Piinitridikeramiikka: ominaisuudet, tyypit ja niiden käyttö alumiinivalussa

Piinitridikeramiikka on materiaali, jota monet insinöörit tavoittelevat, kun teräs, grafiitti ja perinteiset tulenkestävät materiaalit eivät enää kestä. Kun sula metalli, nopea lämpökierto ja hankaava kuluminen kohtaavat, piinitridi (Si3N4) tarjoaa harvinaisen lujuuden, lämpöiskunsietokyvyn ja kemiallisen stabiilisuuden yhdistelmän, ja juuri siksi siitä on tullut tuttu näky alumiinin valussa ja painevalussa kuumapäätytyökaluissa.

Tiimimme on työskennellyt piinitridikeramiikan parissa yli kaksikymmentä vuotta jauheen valinnasta valmiiseen roottoriin, nousuputkeen tai lämmittimen suojaputkeen. Tässä oppaassa kerromme, mitä kokemus on opettanut meille itse materiaalista, saatavilla olevista arvosanoista ja käytännön kysymyksistä, joita herää, kun valimo päättää siirtää kuluneen osan keramiikkaan.

Mitä ovat piinitridikeramiikka?

Piinitridi on piin ja typen yhdiste. Sen vahvat kovalenttiset sidokset antavat sille ominaisuuksia, joita metallit ja useimmat oksidikeraamit eivät voi verrata: se pysyy kovana korkeassa lämpötilassa, välttelee lämpöshokkia eikä reagoi helposti sulan ei-rautametallien kanssa.

Mikrorakenne selittää suuren osan suorituskyvystä. Piinitridiä on kahdessa kristallografisessa muodossa, alfa ja beeta. Sintrauksen aikana alfafaasi muuttuu beetaksi, joka kasvaa pitkänomaisina, neulamaisina rakeina. Nämä rakeet lukittuvat toisiinsa kuin huopa, ja tämä verkosto antaa piinitridikeramiikalle niiden sitkeyden: ne imevät energiaa sen sijaan, että särkyisivät samalla tavalla kuin karkea tai lasimainen keramiikka.

Teollisuuden palveluissa tärkeimpiä kiinteistöjä ovat:

• Taivutuslujuus on tyypillisesti 600 - 1 200 MPa laadusta riippuen
• Murtolujuus on noin kaksi kertaa alumiinioksidikeramiikkaan verrattuna
• Tiheys noin 3,2 grammaa kuutiosenttimetriä kohden, selvästi alle teräksen
• Alhainen lämpölaajeneminen ja erinomainen lämpöiskun kestävyys
• Kemiallinen inertti useimpia happoja, suoloja ja sulaneita ei-rautametalleja vastaan
• Korkea sähkövastus, hyödyllinen lämmityselementtien lähellä
• Erittäin alhainen sulan alumiinin kostuvuus

Tämä viimeinen ominaisuus ansaitsee korostuksen. Keramiikka, jota sula ei voi kastella, pysyy puhtaana, säilyttää mitat eikä vedä oksideja tai liuenneita elementtejä valuun. Se on suurin yksittäinen syy, miksi piinitridikeramiikka syrjäytti aikaisemmat materiaalit kaasunpoisto- ja siirtolaitteissa.

Valmistusreitit ja miksi laatu on tärkeä

"Piinitridikeramiikka" ei ole yksi materiaali. Riippuen siitä, kuinka jauhe on muotoiltu, kuinka paljon sintrausapuainetta lisätään ja kuinka osa tiivistetään, sama kemia voi tuottaa huokoisen, halvan tulenkestävän luokan komponentin tai lähes täysin tiiviin rakennekeramiikan, joka kestää vuosia painevalukennossa.

1. Reaktiosidottu piinitridi (RBSN): typpi reagoi piiaihion kanssa, jolloin saadaan huokoinen mutta mittavakaa runko, joka tarvitsee vain vähän työstöä.
2. Sintrattu piinitridi (SSN): paineeton sintraus oksidilisäaineilla, kuten yttrialla, alumiinioksidilla tai magnesiumoksidilla.
3. Kaasupainesintrattu piinitridi (GPSN): korkea typen paine estää hajoamisen ja nostaa tiheyden yli 99 prosenttiin.
4. Kuumapuristettu piinitridi (HPSN): yksiakselinen paine tiivistyksen aikana antaa suurimman lujuuden, mutta rajoittaa osat yksinkertaisiin muotoihin.
5. Sintrattu reaktiosidottu piinitridi (SRBSN): hybridireitti, joka alkaa reaktiosidoksesta ja päättyy sintraamiseen.

