Bahan keramik canggih untuk aplikasi servis yang keras

Tidak ada definisi layanan formal. Hal ini dapat dianggap merujuk pada tingginya biaya penggantian katup atau kondisi kerja yang mengurangi kapasitas pemrosesan. Kebutuhan global untuk mengurangi biaya proses produksi guna meningkatkan profitabilitas semua sektor yang terlibat dalam kondisi layanan yang sulit. Mulai dari minyak dan gas, petrokimia hingga tenaga nuklir dan pembangkit listrik, pengolahan mineral dan pertambangan. Desainer dan insinyur berusaha mencapai tujuan ini dengan cara yang berbeda. Metode yang paling tepat adalah meningkatkan waktu kerja dan efisiensi dengan mengontrol parameter proses secara efektif (seperti penghentian yang efektif dan kontrol aliran yang dioptimalkan). Optimalisasi keselamatan juga memainkan peran penting, karena mengurangi jumlah penggantian dapat menghasilkan lingkungan produksi yang lebih aman. Selain itu, perusahaan berupaya mengurangi inventaris peralatan (termasuk pompa dan katup) dan pembuangan yang diperlukan. Pada saat yang sama, pemilik fasilitas mengharapkan perputaran aset yang besar. Oleh karena itu, peningkatan kapasitas pemrosesan akan menghasilkan pipa dan peralatan yang lebih sedikit (tetapi berdiameter lebih besar) dan lebih sedikit instrumen untuk aliran produk yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa, selain harus menggunakan komponen sistem individual yang lebih besar untuk diameter pipa yang lebih lebar, kita juga harus tahan terhadap paparan lingkungan yang keras dalam waktu lama untuk mengurangi kebutuhan pemeliharaan dan penggantian dalam layanan. Komponen termasuk katup dan bola katup harus kuat agar sesuai dengan aplikasi yang diinginkan, namun komponen tersebut juga dapat memperpanjang masa pakainya. Namun, masalah utama pada sebagian besar aplikasi adalah komponen logam telah mencapai batas kinerjanya. Hal ini menunjukkan bahwa desainer mungkin menemukan alternatif pengganti material non-logam dalam aplikasi yang menuntut, terutama material keramik. Parameter umum yang diperlukan untuk mengoperasikan komponen dalam kondisi yang keras meliputi ketahanan guncangan termal, ketahanan korosi, ketahanan lelah, kekerasan, kekuatan, dan ketangguhan. Ketahanan merupakan parameter kunci, karena komponen yang kurang tangguh dapat mengalami kegagalan yang sangat besar. Ketangguhan bahan keramik diartikan sebagai ketahanan terhadap perambatan retak. Dalam beberapa kasus, dapat diukur dengan menggunakan metode indentasi untuk memperoleh nilai artifisial yang tinggi. Penggunaan sinar sayatan satu sisi dapat memberikan hasil pengukuran yang akurat. Kekuatan berkaitan dengan ketangguhan, namun mengacu pada satu titik di mana suatu material mengalami kerusakan parah ketika diberikan tekanan. Hal ini biasa disebut sebagai "modulus pecah" dan diperoleh dengan mengukur kekuatan lentur tiga titik atau empat titik pada batang uji. Nilai tes tiga poin lebih tinggi 1% dibandingkan nilai tes empat poin. Meskipun banyak timbangan termasuk penguji kekerasan Rockwell dan penguji kekerasan Vickers dapat digunakan untuk mengukur kekerasan, skala kekerasan mikro Vickers sangat cocok untuk material keramik tingkat lanjut. Kekerasan berubah sebanding dengan ketahanan aus material. Pada katup yang beroperasi secara siklik, kelelahan menjadi perhatian utama akibat pembukaan dan penutupan katup secara terus menerus. Kelelahan adalah ambang kekuatan. Di luar ambang batas ini, material cenderung mengalami keruntuhan di bawah kekuatan lentur normalnya. Ketahanan korosi tergantung pada lingkungan pengoperasian dan media yang mengandung material. Selain "degradasi hidrotermal", banyak material keramik tingkat lanjut yang lebih unggul daripada logam di bidang ini, dan material berbasis zirkonia tertentu akan mengalami "degradasi hidrotermal" setelah terkena uap suhu tinggi. Geometri, koefisien muai panas, konduktivitas termal, ketangguhan dan kekuatan komponen dipengaruhi oleh kejutan termal. Area ini kondusif terhadap konduktivitas dan ketangguhan termal yang tinggi, sehingga komponen logam dapat berfungsi secara efektif. Namun, kemajuan dalam bahan keramik