Термическая и поверхностная обработка клапанов
Поверхностные покрытия для клапанов и альтернативных легких металлов
Когда дело доходит до выбора легких сплавов, большинство инженеров не отходят далеко от сплавов Al, Mg и Ti. Однако в этой статье рассматриваются применение и преимущества некоторых из этих менее используемых легких сплавов, таких как цирконий, тантал и гафний.
Развитие материаловедения и исследования поверхностных покрытий привели к тому, что легкие сплавы стали одними из наиболее используемых металлов в жестких рабочих условиях. От интенсивного давления в нефтегазовой промышленности до легких, но прочных подвижных компонентов самолетов, легкие сплавы получили огромное распространение. Медицинская и оборонная промышленность также не против использования легких сплавов.
Большинство инженеров и ученых-материаловедов обращаются к легким металлам, алюминию, магнию и титану как к решению своих сложных инженерных задач. Но есть и другие альтернативные легкие металлы, которые обладают особыми свойствами, делающими их пригодными для очень специфических высокопроизводительных приложений. Некоторые из них менее известны, но заслуживают того, чтобы быть в том же центре внимания, что и их более известные аналоги.
Вентильные металлы включают такие элементы, как цирконий и тантал, и известны своей высокой устойчивостью к коррозии, экстремальным температурам, диэлектрическими и сверхпроводящими свойствами. Некоторые вентильные металлы не поглощают нейтроны и поэтому широко используются в производстве ядерной энергии с нулевым уровнем выбросов.
Как и в случае с более известными легкими металлами, такими как алюминий и магний, свойства вентильных металлов можно улучшить с помощью нанесения поверхностных покрытий.
Каковы преимущества альтернативных клапанных металлов?
Металлы сердечника клапана широко используются во многих отраслях промышленности. Большинство из них используются в ряде стальных и легких металлических сплавов для придания дополнительной прочности и коррозионной стойкости, наряду с другими характеристиками. А общие свойства жаропрочности и коррозионной стойкости означают, что металлы, их сплавы и оксиды используются в ряде лабораторного и химического оборудования.
Поскольку он не поглощает нейтроны и устойчив к нагреву и коррозии, сплавы циркония часто встречаются в трубопроводах атомных электростанций, оболочках топливных стержней и структурных компонентах. Его свойства термостойкости означают, что он встречается в космических аппаратах, реактивных двигателях и деталях газовых турбин. Цирконы также известны как полудрагоценные камни, которые напоминают алмазы — кубический цирконий также намного, намного дешевле.
Ниобий также используется в космических и аэрокосмических приложениях. В этой форме он встречается в конструкционных материалах для строительства, морских платформ, нефте- и газопроводов и коллекторов. Благодаря своим сверхпроводящим свойствам ниобий широко используется в электронике и магнитах, используемых в медицинском диагностическом оборудовании, таком как сканеры ЯМР и МРТ, часто в сочетании с цирконием.
Его оксид позволяет сделать линзы очков тоньше за счет увеличения показателя преломления стекла. Будучи физиологически инертными и гипоаллергенными, такие устройства, как кардиостимуляторы и другие медицинские устройства воздействия, содержат ниобиевые сплавы. Поверхностные покрытия могут использоваться для создания пористого верхнего слоя, который способствует скорости и успешности остеоинтеграции.
Диэлектрический оксидный слой, который образуется на его поверхности, и его способность тонко покрывать другие компоненты, позволяет танталу быть высокоэффективным и малообъемным конденсатором. В этой форме он используется в мобильных телефонах и других электронных устройствах. И он обладает теми же прочностными характеристиками, что и другие клапанные металлы, поэтому его часто использовали в носовых обтекателях самолетов Concorde, соплах ракет и лопатках турбин. Тантал также содержится в хирургических имплантатах, поскольку он нетоксичен и не вызывает иммунного ответа у млекопитающих.
Технологии поверхностной обработки металлов вентилей
Несмотря на свои в целом впечатляющие эксплуатационные характеристики, у вентильных металлов есть некоторые недостатки. Например, циркониевые сплавы при высоких температурах выше 900 градусов по Цельсию будут реагировать с водой, образуя водород и разрушая оболочку ядерного топливного стержня.
Уникальные характеристики ниобия позволяют ему работать во многих очень сложных приложениях. Однако при воздействии температур выше 400 градусов по Цельсию он окисляется и становится хрупким. Высоко инертный и, следовательно, устойчивый к большинству кислот и щелочей, тантал может подвергаться коррозии под воздействием нагретых щелочей, горячей серной кислоты и плавиковой кислоты.
Так же, как улучшаются более распространенные легкие металлы, эти химические и механические недостатки, проявляемые металлами клапанов, могут быть легко устранены. Поверхностные покрытия могут защищать от определенных коррозионных веществ, обеспечивать дополнительную теплозащиту и могут быть засеяны добавками, которые обеспечивают другие улучшения производительности.
Один из подходов заключается в применении передовой технологии покрытия поверхности, такой как плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭО). Он использует электролитную ванну и плазму для формирования керамического покрытия как на более известных легких металлах, так и на вентильных металлах. Покрытие, полученное с помощью ПЭО, имеет много полезных свойств, которых нет у исходного металла и металлического сплава и их основных оксидных покрытий. Исследователи из Jewellok имеют большой опыт в разработке уникальных покрытий, которые уникальным образом улучшают производительность всех вентильных металлов.