Sintrauslisäaineilla on yhtä paljon merkitystä kuin reitillä. Ne edistävät tiivistymistä muodostamalla ohuen lasimaisen faasin raerajoille, ja tämän faasin koostumus ratkaisee, miten materiaali käyttäytyy käytössä: hyvin suunniteltu järjestelmä pitää rajat virumisen kestävinä, kun taas huono pehmenee lämpötilassa.

Olemme kirjoittaneet vaiheittaisen teknisen huomautuksen piinitridikeramiikan valmistusprosessi jos haluat syventää jauheen valmistusta, muotoilua, sintrausta ja tarkastusta.

Miksi piinitridikeramiikka Excel sulassa alumiinissa

Alumiini on aggressiivisempaa kuin miltä se näyttää. 700 - 750 celsiusasteessa sula pelkistää monia oksideja, kastelee useimmat tulenkestävät aineet ja reagoi raudan, piin ja hapen kanssa kaiken sen pinnalla, johon se koskettaa. Sulan kanssa reagoiva komponentti ei yksinkertaisesti kulu; se muuttaa metallin kemiaa ja luo sulkeumia, jotka epäonnistuvat valussa lopputarkastuksessa.

Piinitridikeramiikka käyttäytyä eri tavalla. Niiden alhainen kostuvuus tarkoittaa, että alumiini valuu pois takertumisen sijaan, joten roottorit ja putket säilyttävät geometriansa. Niiden kemiallinen inertisyys tarkoittaa, että sula pysyy puhtaana. Niiden lämpöiskunkestävyys tarkoittaa, että kylmäsuojaputki voi mennä suoraan kuumaan uuniin ilman hidasta esilämmitysrituaalia, joka syö vuoroa.

Tyypillisiä piinitridikeramiikasta valmistettuja hot-end-komponentteja ovat:

• Kaasunpoisto- ja raffinointiroottorit vedyn ja inkluusioiden poistamiseen
• Nousuputket ja varsiputket matalapainevalua ja metallinsiirtoa varten
• Sulkutangot ja venttiilikomponentit virtauksen säätöön
• Lämmittimen suojaputket ja lämpöparin suojaputket
• Pese vuoraukset, sulatusputket, säätötangot ja pumpun osat

Kaasunpoistoroottorit osoittavat, kuinka paljon materiaalilla on merkitystä. Roottori pyörii useita satoja kierroksia minuutissa osittain upotettuna ja hajottaa kaasuvirran hienoiksi kupliksi, jotka poistavat vedyn sulasta. Sen on siedettävä upotusta, rajua sekoitusta ja tuhansia lämmitys- ja jäähdytysjaksoja menettämättä tasapainoa tai levittämättä hiukkasia metalliin.

SG-28 piinitridikeraaminen kaasunpoistoroottori Verrattuna grafiittiroottoreihin, SG-28 piinitridikeraaminen kaasunpoistoroottori ei ole hapettunut korkeassa lämpötilassa, joten ne eivät saastuta sulaa alumiinia ja... Näytä tuote →

Alumiinin valu ja painevalu ovat kaksi sovellusaluetta, joilla kysyntä on suurinta, ja sama materiaalilogiikka kulkee aina sulatusuunista muottiin.

Komponenttien sovittaminen Hot Endin jokaiseen vaiheeseen

Kun valimo päättää siirtää komponentin piinitridikeramiikkaan, seuraava kysymys on, mikä laatu ja mikä malli sopii tehtävään. Vastaus seuraa yleensä prosessin järjestystä.

Kaasunpoisto ja jalostus

Roottorit, sulatusputket ja säätösauvat toimivat prosessin turbulenttisimmassa osassa. Ne tarvitsevat maksimaalisen lujuuden ja lämpöiskunkestävyyden, joten täysin tiheät lajikkeet ovat normi. Seinämän paksuus, kierrerakenne ja roottorin kiinnitys akseliin ovat yhtä tärkeitä kuin materiaali itse, sillä liitoksessa epäonnistuva roottori ei koskaan pääse todistamaan kulutuskestävyyttään.