kini memberikan tingkat ketahanan guncangan termal yang dapat diterima. Keramik tingkat lanjut telah digunakan selama bertahun-tahun dan populer di kalangan insinyur keandalan, insinyur pabrik, dan perancang katup yang memerlukan kinerja tinggi dan nilai tinggi. Sesuai dengan persyaratan aplikasi spesifik, cocok untuk formulasi berbeda di berbagai industri. Namun, empat keramik canggih sangat penting dalam bidang pemeliharaan katup yang ketat, termasuk silikon karbida (SiC), silikon nitrida (Si3N4), alumina, dan zirkonia. Bahan katup dan bola katup dipilih sesuai dengan persyaratan aplikasi spesifik. Katup ini menggunakan dua bentuk utama zirkonia, yang memiliki koefisien muai panas dan kekakuan yang sama dengan baja. Zirkonia yang distabilkan sebagian magnesium oksida (Mg-PSZ) memiliki ketahanan dan ketangguhan guncangan termal tertinggi, sedangkan yttria tetragonal zirkonia polikristalin (Y-TZP) lebih keras, tetapi rentan terhadap degradasi hidrotermal. Silikon nitrida (Si3N4) memiliki formulasi yang berbeda-beda. Silikon nitrida sinter tekanan gas (GPPSN) adalah bahan yang paling umum digunakan untuk katup dan komponen katup. Selain ketangguhan rata-rata, ia juga memiliki kekerasan dan kekuatan tinggi, ketahanan guncangan termal yang sangat baik, dan stabilitas termal. Selain itu, di lingkungan uap bersuhu tinggi, Si3N4 dapat menggantikan zirkonia untuk mencegah degradasi hidrotermal. Dengan budget yang lebih ketat, konsentrator dapat memilih antara SiC atau alumina. Kedua bahan tersebut memiliki kekerasan yang tinggi, namun tidak lebih keras dari zirkonia atau silikon nitrida. Hal ini menunjukkan bahwa material tersebut sangat cocok untuk aplikasi komponen statis, seperti pelapis katup dan dudukan katup, dibandingkan bola katup atau cakram yang mengalami tegangan lebih tinggi. Dibandingkan dengan bahan logam yang digunakan dalam aplikasi katup yang menuntut (termasuk ferrochrome (CrFe), tungsten carbide, Hastelloy dan Stellite), bahan keramik canggih memiliki ketangguhan yang lebih rendah dan kekuatan yang serupa. Aplikasi servis yang menuntut melibatkan penggunaan katup putar, seperti katup kupu-kupu, trunnion, katup bola mengambang, dan pegas. Dalam aplikasi seperti itu, Si3N4 dan zirkonia memiliki ketahanan terhadap guncangan termal, ketangguhan dan kekuatan, serta dapat beradaptasi dengan lingkungan yang paling menuntut. Karena kekerasan dan ketahanan material terhadap korosi, masa pakai komponen beberapa kali lipat dari komponen logam. Keuntungan lainnya mencakup karakteristik kinerja selama umur katup, terutama di area dimana kemampuan cut-off dan kontrol dipertahankan. Hal ini ditunjukkan dalam kasus bola dan liner katup kynar/RTFE berukuran 65 mm (2,6 inci) yang terkena 98% asam sulfat ditambah ilmenit, ilmenit tersebut diubah menjadi pigmen titanium oksida. Sifat media yang korosif membuat masa pakai komponen ini bisa mencapai enam minggu. Namun, penggunaan trim katup bulat (magnesium oksida zirkonia yang distabilkan sebagian (Mg-PSZ)) yang diproduksi oleh Nilcra™ (Gambar 1) memiliki kekerasan dan ketahanan korosi yang sangat baik dan telah digunakan selama tiga tahun. Servis terputus-putus, tanpa keausan yang terdeteksi. Pada katup linier (termasuk katup sudut, katup throttle, atau katup globe), karena karakteristik "dudukan keras" dari produk ini, zirkonia dan silikon nitrida cocok untuk sumbat katup dan dudukan katup. Demikian pula, alumina dapat digunakan pada lapisan dan sangkar tertentu. Melalui bola yang cocok pada ring kursi, penyegelan tingkat tinggi dapat dicapai. Untuk inti katup, termasuk spool valve, inlet dan outlet, atau bushing badan katup, salah satu dari empat bahan keramik utama dapat digunakan sesuai dengan persyaratan aplikasi. Kekerasan material yang tinggi dan ketahanan terhadap korosi telah terbukti bermanfaat dalam hal kinerja produk dan masa pakai. Ambil contoh katup kupu-kupu DN150 yang digunakan di kilang bauksit Australia. Kandungan silika yang tinggi pada medium menyebabkan tingginya tingkat keausan pada bushing katup. Pelat liner dan katup yang digunakan awalnya terbuat dari paduan CrFe 28% dan hanya bertahan