A kiváló minőségű fémek nem énekelt hőse: szilícium-nitrid gáztalanító rotor

A tisztasági probléma a fémöntésben

Képzeljen el egy tökéletes tárgyat – egy könnyű autóalkatrészt, egy hibátlan repülőgép-alkatrészt vagy akár egy kritikus egészségügyi berendezést. Ha egy hibás anyaggal kezdi, a végtermék tönkremegy. Ez a kihívás benne fémöntés , különösen olyan anyagokkal, mint pl alumínium .

Az alumínium, a szilárdság-tömeg arányáról ismert csodafém komoly kohászati problémát jelent: szeret felszívódni. hidrogén amikvagy megolvadt. Ez könnyen megtörténik – a levegő nedvességétől, nedves szerszámoktól vagy akár felületi oxidoktól. A hidrogén jól oldódik folyékony alumíniumban, de ahogy a fém lehűl és megszilárdul, a hidrogén hevesen kilökődik, apró zsebeket vagy üregeket képezve, ún. porozitás .

Miért a porozitás az ellenség?

A porozitás a fémminőség ősellensége. Ezek a mikroszkopikus gázbuborékok súlyosan rontják a fém teljesítményét:

• Gyengített szerkezet: A porozitás csökkenti az általános szakítószilárdság és fáradtságos élet az öntvényen, így a végső alkatrész érzékeny a repedésekre és tönkremenetelre.
• Szivárgás: A nyomástartásra tervezett alkatrészek (például motorblokkok vagy szivattyúk) esetében a porozitás folyadékszivárgást hoz létre.
• Gyenge felületkezelés: A felület megmunkálása során ezek az üregek apró lyukakként jelennek meg, tönkretéve a termék esztétikáját és integritását.

A nagy integritású, hibamentes öntvények létrehozásához ezt az oldott hidrogént el kell távolítani, ez az ún. gáztalanítás .

A rotációs gáztalanító megoldás

Az olvadt fém ipari méretű tisztításának leghatékonyabb és legszélesebb körben alkalmazott módszere a rotációs gáztalanítás . Ez a zseniális eljárás a gázcsere és a flotáció egyszerű elvén működik.

A rotációs gáztalanító rendszer fő elemei egy tengely és egy speciálisan kialakított rotor , amelyet leeresztenek az olvadt fémbe. Általában inert gáz argon or nitrogén , leszivattyúzzák a tengelyen és kiengedik a forgórészen keresztül.

A rotor feladata kettős:

1. Nyírja a gázt: A forgórész forgása hevesen széttöri a nagy inert gázáramot, hatalmas mennyiségű gázra. apró, finoman szétszórt buborékok .
2. Keverjük össze az olvadékot: A forgó hatás egyenletesen keringeti a buborékokat a teljes olvadt fürdőben.

Ahogy ezek az apró inert gázbuborékok felemelkednek a folyékony alumíniumon, az oldott hidrogénatomok a parciális nyomáskülönbség hatására kidiffundálnak az olvadt fémből a buborékokba. A hidrogént hordozó buborékok, valamint nem fémes szennyeződések (az úgynevezett zárványok vagy salak), amelyek a felületükhöz tapadnak, az olvadék tetejére úsznak, ahol lefölözik őket. Minél kisebb és több a buborék, annál nagyobb a hidrogén abszorpciójának teljes felülete, ami gyorsabb és hatékonyabb tisztítási folyamatot eredményez.

A szilícium-nitrid gáztalanító rotor ereje

Itt van történetünk sztárja, a Szilícium-nitrid gáztalanító rotor , lép be A rotor működtetése olvadt alumíniumból – ami akár $750^{\circ }\text{C}$ ( $1380^{\circ }\text{F}$ ) vagy magasabb – az egyik legigényesebb munka az öntödében. A rotor extrém körülményeknek van kitéve:

• Hősokk: Gyors hőmérséklet-változások az olvadékba való be- és kihelyezéskor.
• Vegyi támadás: Reaktív olvadt fémeknek és folyasztószernek való kitettség.
• Mechanikai erózió: Folyamatos kopás az olvadt fém és a nem fémes zárványok áramlásától.

A grafithoz hasonló anyagokból készült korai rotorok gyakran gyorsan koptak, gyorsan elvesztették hatékonyságukat, és szénrészecskékkel szennyezték be az olvadékot.

Szilícium-nitrid: Anyagcsoda

Szilícium-nitrid ( ${\text{Si}}_3{\text{N}}_4$ ) egy nagy teljesítményű fejlett kerámia ami forradalmasította a gáztalanítási folyamatot. Anyagtulajdonságai miatt tökéletesen illeszkedik ehhez a zord környezethez:

• Kivételes keménység: A szilícium-nitrid hihetetlenül kemény, így kiemelkedően ellenálló erózió és horzsolás . Ez azt jelenti, hogy a rotor hosszabb ideig megőrzi precíz geometriai alakját, biztosítva az egyenletesen kicsi, rendkívül hatékony buborékokat élettartama során.
• Kiváló hőütésállóság: Repedés vagy meghibásodás nélkül képes kezelni az öntési folyamat hatalmas hőmérséklet-ingadozásait, ami hosszabb élettartamot és kevesebb állásidőt eredményez.
• Kémiai tehetetlenség: A grafittal ellentétben a szilícium-nitrid kémiailag inert, és nem lép reakcióba az olvadt alumíniummal, így megakadályozza a szennyeződést és fenntartja az olvadék tisztaságát.

Használatával a Szilícium-nitrid gáztalanító rotor , az öntödék sokkal jobb minőségű alumíniumöntvényt érhetnek el alacsonyabb hidrogéntartalommal, csökkentett zárványokkal, végső soron pedig megbízhatóbb és költséghatékonyabb gyártási folyamattal. Ez egy kritikus alkatrész – egy apró, forgó fejlett mérnöki darab –, amely lehetővé teszi a nagy teljesítményű fémöntést.