قهرمان گمنام فلز با کیفیت بالا: روتور گاز زدایی نیترید سیلیکون

مشکل خلوص در ریخته گری فلز

تصور کنید که یک شی عالی ساخته اید - یک قطعه سبک وزن خودرو، یک قطعه هوافضای بی عیب و نقص یا حتی یک قطعه حیاتی از تجهیزات پزشکی. اگر با یک ماده معیوب شروع کنید، محصول نهایی با شکست مواجه می شود. این چالش در ریخته گری فلز ، به ویژه با موادی مانند آلومینیوم .

آلومینیوم، فلز معجزه آسایی که به دلیل نسبت استحکام به وزنش شناخته شده است، یک مشکل متالورژیکی بزرگ ایجاد می کند: عاشق جذب است. هیدروژن زمانی که مذاب این به راحتی اتفاق می افتد - از رطوبت موجود در هوا، ابزار مرطوب یا حتی اکسیدهای سطحی. هیدروژن در آلومینیوم مایع بسیار محلول است، اما با سرد شدن و جامد شدن فلز، هیدروژن به شدت دفع می‌شود و حفره‌های کوچک یا حفره‌هایی به نام تخلخل .

چرا تخلخل دشمن است

تخلخل دشمن اصلی کیفیت فلز است. این حباب های گاز میکروسکوپی به شدت عملکرد فلز را به خطر می اندازد:

• ساختار ضعیف: تخلخل باعث کاهش کلی می شود استحکام کششی و زندگی خستگی ریخته گری، قسمت نهایی را مستعد ترک و شکست می کند.
• نشتی: برای قطعاتی که برای نگه داشتن فشار طراحی شده اند (مانند بلوک های موتور یا پمپ ها)، تخلخل مسیرهایی را برای نشت مایع ایجاد می کند.
• پرداخت سطحی ضعیف: هنگامی که سطح ماشین کاری می شود، این حفره ها به صورت سوراخ های کوچک ظاهر می شوند و زیبایی و یکپارچگی محصول را از بین می برند.

برای ایجاد ریخته گری با یکپارچگی بالا و بدون نقص، این هیدروژن محلول باید حذف شود، فرآیندی که به نام گاز زدایی .

محلول گاززدایی چرخشی

موثرترین و پرکاربردترین روش برای تصفیه فلز مذاب در مقیاس صنعتی است گاز زدایی چرخشی . این فرآیند مبتکرانه بر اساس اصل ساده تبادل گاز و شناورسازی کار می کند.

اجزای اصلی یک سیستم گاززدایی چرخشی یک شفت و یک طراحی خاص است روتور ، که داخل فلز مذاب پایین می آید. معمولاً یک گاز بی اثر آرگون یا نیتروژن ، به پایین شفت پمپ می شود و از طریق روتور آزاد می شود.

کار روتور دو دسته است:

1. برش گاز: چرخش روتور به شدت جریان های بزرگ گاز بی اثر را به تعداد زیادی از گازهای بی اثر می شکند. حباب های ریز و ریز پراکنده .
2. مذاب را مخلوط کنید: عمل چرخش حباب ها را به طور یکنواخت در کل حمام مذاب به گردش در می آورد.

همانطور که این حباب‌های کوچک گاز بی‌اثر از آلومینیوم مایع بالا می‌روند، اتم‌های هیدروژن محلول از فلز مذاب خارج می‌شوند و به دلیل اختلاف فشار جزئی به حباب‌ها می‌روند. حباب‌ها که اکنون حامل هیدروژن هستند و همچنین ناخالصی‌های غیرفلزی (معروف به انکلوزیون یا تفاله) که به سطوح خود می‌چسبند، به سمت بالای مذاب شناور می‌شوند، جایی که از بین می‌روند. هرچه تعداد حباب‌ها کوچک‌تر و بیشتر باشد، سطح کل جذب هیدروژن بیشتر است که منجر به فرآیند تصفیه سریع‌تر و کارآمدتر می‌شود.

قدرت روتور گاز زدایی نیترید سیلیکون

اینجاست که ستاره داستان ما، روتور گاز زدایی نیترید سیلیکون کارکردن روتور در آلومینیوم مذاب—که می تواند تا $750^{\circ }\text{سی}$ ( $1380^{\circ }\text{اف}$ ) یا بالاتر - یکی از سخت ترین مشاغل در ریخته گری است. روتور تحت شرایط شدید قرار می گیرد:

• شوک حرارتی: تغییرات سریع دما هنگام انتقال و خروج از مذاب.
• حمله شیمیایی: قرار گرفتن در معرض فلزات مذاب واکنش پذیر و شار.
• فرسایش مکانیکی: سایش مداوم ناشی از جریان فلز مذاب و اجزاء غیرفلزی.

روتورهای اولیه ساخته شده از موادی مانند گرافیت اغلب دچار سایش سریع می شدند، کارایی خود را به سرعت از دست می دادند و مذاب را با ذرات کربن آلوده می کردند.

سیلیکون نیترید: شگفتی مواد

نیترید سیلیکون ( ${\text{سی}}_3{\text{ن}}_4$ ) با کارایی بالا است سرامیک پیشرفته که فرآیند گاز زدایی را متحول کرده است. خواص مواد آن باعث شده است که برای این محیط خشن مناسب باشد:

• سختی استثنایی: نیترید سیلیکون فوق‌العاده سخت است و مقاومت فوق‌العاده‌ای به آن می‌دهد فرسایش و سایش . این بدان معناست که روتور شکل هندسی دقیق خود را برای مدت طولانی تری حفظ می کند و حباب های کوچک و بسیار کارآمد را در طول عمر خود تضمین می کند.
• مقاومت در برابر شوک حرارتی برتر: این می تواند نوسانات دمایی عظیم فرآیند ریخته گری را بدون شکستگی یا خرابی کنترل کند که منجر به عمر طولانی تر و خرابی کمتر می شود.
• بی اثری شیمیایی: بر خلاف گرافیت، نیترید سیلیکون از نظر شیمیایی بی اثر است و با آلومینیوم مذاب واکنش نمی دهد و از آلودگی جلوگیری می کند و خلوص مذاب را حفظ می کند.

با استفاده از a روتور گاز زدایی نیترید سیلیکون ریخته‌گری‌ها می‌توانند به کیفیت بسیار بالاتری از ریخته‌گری آلومینیوم با محتوای هیدروژن کمتر، آخال‌های کمتر و در نهایت فرآیند تولید قابل اعتمادتر و مقرون‌به‌صرفه دست یابند. این یک جزء حیاتی - یک قطعه کوچک و چرخان از مهندسی پیشرفته - است که ریخته‌گری فلز با کارایی بالا را ممکن می‌کند.