delapan hingga sepuluh minggu. Namun, karena diperkenalkannya katup yang terbuat dari zirkonia Nilcra™ (Gambar 2), masa pakai telah ditingkatkan menjadi 70 minggu. Karena ketangguhan dan kekuatannya, keramik bekerja dengan baik di sebagian besar aplikasi katup. Namun, kekerasan dan ketahanan terhadap korosilah yang membantu memperpanjang umur katup. Pada gilirannya, hal ini mengurangi biaya seluruh siklus hidup dengan mengurangi waktu henti untuk penggantian suku cadang, mengurangi modal kerja dan inventaris, meminimalkan penanganan manual, dan meningkatkan keselamatan melalui pengurangan kebocoran. Sejak lama, penerapan material keramik pada katup bertekanan tinggi telah menjadi salah satu perhatian utama, karena katup ini terkena beban aksial atau puntir yang tinggi. Namun, pemain utama di bidang ini sedang mengembangkan desain bola katup yang meningkatkan ketahanan torsi aktuasi. Keterbatasan utama lainnya adalah ukuran. Ukuran dudukan katup terbesar dan bola katup terbesar (Gambar 3) yang dihasilkan oleh zirkonia yang distabilkan sebagian magnesia masing-masing adalah DN500 dan DN250. Namun, sebagian besar penentu saat ini lebih suka menggunakan keramik untuk membuat bagian yang dimensinya tidak melebihi dimensi tersebut. Meski material keramik kini telah terbukti menjadi pilihan yang tepat, namun tetap ada beberapa panduan sederhana yang perlu diikuti untuk memaksimalkan performanya. Bahan keramik sebaiknya digunakan terlebih dahulu hanya jika ada kebutuhan untuk mengurangi biaya. Baik di dalam maupun di luar harus menghindari sudut tajam dan konsentrasi stres. Potensi ketidaksesuaian ekspansi termal harus dipertimbangkan selama tahap desain. Untuk mengurangi tegangan lingkaran, keramik perlu ditempatkan di luar, bukan di dalam. Yang terakhir, kebutuhan akan toleransi geometrik dan finishing permukaan harus dipertimbangkan dengan hati-hati, karena toleransi ini dapat meningkatkan biaya yang tidak perlu secara signifikan. Dengan mengikuti pedoman dan praktik terbaik dalam memilih bahan dan berkoordinasi dengan pemasok sejak awal proyek, solusi ideal dapat dicapai untuk setiap aplikasi layanan yang menuntut. Informasi ini diperoleh, ditinjau dan diadaptasi dari materi yang disediakan oleh Morgan Advanced Materials. Keramik Teknis Bahan Canggih Morgan. (28 November 2019). Bahan keramik canggih yang cocok untuk aplikasi servis serius. AZoM. Diperoleh dari https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 pada 26 Mei 2021. Morgan Advanced Material-Technical Ceramics. "Bahan keramik canggih untuk aplikasi servis serius". AZoM. 26 Mei 2021 . Keramik Teknis Bahan Canggih Morgan. "Bahan keramik canggih untuk aplikasi servis serius". AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Diakses pada 26 Mei 2021). Keramik Teknis Bahan Canggih Morgan. 2019. Bahan keramik canggih yang cocok untuk aplikasi servis serius. AZoM, dilihat pada 26 Mei 2021, https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305. AZoM berbicara dengan Associate Professor Arda Gozen, George dan Joan Berry dari Washington State University. Arda adalah bagian dari tim yang terdiri dari berbagai institusi yang berdedikasi untuk menciptakan perancah jaringan yang direkayasa dengan meniru karakteristik jaringan manusia. Dalam wawancara ini, AZoM berbicara dengan Dr. Tim Nunney dan Dr. Adam Bushell dari Thermo Fisher Scientific tentang sistem analisis permukaan Nexsa G2. Dalam wawancara ini, AZoM dan Dr. Juan Araneda, kepala kimia terapan Nanalisis, berbicara tentang peningkatan penggunaan dan kegunaan NMR dan bagaimana membantu analisis deposit litium. Spektrometer pelepasan cahaya GDS850 Leco dapat digunakan untuk menganalisis berbagai bahan metalurgi. Ini juga memberikan profil kedalaman kuantitatif material. Ia memiliki jangkauan 120-800 nm dan serbaguna. Pusat pembubutan seri Hardinge® T dan pusat pembubutan seri SUPER-PRECISION® T diakui sebagai pemimpin pasar dalam aplikasi pembubutan ultra-presisi dan keras. Kami menggunakan cookie untuk meningkatkan pengalaman Anda. Dengan terus menelusuri situs web ini, Anda menyetujui penggunaan cookie kami. Informasi lebih lanjut.