Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos duros

Non existe unha definición formal do servizo. Pódese considerar que se refire ao alto custo da substitución da válvula ou ás condicións de traballo que reducen a capacidade de procesamento. A necesidade global de reducir os custos de produción dos procesos para mellorar a rendibilidade de todos os sectores implicados en duras condicións de servizo. Estes van desde petróleo e gas, petroquímica ata enerxía nuclear e xeración de enerxía, procesamento de minerais e minería. Deseñadores e enxeñeiros están tentando acadar este obxectivo de diferentes xeitos. O método máis apropiado é aumentar o tempo de actividade e a eficiencia controlando eficazmente os parámetros do proceso (como o apagado efectivo e o control de fluxo optimizado). A optimización da seguridade tamén xoga un papel fundamental, porque reducir o número de substitucións pode levar a un ambiente de produción máis seguro. Ademais, a empresa está a traballar para reducir o inventario de equipos (incluíndo bombas e válvulas) e a eliminación necesaria. Ao mesmo tempo, os propietarios das instalacións esperan un gran volume de negocio dos seus activos. Polo tanto, o aumento da capacidade de procesamento dará lugar a menos (pero de maior diámetro) tubos e equipos e menos instrumentos para o mesmo fluxo de produtos. Isto demostra que, ademais de ter que usar compoñentes individuais do sistema máis grandes para diámetros de tubos máis amplos, tamén é necesario soportar unha exposición prolongada a ambientes duros para reducir os requisitos de mantemento e substitución en servizo. Os compoñentes que inclúen as válvulas e as esferas de válvulas deben ser robustos para adaptarse á aplicación desexada, pero tamén poden prolongar a súa vida útil. Non obstante, o principal problema da maioría das aplicacións é que as pezas metálicas alcanzaron os seus límites de rendemento. Isto indica que os deseñadores poden atopar alternativas aos materiais non metálicos en aplicacións esixentes, especialmente materiais cerámicos. Os parámetros típicos necesarios para operar compoñentes en condicións duras inclúen a resistencia ao choque térmico, a resistencia á corrosión, a resistencia á fatiga, a dureza, a resistencia e a tenacidade. A resiliencia é un parámetro clave, porque os compoñentes que son menos resistentes poden fallar catastróficamente. A tenacidade dos materiais cerámicos defínese como a resistencia á propagación de fendas. Nalgúns casos, pódese medir mediante o método de sangría para obter un valor artificialmente alto. O uso dun feixe de incisión dun só lado pode proporcionar resultados de medición precisos. A resistencia está relacionada coa tenacidade, pero refírese a un único punto no que un material está danado catastróficamente cando se aplica tensión. Denomínase comunmente como "módulo de rotura" e obtense medindo a resistencia á flexión de tres ou catro puntos nunha varilla de proba. O valor da proba de tres puntos é un 1% superior ao valor da proba de catro puntos. Aínda que se poden usar moitas escalas, incluíndo o comprobador de dureza Rockwell e o comprobador de dureza Vickers, para medir a dureza, a escala de microdureza Vickers é moi adecuada para materiais cerámicos avanzados. A dureza cambia en proporción á resistencia ao desgaste do material. Nas válvulas que funcionan de forma cíclica, a fatiga é a principal preocupación debido á continua apertura e peche da válvula. A fatiga é o limiar da forza. Máis aló deste limiar, o material tende a fallar por debaixo da súa resistencia normal á flexión. A resistencia á corrosión depende do ambiente operativo e do medio que contén o material. Ademais da "degradación hidrotérmica", moitos materiais cerámicos avanzados son superiores aos metais neste campo, e certos materiais a base de circonio sufrirán "degradación hidrotérmica" despois de ser expostos a vapor a alta temperatura. A xeometría, o coeficiente de expansión térmica, a condutividade térmica, a dureza e a resistencia dos compoñentes vense afectadas polo choque térmico. Esta área é propicia para unha alta condutividade térmica e dureza, polo que os compoñentes metálicos poden funcionar de forma eficaz. Non obstante, os avances nos materiais cerámicos agora proporcionan niveis aceptables de