Rawatan Haba Dan Permukaan Injap
Salutan permukaan untuk injap dan logam ringan alternatif
Apabila ia datang untuk memilih aloi ringan, kebanyakan jurutera tidak meneroka jauh dari aloi Al, Mg dan Ti. Walau bagaimanapun, artikel ini meneroka kegunaan dan faedah beberapa aloi ringan yang kurang digunakan, seperti Zirkonium, Tantalum dan Hafnium.
Perkembangan dalam sains bahan dan penyelidikan ke dalam salutan permukaan telah menyebabkan aloi ringan menjadi sebahagian daripada logam yang paling banyak digunakan dalam persekitaran operasi yang sukar. Daripada tekanan sengit industri minyak dan gas, kepada komponen bergerak yang ringan tetapi lasak, aloi ringan sangat berleluasa. Industri perubatan dan pertahanan juga tidak menolak penggunaan aloi ringan.
Kebanyakan jurutera dan saintis bahan beralih kepada logam ringan, aluminium, magnesium dan titanium sebagai penyelesaian kepada cabaran kejuruteraan yang menuntut mereka. Tetapi terdapat logam ringan alternatif lain yang mempunyai sifat khusus menjadikannya sesuai untuk aplikasi berprestasi tinggi yang sangat spesifik. Sebahagian daripada ini kurang dikenali, tetapi patut mendapat perhatian yang sama dengan rakan sejawatan mereka yang lebih dikenali.
Logam injap termasuk unsur-unsur seperti zirkonium dan tantalum dan terkenal dengan rintangan yang tinggi terhadap kakisan, suhu yang melampau, dengan sifat dielektrik dan superkonduktor. Sesetengah logam injap tidak menyerap neutron dan oleh itu digunakan secara meluas dalam penjanaan kuasa nuklear pelepasan sifar.
Sama seperti logam ringan yang lebih terkenal, seperti aluminium dan magnesium, sifat logam injap boleh dipertingkatkan menggunakan salutan permukaan.
Apakah faedah logam injap alternatif?
Logam injap teras digunakan secara meluas dalam banyak sektor industri. Kebanyakannya digunakan dalam rangkaian aloi keluli dan logam ringan untuk memperkenalkan kekuatan tambahan dan rintangan kakisan, bersama ciri-ciri lain. Dan sifat rintangan haba dan kakisan biasa bermakna logam, aloi dan oksidanya digunakan dalam pelbagai peralatan makmal dan kimia.
Oleh kerana ia tidak menyerap neutron dan tahan haba dan kakisan, aloi zirkonium sering dijumpai dalam kerja paip stesen janakuasa nuklear, pelapisan rod bahan api dan komponen struktur. Sifat rintangan habanya bermakna ia ditemui dalam kenderaan angkasa, enjin jet dan bahagian turbin gas. Zirkon juga dikenali sebagai batu separa berharga yang menyerupai berlian - zirkonia padu juga jauh lebih murah.
Niobium juga digunakan dalam aplikasi angkasa lepas dan aeroangkasa. Dalam bentuk ini, ia ditemui dalam bahan struktur untuk pembinaan, platform luar pesisir dan dalam saluran paip dan manifold minyak dan gas. Dengan sifat superkonduktornya, niobium digunakan secara meluas dalam elektronik dan magnet yang digunakan dalam peralatan pengimejan perubatan seperti pengimbas NMR dan MRI, selalunya digabungkan dengan zirkonium.
Oksidanya membolehkan kanta cermin mata menjadi lebih nipis dengan meningkatkan indeks biasan kaca. Menjadi lengai secara fisiologi dan hipoalergenik, peranti seperti perentak jantung dan kesan perubatan lain mengandungi aloi niobium. Salutan permukaan boleh digunakan untuk mencipta lapisan atas berliang yang membantu dengan kelajuan dan kejayaan osseointegrasi.
Lapisan oksida dielektrik yang terbentuk pada permukaannya, dan keupayaannya untuk disalut nipis pada komponen lain, membolehkan tantalum menjadi kapasitor volum yang sangat berkesan dan kecil. Dalam bentuk ini, ia digunakan dalam telefon mudah alih dan peranti elektronik lain. Dan ia berkongsi ciri pengukuhan yang sama seperti logam injap lain, jadi ia sering digunakan dalam kon hidung pesawat concorde, muncung roket dan bilah turbin. Tantalum juga terdapat dalam implan pembedahan, kerana ia tidak toksik dan tidak menyebabkan tindak balas imun pada mamalia.
Teknologi kejuruteraan permukaan untuk logam injap
Walaupun ciri-ciri prestasi umumnya mengagumkan, logam injap mempunyai beberapa kelemahan. Sebagai contoh, aloi zirkonium di bawah keadaan suhu tinggi melebihi 900 darjah celcius akan bertindak balas dengan air untuk menghasilkan gas hidrogen dan merendahkan pelapisan rod bahan api nuklear.
Ciri unik Niobium membolehkannya berfungsi dalam banyak aplikasi yang sangat menuntut. Walau bagaimanapun, apabila tertakluk kepada suhu yang lebih tinggi daripada 400 darjah celcius, ia teroksida dan menjadi rapuh. Sangat lengai dan oleh itu tahan kepada kebanyakan asid dan alkali, tantalum boleh terhakis oleh alkali yang dipanaskan, asid sulfurik panas dan asid hidrofluorik.
Dengan cara yang sama seperti logam ringan yang lebih biasa dipertingkatkan, kecacatan kimia dan mekanikal yang ditunjukkan oleh logam injap ini boleh ditangani dengan mudah. Salutan permukaan boleh melindungi daripada bahan menghakis tertentu, memberikan perlindungan haba tambahan dan boleh disemai dengan bahan tambahan yang memberikan peningkatan prestasi lain.
Satu pendekatan ialah menggunakan teknologi salutan permukaan yang canggih, seperti pengoksidaan elektrolitik plasma (PEO). Ia menggunakan mandian elektrolit dan plasma untuk membentuk salutan seperti seramik pada kedua-dua logam ringan dan logam injap yang lebih dikenali. Salutan terbitan PEO mempunyai banyak sifat berfaedah yang tidak dimiliki oleh logam asal dan aloi logam serta salutan oksida asasnya. Penyelidik di Jewellok mempunyai pengalaman yang luas dalam hal membangunkan salutan satu-satu-jenis yang secara unik meningkatkan prestasi semua logam injap.