Tratamente termice și de suprafață cu supapă
Acoperiri de suprafață pentru supape și metale ușoare alternative
Când vine vorba de selectarea aliajelor ușoare, majoritatea inginerilor nu se aventurează departe de aliajele de Al, Mg și Ti. Cu toate acestea, acest articol explorează utilizările și beneficiile unora dintre acele aliaje ușoare mai puțin utilizate, cum ar fi zirconiul, tantalul și hafniul.
Evoluțiile în știința materialelor și cercetarea în domeniul acoperirilor de suprafață au dus la ca aliajele ușoare să devină unele dintre cele mai utilizate metale în medii de operare dificile. De la presiunile intense ale industriei de petrol și gaze până la componentele mobile ușoare, dar dure ale aeronavelor, aliajele ușoare sunt extrem de răspândite. Nici industriile medicale și de apărare nu se opun utilizării aliajelor ușoare.
Majoritatea inginerilor de materiale și a oamenilor de știință apelează la metalele ușoare, aluminiul, magneziul și titanul ca soluție la provocările lor inginerești solicitante. Dar există și alte metale ușoare alternative care au proprietăți specifice, făcându-le potrivite pentru aplicații foarte specifice de înaltă performanță. Unele dintre acestea sunt mai puțin cunoscute, dar merită să fie puse în lumina reflectoarelor ca și omologii lor mai cunoscuți.
Metalele supapelor includ elemente precum zirconiu și tantal și sunt cunoscute pentru rezistența lor ridicată la coroziune, temperaturi extreme, cu proprietăți dielectrice și supraconductoare. Unele metale de supapă nu absorb neutronii și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în generarea de energie nucleară cu emisii zero.
În comun cu metalele ușoare mai cunoscute, cum ar fi aluminiul și magneziul, proprietățile metalelor supapelor pot fi îmbunătățite folosind acoperiri de suprafață.
Care sunt beneficiile metalelor alternative ale supapelor?
Metalele supapelor de bază sunt utilizate pe scară largă în multe sectoare industriale. Cele mai multe sunt utilizate într-o gamă de aliaje de oțel și metale ușoare pentru a introduce rezistență suplimentară și rezistență la coroziune, alături de alte caracteristici. Iar proprietățile comune de rezistență la căldură și coroziune înseamnă că metalele, aliajele și oxizii lor sunt utilizați într-o gamă largă de echipamente de laborator și de chimie.
Deoarece nu absoarbe neutronii și este rezistent la căldură și coroziune, aliajele de zirconiu se găsesc adesea în conductele centralelor nucleare, în placarea barelor de combustibil și în componentele structurale. Proprietățile sale de rezistență la căldură înseamnă că se găsește în vehiculele spațiale, motoarele cu reacție și piesele turbinelor cu gaz. Zirconii sunt, de asemenea, cunoscuți ca pietre semi-prețioase care seamănă cu diamantele – zirconia este, de asemenea, mult, mult mai ieftină.
Niobiul este, de asemenea, utilizat în aplicații spațiale și aerospațiale. Sub această formă, se găsește în materialele structurale pentru construcții, platforme offshore și în conducte și colectoare de petrol și gaze. Cu proprietățile sale supraconductoare, niobiul este utilizat pe scară largă în electronică și în magneții utilizați în echipamentele de imagistică medicală, cum ar fi scanerele RMN și RMN, adesea în combinație cu zirconiu.
Oxidul său permite lentilelor de ochelari să fie mai subțiri prin creșterea indicelui de refracție al sticlei. Fiind inerte din punct de vedere fiziologic și hipoalergenice, dispozitivele precum stimulatoarele cardiace și alte impacturi medicale conțin aliaje de niobiu. Acoperirile de suprafață pot fi utilizate pentru a crea un strat superior poros care ajută la viteza și succesul osteointegrării.
Stratul de oxid dielectric care se formează pe suprafața sa și capacitatea sa de a fi acoperit subțire pe alte componente, permit tantalului să fie un condensator foarte eficient și de volum mic. În această formă, este utilizat în telefoanele mobile și alte dispozitive electronice. Și împărtășește aceleași caracteristici de întărire ca și alte metale de supapă, așa că a fost adesea folosit în conurile de vârf a aeronavelor Concorde, duzele de rachetă și paletele turbinelor. Tantalul se găsește și în implanturile chirurgicale, deoarece nu este toxic și nu provoacă răspuns imun la mamifere.
Tehnologii de inginerie de suprafață pentru metalele supapelor
În ciuda caracteristicilor lor de performanță în general impresionante, metalele supapelor au unele puncte slabe. De exemplu, aliajele de zirconiu în condiții de temperatură ridicată peste 900 de grade Celsius vor reacționa cu apa pentru a crea hidrogen gazos și a degrada placarea barei de combustibil nuclear.
Caracteristicile unice ale niobiului îi permit să funcționeze în atât de multe aplicații extrem de solicitante. Cu toate acestea, atunci când este supus la temperaturi mai mari de 400 de grade Celsius, se oxidează și devine casant. Foarte inert și, prin urmare, rezistent la majoritatea acizilor și alcalinelor, tantalul poate fi corodat de alcalii încălziți, acid sulfuric fierbinte și acid fluorhidric.
În același mod în care metalele ușoare mai comune sunt îmbunătățite, aceste defecte chimice și mecanice prezentate de metalele supapelor pot fi rezolvate cu ușurință. Acoperirile de suprafață pot proteja împotriva anumitor substanțe corozive, oferă protecție suplimentară la căldură și pot fi însămânțate cu aditivi care oferă alte îmbunătățiri ale performanței.
O abordare este aplicarea unei tehnologii avansate de acoperire a suprafeței, cum ar fi oxidarea electrolitică cu plasmă (PEO). Folosește o baie de electroliți și plasmă pentru a forma o acoperire asemănătoare ceramicii atât pe metalele ușoare mai cunoscute, cât și pe metalele supapelor. Acoperirea derivată din PEO are multe proprietăți benefice pe care metalul și aliajul metalic original și acoperirile lor de oxid de bază nu le au. Cercetătorii de la Jeellok au o experiență vastă atunci când vine vorba de dezvoltarea unor acoperiri unice, care îmbunătățesc în mod unic performanța tuturor metalelor supapelor.