البطل المجهول للمعادن عالية الجودة: دوار تفريغ الغاز من نيتريد السيليكون- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

مشكلة النقاء في صب المعادن

تخيل أنك تصنع شيئًا مثاليًا — قطعة سيارة خفيفة الوزن، أو مكونًا فضائيًا لا تشوبه شائبة، أو حتى قطعة مهمة من المعدات الطبية. إذا بدأت بمادة معيبة، فإن المنتج النهائي محكوم عليه بالفشل. هذا هو التحدي في صب المعادن ، وخاصة مع مواد مثل الألومنيوم .

يمثل الألومنيوم، المعدن المعجزة المعروف بقوته إلى وزنه، مشكلة معدنية كبيرة: فهو يحب الامتصاص الهيدروجين عندما المنصهرة. ويحدث هذا بسهولة — بسبب الرطوبة الموجودة في الهواء، أو الأدوات المبتلة، أو حتى الأكاسيد السطحية. الهيدروجين قابل للذوبان بدرجة عالية في الألومنيوم السائل، ولكن عندما يبرد المعدن ويتصلب، يطرد الهيدروجين بعنف، مكونًا جيوبًا صغيرة أو فراغات تسمى المسامية .

لماذا المسامية هي العدو

المسامية هي العدو اللدود لجودة المعدن. فقاعات الغاز المجهرية هذه تؤثر بشدة على أداء المعدن:

البنية الضعيفة: المسامية تقلل بشكل عام قوة الشد و حياة التعب من الصب، مما يجعل الجزء النهائي عرضة للتشققات والفشل.
التسرب: بالنسبة للأجزاء المصممة للاحتفاظ بالضغط (مثل كتل المحرك أو المضخات)، تخلق المسامية مسارات لتسرب السوائل.
سوء تشطيب السطح: عندما يتم تشكيل السطح، تظهر هذه الفراغات على شكل ثقوب صغيرة، مما يؤدي إلى تدمير جمالية المنتج وسلامته.

لإنشاء مصبوبات عالية الجودة وخالية من العيوب، يجب إزالة هذا الهيدروجين المذاب، وهي عملية تعرف باسم التفريغ .

الحل الروتاري التفريغ

الطريقة الأكثر فعالية والمعتمدة على نطاق واسع لتنقية المعدن المنصهر على نطاق صناعي هي التفريغ الدوارة . تعمل هذه العملية البارعة على مبدأ تبادل الغازات والتعويم البسيط.

المكونات الرئيسية لنظام التفريغ الدوار هي عمود ومصمم خصيصًا الدوار ، والذي يتم إنزاله في المعدن المنصهر. غاز خامل، عادة الأرجون أو النيتروجين ، يتم ضخها إلى أسفل العمود ويتم إطلاقها من خلال الدوار.

وظيفة الدوار ذات شقين:

قص الغاز: إن دوران الجزء الدوار يكسر بعنف تيارات كبيرة من الغاز الخامل إلى عدد هائل من الغازات الخاملة فقاعات صغيرة ومتناثرة بدقة .
خلط الذوبان: تعمل عملية الدوران على توزيع الفقاعات بشكل موحد في جميع أنحاء الحمام المنصهر بأكمله.

وعندما ترتفع فقاعات الغاز الخامل الصغيرة هذه عبر الألومنيوم السائل، تنتشر ذرات الهيدروجين المذابة خارج المعدن المنصهر إلى الفقاعات، مدفوعة بالاختلاف في الضغط الجزئي. الفقاعات، التي تحمل الآن الهيدروجين، بالإضافة إلى الشوائب غير المعدنية (المعروفة باسم الشوائب أو الخبث) التي تلتصق بأسطحها، تطفو إلى أعلى المنصهر حيث يتم كشطها. كلما كانت الفقاعات أصغر وأكثر عددًا، زادت المساحة السطحية الإجمالية لامتصاص الهيدروجين، مما يؤدي إلى عملية تنقية أسرع وأكثر كفاءة.

قوة دوار تفريغ الغاز من نيتريد السيليكون

هذا هو المكان الذي نجم قصتنا، نيتريد السيليكون تفريغ الغاز الدوار ، خطوات. تشغيل الدوار في الألومنيوم المصهور - والذي يمكن أن يصل إلى $750^\circ\text{C}$ ( $1380^\circ\text{F}$ ) أو أعلى - هي واحدة من أكثر الوظائف تطلبًا في المسبك. يخضع الدوار لظروف قاسية:

الصدمة الحرارية: تغيرات سريعة في درجة الحرارة عند دخولها وخارجها.
الهجوم الكيميائي: التعرض للمعادن المنصهرة والتدفقات.
التآكل الميكانيكي: التآكل المستمر الناتج عن تدفق المعادن المنصهرة والشوائب غير المعدنية.

غالبًا ما عانت الدوارات المبكرة المصنوعة من مواد مثل الجرافيت من التآكل السريع، مما أدى إلى فقدان فعاليتها بسرعة وتلويث المادة المصهورة بجزيئات الكربون.

نيتريد السيليكون: أعجوبة مادية

نيتريد السيليكون ( $\text{Si}_3\text{N}_4$ ) هو عالية الأداء السيراميك المتقدم التي أحدثت ثورة في عملية التفريغ. خصائصه المادية تجعله مناسبًا تمامًا لهذه البيئة القاسية:

صلابة استثنائية: نيتريد السيليكون صلب بشكل لا يصدق، مما يمنحه مقاومة متميزة تآكل و كشط . وهذا يعني أن الدوار يحافظ على شكله الهندسي الدقيق لفترة أطول، مما يضمن فقاعات صغيرة عالية الكفاءة باستمرار طوال فترة خدمته.
مقاومة فائقة للصدمات الحرارية: يمكنه التعامل مع التقلبات الهائلة في درجات الحرارة لعملية الصب دون التشقق أو الفشل، مما يؤدي إلى عمر خدمة أطول وتقليل وقت التوقف عن العمل.
الخمول الكيميائي: على عكس الجرافيت، فإن نيتريد السيليكون خامل كيميائيًا ولا يتفاعل مع الألومنيوم المصهور، مما يمنع التلوث ويحافظ على نقاء المصهور.

باستخدام أ نيتريد السيليكون تفريغ الغاز الدوار ، يمكن للمسابك تحقيق جودة أعلى بكثير من صب الألومنيوم مع محتوى هيدروجين أقل، وتقليل الشوائب، وفي النهاية، عملية إنتاج أكثر موثوقية وفعالية من حيث التكلفة. إنه مكون بالغ الأهمية - قطعة صغيرة من الهندسة المتقدمة - تجعل صب المعادن عالية الأداء أمرًا ممكنًا.