Fejlett kerámia anyagok kemény szervizelési alkalmazásokhoz

Nincs hivatalos szolgáltatásdefiníció. Ez a szelepcsere magas költségére vagy a feldolgozási kapacitást csökkentő munkakörülményekre utal. A globális igény a gyártási folyamatok költségeinek csökkentésére annak érdekében, hogy javítsa a nehéz szolgáltatási körülmények között érintett ágazatok jövedelmezőségét. Ezek az olajtól és gáztól, a petrolkémiai anyagoktól az atomenergia- és energiatermelésig, az ásványfeldolgozásig és a bányászatig terjednek. A tervezők és a mérnökök különböző módokon próbálják elérni ezt a célt. A legmegfelelőbb módszer az üzemidő és a hatékonyság növelése a folyamatparaméterek hatékony szabályozásával (például hatékony leállítás és optimalizált áramlásszabályozás). A biztonsági optimalizálás is létfontosságú szerepet játszik, mert a cserék számának csökkentése biztonságosabb gyártási környezetet eredményezhet. Ezenkívül a vállalat azon dolgozik, hogy csökkentse a berendezések (beleértve a szivattyúkat és szelepeket) készletét és a szükséges ártalmatlanítást. A létesítménytulajdonosok ugyanakkor hatalmas forgalmat várnak eszközeiktől. Ezért a megnövekedett feldolgozási kapacitás kevesebb (de nagyobb átmérőjű) csövet és berendezést, valamint kevesebb műszert eredményez ugyanahhoz a termékfolyamhoz. Ez azt mutatja, hogy amellett, hogy nagyobb egyedi rendszerelemeket kell használni a szélesebb csőátmérőkhöz, el kell viselni a zord környezetnek való hosszan tartó expozíciót is az üzem közbeni karbantartási és csereszükségletek csökkentése érdekében. Az alkatrészeknek, beleértve a szelepeket és a szelepgolyókat, robusztusnak kell lenniük, hogy megfeleljenek a kívánt alkalmazásnak, de meghosszabbíthatják élettartamukat is. A legtöbb alkalmazással azonban a fő probléma az, hogy a fém alkatrészek elérték teljesítményhatárukat. Ez azt jelzi, hogy a tervezők találhatnak alternatívákat a nem fémes anyagok helyett az igényes alkalmazásokban, különösen a kerámia anyagok esetében. Az alkatrészek zord körülmények között történő működéséhez szükséges jellemző paraméterek közé tartozik a hősokkállóság, a korrózióállóság, a fáradtságállóság, a keménység, a szilárdság és a szívósság. A rugalmasság kulcsfontosságú paraméter, mivel a kevésbé ellenálló alkatrészek katasztrofálisan meghibásodhatnak. A kerámia anyagok szívósságát a repedések terjedésével szembeni ellenállásként határozzák meg. Bizonyos esetekben behúzásos módszerrel is mérhető, hogy mesterségesen magas értéket kapjunk. Az egyoldali bemetsző gerenda használata pontos mérési eredményeket biztosíthat. A szilárdság a szívóssághoz kapcsolódik, de egyetlen pontra utal, ahol az anyag katasztrofálisan megsérül feszültség hatására. Ezt általában "szakadási modulusnak" nevezik, és a hárompontos vagy négypontos hajlítószilárdság tesztrúdon történő mérésével kapják meg. A hárompontos teszt értéke 1%-kal magasabb, mint a négypontos teszté. Bár sok mérleg, köztük a Rockwell keménységmérő és a Vickers keménységmérő használható a keménység mérésére, a Vickers mikrokeménységi skála nagyon alkalmas fejlett kerámia anyagokhoz. A keménység az anyag kopásállóságával arányosan változik. A ciklikusan működő szelepeknél a fáradtság a fő gond a szelep folyamatos nyitása és zárása miatt. A fáradtság az erő küszöbe. Ezen a küszöbön túl az anyag hajlamos a normál hajlítószilárdsága alá csökkenni. A korrózióállóság a működési környezettől és az anyagot tartalmazó közegtől függ. A „hidrotermikus lebomláson” túlmenően sok fejlett kerámiaanyag felülmúlja a fémeket ezen a területen, és bizonyos cirkónium-oxid alapú anyagok „hidrotermikus lebomláson” mennek keresztül, miután magas hőmérsékletű gőznek vannak kitéve. A hősokk befolyásolja az alkatrészek geometriáját, hőtágulási együtthatóját, hővezető képességét, szívósságát és szilárdságát. Ez a terület nagy hővezető képességet és szívósságot tesz lehetővé, így a fém alkatrészek hatékonyan működhetnek. A kerámiaanyagok fejlődése azonban már elfogadható szintű hősokkállóságot biztosít. A fejlett kerámiákat már évek óta használják, és népszerűek a megbízhatósági