resistencia ao choque térmico. A cerámica avanzada utilízase durante moitos anos e é popular entre os enxeñeiros de fiabilidade, enxeñeiros de plantas e deseñadores de válvulas que requiren un alto rendemento e un alto valor. Segundo os requisitos específicos de aplicación, é axeitado para diferentes formulacións nunha variedade de industrias. Non obstante, catro cerámicas avanzadas son de gran importancia no campo do mantemento rigoroso das válvulas, incluíndo o carburo de silicio (SiC), o nitruro de silicio (Si3N4), a alúmina e o zirconio. Os materiais da chave e da bola da chave son seleccionados segundo os requisitos específicos da aplicación. A válvula usa dúas formas principais de circonio, que teñen o mesmo coeficiente de expansión térmica e rixidez que o aceiro. O zirconio parcialmente estabilizado de óxido de magnesio (Mg-PSZ) ten a maior resistencia ao choque térmico e tenacidade, mentres que o zirconio policristalino tetragonal de itria (Y-TZP) é máis duro, pero é susceptible á degradación hidrotermal. O nitruro de silicio (Si3N4) ten diferentes formulacións. O nitruro de silicio sinterizado a presión de gas (GPPSN) é o material máis utilizado para válvulas e compoñentes de válvulas. Ademais da súa dureza media, tamén ten alta dureza e resistencia, excelente resistencia ao choque térmico e estabilidade térmica. Ademais, en ambientes de vapor de alta temperatura, Si3N4 pode substituír o zirconio para evitar a degradación hidrotermal. Cun orzamento máis estrito, o concentrador pode escoller entre SiC ou alúmina. Ambos materiais teñen unha alta dureza, pero non son máis duros que o zirconio ou o nitruro de silicio. Isto mostra que o material é moi axeitado para aplicacións de compoñentes estáticos, como revestimentos de válvulas e asentos de válvulas, en lugar de bolas ou discos de válvulas que están suxeitos a unha maior tensión. En comparación cos materiais metálicos utilizados en aplicacións de válvulas esixentes (incluíndo ferrocromo (CrFe), carburo de tungsteno, Hastelloy e Stellite), os materiais cerámicos avanzados teñen unha dureza máis baixa e unha resistencia similar. As aplicacións de servizos esixentes implican o uso de válvulas rotativas, como válvulas de bolboreta, muelles, válvulas de bola flotantes e resortes. Nestas aplicacións, o Si3N4 e o zirconio teñen resistencia, tenacidade e resistencia ao choque térmico e poden adaptarse aos ambientes máis esixentes. Debido á dureza e resistencia á corrosión do material, a vida útil do compoñente é varias veces a do compoñente metálico. Outros beneficios inclúen as características de rendemento durante a vida útil da válvula, especialmente nas áreas onde se manteñen as capacidades de corte e control. Isto demostrouse no caso dunha bola de kynar/RTFE con válvula de 65 mm (2,6 polgadas) e un forro expostos a ácido sulfúrico ao 98% máis ilmenita, converténdose a ilmenita en pigmento de óxido de titanio. A natureza corrosiva dos medios significa que a vida destes compoñentes pode ser de ata seis semanas. Non obstante, o uso de molduras de válvulas esféricas (un zirconio patentado de óxido de magnesio parcialmente estabilizado (Mg-PSZ)) fabricada por Nilcra™ (Figura 1) ten unha excelente dureza e resistencia á corrosión e fíxose durante tres anos. Servizo intermitente, sen desgaste detectable. Nas válvulas lineais (incluídas as válvulas de ángulo, válvulas de aceleración ou válvulas de globo), debido ás características de "asento duro" destes produtos, o zirconio e o nitruro de silicio son axeitados tanto para tapóns de válvulas como para asentos de válvulas. Do mesmo xeito, a alúmina pódese usar en certos revestimentos e gaiolas. A través da bola coincidente no anel do asento, pódese conseguir un alto grao de selado. Para o núcleo da chave, incluíndo a chave de carrete, a entrada e saída ou o buxo do corpo da chave, pódese utilizar calquera dos catro materiais cerámicos principais segundo os requisitos da aplicación. A alta dureza e resistencia á corrosión do material demostraron ser beneficiosas en termos de rendemento do produto e vida útil. Tome como exemplo a válvula de bolboreta DN150 utilizada na refinería de bauxita australiana. O alto contido de sílice no medio provoca altos niveis de desgaste nos casquiños das válvulas. O revestimento e o disco da