sa capacité à être appliquée en couche mince sur d'autres composants permettent au tantale d'être un condensateur très efficace et de faible volume. Sous cette forme, il est utilisé dans les téléphones portables et autres appareils électroniques. Et il partage les mêmes caractéristiques de renforcement que d'autres métaux de valve, c'est pourquoi il était souvent utilisé dans les cônes avant des avions Concorde, les tuyères de fusées et les pales de turbines. Le tantale est également présent dans les implants chirurgicaux, car il n'est pas toxique et ne provoque aucune réponse immunitaire chez les mammifères.
Technologies d'ingénierie de surface pour les métaux de vannes
Malgré leurs caractéristiques de performance généralement impressionnantes, les métaux de valve présentent néanmoins quelques faiblesses. Par exemple, les alliages de zirconium réagissent avec l'eau dans des conditions de température supérieures à 900 degrés centigrades pour créer de l'hydrogène gazeux et dégrader le revêtement des barres de combustible nucléaire.
Les caractéristiques uniques du niobium lui permettent de répondre à de nombreuses applications très exigeantes. Cependant, lorsqu'il est soumis à des températures supérieures à 400 degrés centigrades, il s'oxyde et devient cassant. Très inerte et donc résistant à la plupart des acides et des alcalis, le tantale peut être corrodé par les alcalis chauffés, l'acide sulfurique chaud et l'acide fluorhydrique.
De la même manière que les métaux légers les plus courants sont améliorés, ces défauts chimiques et mécaniques présentés par les métaux de valve peuvent être facilement corrigés. Les revêtements de surface peuvent protéger contre des substances corrosives spécifiques, fournir une protection thermique supplémentaire et peuvent être enrichis d'additifs qui offrent d'autres améliorations de performances.
Une approche consiste à appliquer une technologie de revêtement de surface avancée, telle que l'oxydation électrolytique au plasma (PEO). Elle utilise un bain d'électrolyte et du plasma pour former un revêtement de type céramique sur les métaux légers et les métaux de valve les plus connus. Le revêtement dérivé du PEO présente de nombreuses propriétés bénéfiques que le métal et l'alliage métalliques d'origine et leurs revêtements d'oxyde de base n'ont pas. Les chercheurs de Jewellok ont une vaste expérience dans le développement de revêtements uniques qui améliorent de manière unique les performances de tous les métaux de valve.