mérnökök, üzemmérnökök és szeleptervezők körében, akik nagy teljesítményt és értéket igényelnek. A speciális alkalmazási követelményeknek megfelelően különböző ipari ágakban különböző formulációkhoz alkalmas. Négy fejlett kerámia azonban nagy jelentőséggel bír a szelepek szigorú karbantartása terén, köztük a szilícium-karbid (SiC), a szilícium-nitrid (Si3N4), az alumínium-oxid és a cirkónium-oxid. A szelep és a szelepgolyó anyagait az egyedi alkalmazási követelményeknek megfelelően választják ki. A szelep két fő cirkónium-oxidot használ, amelyek hőtágulási együtthatója és merevsége megegyezik az acéléval. A magnézium-oxiddal részben stabilizált cirkónium-oxid (Mg-PSZ) rendelkezik a legnagyobb hősokkállósággal és szívóssággal, míg az ittrium-tetragonális, polikristályos cirkónium-oxid (Y-TZP) keményebb, de érzékeny a hidrotermikus lebomlásra. A szilícium-nitrid (Si3N4) különböző összetételű. A gáznyomású szinterezett szilícium-nitrid (GPPSN) a szelepek és szelepalkatrészek leggyakrabban használt anyaga. Átlagos szívóssága mellett nagy keménységgel és szilárdsággal, kiváló hősokkállósággal és hőstabilitással is rendelkezik. Ezenkívül magas hőmérsékletű gőzkörnyezetben a Si3N4 helyettesítheti a cirkónium-oxidot, hogy megakadályozza a hidrotermikus lebomlást. Szigorúbb költségvetés mellett a sűrítő SiC vagy timföld közül választhat. Mindkét anyag nagy keménységű, de nem keményebb, mint a cirkónium-oxid vagy a szilícium-nitrid. Ez azt mutatja, hogy az anyag nagyon alkalmas statikus alkatrész-alkalmazásokhoz, például szelepbetétekhez és szelepülékekhez, nem pedig szelepgolyókhoz vagy tárcsákhoz, amelyek nagyobb igénybevételnek vannak kitéve. Az igényes szelepalkalmazásokban használt fémanyagokhoz képest (beleértve a ferrokrómot (CrFe), a volfrámkarbidot, a Hastelloy-t és a Stellite-t), a fejlett kerámiaanyagok alacsonyabb szívóssággal és hasonló szilárdsággal rendelkeznek. Az igényes szervizalkalmazások körébe tartoznak a forgószelepek, például a pillangószelepek, a csonkok, az úszó golyóscsapok és a rugók. Az ilyen alkalmazásokban a Si3N4 és a cirkónium-oxid hősokkállósággal, szívóssággal és szilárdsággal rendelkezik, és alkalmazkodni tud a legigényesebb környezetekhez. Az anyag keménysége és korrózióállósága miatt az alkatrész élettartama többszöröse a fém alkatrészének. További előnyök közé tartozik a szelep élettartama alatti teljesítményjellemzők, különösen azokon a területeken, ahol a lekapcsolási és szabályozási képességek megmaradnak. Ezt egy 65 mm-es (2,6 hüvelykes) szelepes kynar/RTFE golyó és bélés esetében mutatták be, amelyet 98%-os kénsavval és ilmenittel kezeltek, és az ilmenit titán-oxid pigmentté alakul. A közeg korrozív jellege azt jelenti, hogy ezeknek az alkatrészeknek az élettartama akár hat hét is lehet. A Nilcra™ által gyártott gömbszelep-betét (védett magnézium-oxiddal részben stabilizált cirkónium-oxid (Mg-PSZ)) (1. ábra) azonban kiváló keménységgel és korrózióállósággal rendelkezik, és három éve biztosított. Szakaszos szolgáltatás, észlelhető kopás nélkül. Lineáris szelepekben (beleértve a sarokszelepeket, fojtószelepeket vagy gömbszelepeket) ezeknek a termékeknek a "keményülés" jellemzői miatt a cirkónium-oxid és a szilícium-nitrid szelepdugókhoz és szelepülékekhez egyaránt alkalmas. Hasonlóképpen, az alumínium-oxid felhasználható bizonyos bélésekben és ketrecekben. Az ülésgyűrűn lévő illeszkedő golyó révén nagyfokú tömítés érhető el. A szelepmaghoz, beleértve az orsószelepet, a bemeneti és kimeneti nyílást vagy a szelepház perselyét, a négy fő kerámiaanyag bármelyike ​​használható az alkalmazási követelményeknek megfelelően. Az anyag nagy keménysége és korrózióállósága előnyösnek bizonyult a termék teljesítménye és élettartama szempontjából. Vegyük például az ausztrál bauxitfinomítóban használt DN150 pillangószelepet. A közeg magas szilícium-dioxid-tartalma a szelepperselyek nagyfokú kopását okozza. A kezdetben használt bélés és szeleptárcsa 28%-os CrFe ötvözetből készült, és csak nyolc-tíz hétig bírta. A Nilcra™ cirkóniából készült szelepek bevezetése miatt (2. ábra) azonban