válvula utilizados inicialmente estaban feitos de aliaxe CrFe cun 28% e só duraban de oito a dez semanas. Non obstante, debido á introdución de válvulas de circonio Nilcra™ (Figura 2), a vida útil aumentou a 70 semanas. Debido á súa dureza e resistencia, a cerámica funciona ben na maioría das aplicacións de válvulas. Non obstante, é a súa dureza e resistencia á corrosión as que axudan a prolongar a vida útil da válvula. Á súa vez, isto reduce o custo de todo o ciclo de vida ao reducir o tempo de inactividade das pezas de substitución, o capital de traballo e o inventario reducidos, a manipulación manual mínima e a mellora da seguridade grazas á redución das fugas. Durante moito tempo, a aplicación de materiais cerámicos en válvulas de alta presión foi unha das principais preocupacións, porque estas válvulas están suxeitas a altas cargas axiais ou torsionales. Non obstante, os principais actores neste campo están a desenvolver deseños de bólas de válvulas que melloran a supervivencia do par de accionamento. A outra gran limitación é o tamaño. O tamaño do asento de chave máis grande e da bola de chave máis grande (Figura 3) producidos por circonio parcialmente estabilizado de magnesia son DN500 e DN250, respectivamente. Non obstante, a maioría dos prescritores actuais prefiren utilizar cerámica para facer pezas cuxas dimensións non superen estas dimensións. Aínda que agora se demostrou que os materiais cerámicos son unha opción axeitada, aínda hai algunhas pautas sinxelas que deben seguirse para maximizar o seu rendemento. Os materiais cerámicos deben usarse primeiro só se hai que reducir os custos. Tanto dentro como fóra deben evitar cantos afiados e concentración de estrés. Calquera posible desaxuste de expansión térmica debe considerarse durante a fase de deseño. Para reducir a tensión do aro, é necesario manter a cerámica no exterior e non no interior. Por último, debe considerarse coidadosamente a necesidade de tolerancias xeométricas e de acabado superficial, xa que estas tolerancias poden aumentar significativamente os custos innecesarios. Seguindo estas pautas e boas prácticas na selección de materiais e a coordinación cos provedores desde o inicio do proxecto, pódese conseguir unha solución ideal para cada aplicación de servizo esixente. Esta información foi obtida, revisada e adaptada a partir de materiais proporcionados por Morgan Advanced Materials. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 de novembro de 2019). Materiais cerámicos avanzados axeitados para aplicacións de servizos serios. AZoM. Recuperado de https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 o 26 de maio de 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos serios". AZoM. 26 de maio de 2021. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Materiais cerámicos avanzados para aplicacións de servizos serios". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Consultado o 26 de maio de 2021). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Materiais cerámicos avanzados axeitados para aplicacións de servizos serios. AZoM, consultado o 26 de maio de 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM conversou cos profesores asociados Arda Gozen, George e Joan Berry da Washington State University. Arda forma parte dun equipo de múltiples institucións dedicadas a crear andamios de tecidos de enxeñería imitando as características dos tecidos humanos. Nesta entrevista, AZoM falou co doutor Tim Nunney e o doutor Adam Bushell de Thermo Fisher Scientific sobre o sistema de análise de superficies Nexsa G2. Nesta entrevista, AZoM e o doutor Juan Araneda, xefe de Química Aplicada de Nanálise, falaron do crecente uso e utilidade da RMN e de como axudar na análise dos depósitos de litio. O espectrómetro de descarga luminosa GDS850 de Leco pódese usar para analizar varios materiais metalúrxicos. Tamén proporciona un perfil cuantitativo de profundidade do material. Ten un rango de 120-800 nm e é versátil. Os centros de torneado da serie Hardinge® T e os centros de torneado da serie SUPER-PRECISION® T son recoñecidos líderes do mercado en aplicacións de torneado duro e de ultra precisión. Usamos cookies para mellorar a túa experiencia. Ao continuar navegando neste sitio web, aceptas o noso uso de cookies. Máis información.