az élettartam 70 hétre nőtt. Szívósságának és szilárdságának köszönhetően a kerámia a legtöbb szelepalkalmazásban jól működik. Azonban a keménységük és a korrózióállóságuk segít meghosszabbítani a szelep élettartamát. Ez pedig csökkenti a teljes életciklus költségeit azáltal, hogy csökkenti a cserealkatrészek leállási idejét, csökkenti a forgótőkét és a készletet, minimális a kézi kezelés, és a szivárgás csökkentése révén javítja a biztonságot. Hosszú ideig a kerámia anyagok nagynyomású szelepekben való alkalmazása volt az egyik fő probléma, mivel ezek a szelepek nagy axiális vagy torziós terhelésnek vannak kitéve. Azonban ezen a területen a főbb szereplők olyan szelepgolyó-konstrukciókat fejlesztenek, amelyek javítják a működtető nyomaték túlélését. A másik fő korlátozás a méret. A legnagyobb szelepülék és a legnagyobb szelepgolyó (3. ábra), amelyet részlegesen magnézium-oxiddal stabilizált cirkóniával gyártanak, DN500, illetve DN250. A legtöbb jelenlegi specifikátor azonban inkább kerámiát használ olyan alkatrészek előállításához, amelyek mérete nem haladja meg ezeket a méreteket. Bár a kerámia anyagok mára megfelelő választásnak bizonyultak, még mindig van néhány egyszerű irányelv, amelyeket be kell tartani a teljesítményük maximalizálása érdekében. Kerámia anyagokat először csak akkor szabad használni, ha szükség van a költségek csökkentésére. Mind belül, mind kívül kerülni kell az éles sarkokat és a stresszkoncentrációt. Minden lehetséges hőtágulási eltérést figyelembe kell venni a tervezési szakaszban. A karikafeszültség csökkentése érdekében a kerámiát kívül kell tartani, nem pedig belül. Végül a geometriai tűrések és a felületkezelés szükségességét alaposan meg kell fontolni, mivel ezek a tűrések jelentősen megnövelhetik a szükségtelen költségeket. Ezen irányelvek és bevált gyakorlatok követésével az anyagok kiválasztásában és a beszállítókkal való egyeztetésben a projekt kezdetétől kezdve minden igényes szolgáltatási alkalmazásra ideális megoldás érhető el. Ezeket az információkat a Morgan Advanced Materials által biztosított anyagokból szereztük be, ellenőriztük és adaptáltuk. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (2019. november 28.). Korszerű kerámia anyagok, amelyek alkalmasak komoly szerviz alkalmazásokra. AZoM. Letöltve: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305, 2021. május 26. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Továbbfejlesztett kerámia anyagok komoly szerviz alkalmazásokhoz". AZoM. 2021. május 26. Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. "Továbbfejlesztett kerámia anyagok komoly szerviz alkalmazásokhoz". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Hozzáférés: 2021. május 26.). Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Korszerű kerámia anyagok, amelyek komoly szerviz alkalmazásokhoz is alkalmasak. AZoM, megtekintve 2021. május 26-án, https://www.azom.com/article.aspx? Cikkazonosító = 12305. Az AZoM Arda Gozen, George és Joan Berry docensekkel beszélgetett a Washingtoni Állami Egyetemről. Az Arda egy több intézményből álló csapat tagja, amelyek az emberi szövetek jellemzőit utánozva mesterséges szövetekből álló állványokat hoznak létre. Ebben az interjúban az AZoM Dr. Tim Nunney-vel és Dr. Adam Bushell-lel, a Thermo Fisher Scientific munkatársával beszélgetett a Nexsa G2 felületelemző rendszerről. Ebben az interjúban az AZoM és Dr. Juan Araneda, a Nanalysis alkalmazott kémiájának vezetője az NMR növekvő használatáról és hasznosságáról beszélt, valamint arról, hogyan segítheti elő a lítiumlerakódások elemzését. A Leco GDS850 izzítókisülési spektrométere különféle kohászati ​​anyagok elemzésére használható. Az anyag mennyiségi mélységi profilozását is biztosítja. 120-800 nm hatótávolságú és sokoldalú. A Hardinge® T sorozatú esztergaközpontok és a SUPER-PRECISION® T sorozatú esztergaközpontok elismert piacvezetők az ultraprecíziós és kemény esztergálási alkalmazásokban. Cookie-kat használunk az élmény javítása érdekében. A weboldal böngészésének folytatásával beleegyezik a cookie-k használatába. Több információ.