Suodatus

Hienosuodatus poistaa viimeiset sulkeumat ennen kuin metalli pääsee muottiin. Keraamisissa suodatinelementeissä tulee yhdistää läpäisevyys ja riittävä lujuus kestämään käsittelyn, esilämmityksen ja täyden pesun paineen. Putken geometria on erityisen tehokas, kun lattiatila on rajallinen ja sulate on puhdistettava kompaktissa, vaihdettavassa yksikössä.

SMF-02 tarkka putkisuodatin Koska alumiinivaluteollisuus kohtaa yhä tiukemmat vaatimukset sulan alumiinin puhtaudelle sekä kasvavat vaatimukset huippuluokan valmistuksesta ja ympäristöstä... Näytä tuote →

Lämmitys ja lämpötilan säätö

Uppolämmittimet ja niiden ulkoputket toimivat jatkuvasti nestemäisessä alumiinikylvyssä. Keraamisen putken tulee johtaa lämpöä tehokkaasti reagoimatta sulatteen kanssa ja sen on kestettävä kylvyn tason muuttuessa syntyviä lämpögradientteja. Termoparien suojaputket ovat samassa ympäristössä ja vaativat tiukempaa mittasäätöä, sillä muutama millimetrin kymmenesosa voi muuttaa anturin vasteaikaa.

SG-28 piinitridikeraaminen lämmittimen suojaputki SG-28 piinitridikeraamisen lämmittimen suojaputkella on vahva kestävyys korkeita lämpötiloja, korroosiota ja lämpöshokkia vastaan sulassa alumiinissa. Se kestää h... Näytä tuote →

Siirto, virtauksen ohjaus ja valu

Nousuputket, sulkutangot, säätötangot ja pumpun osat muodostavat valimon putkiston. Tässä ensisijaiset tavoitteet ovat mittatarkkuus, eroosionkestävyys porauksessa ja kyky selviytyä toistuvista lämpöjaksoista ilman halkeilua laipassa. Koska nämä osat ovat usein suuria, valmistusreitin valinnalla on suora vaikutus sekä kustannuksiin että toimitusaikaan.

Kuinka arvioida piinitridikeramiikan toimittaja

Piinitridiä on vaikea valmistaa hyvin, ja ero hyvän ja keskinkertaisen osan välillä näkyy yleensä puoli vuotta käytössä eikä piirustuksessa. Kun asiakkaat pyytävät meiltä tarjouksen vakiintuneesta toimittajasta, suosittelemme, että he vertailevat muutamia käytännön asioita.

1. Kysy mitä arvosanaa tarjotaan ja miksi. Toimittaja, joka ei pysty selittämään eroa paineettomasti sintratun ja kaasupainesintratun kappaleen välillä, ei todennäköisesti pysty hallitsemaan tuota eroa tuotannossa.
2. Kysy mittojen hallinnasta. Roottorin kierteiden, putken reikien ja laippapintojen tulee olla oikein, koska keraamista osaa ei voi säätää paikan päällä.
3. Pyydä testitietoja adjektiivien sijaan. Lujuus-, tiheys- ja lämpöshokkitulosten tulee olla määritellyllä testimenetelmällä.
4. Tarkista toimitusmalli. Kuluvia keramiikkaa vaihdetaan aikataulun mukaan, joten toimitusaika ja varaston säilytys ovat yhtä tärkeitä kuin yksikköhinta.
5. Katso ketä muuta toimittaja palvelee. Alumiiniin ja muihin ei-rautametalliin keskittynyt valmistaja ymmärtää prosessisi ja vikatilat.

SGJL:llä valmistamme piinitridiä ja siihen liittyviä keraamisia materiaaleja 20 000 neliömetrin laitoksessa ja toimitamme asiakkaille yli 30 maahan, ja alumiinivalu- ja painevaluteollisuus ovat ydinmarkkinamme. Tuoteperheihimme kuuluvat SG-28 piinitridi, OS-11 O'Sialon, TA-03 alumiinititanaatti, korkeatehoiset uppolämmittimet, korundilämpövarastopallot ja täyskeraamiset pumpun osat.

Piinitridikeramiikka ei ole universaali vastaus, emmekä koskaan ehdottaisi kaikkien tulenkestäviä valimoiden korvaamista niillä. Mutta jos kyseessä on sulaa alumiinia, joissa osat rikkoutuvat aikaisin tai saastuttavat sulatteen ja kun huoltoikkunat ovat lyhyitä, ne maksavat jatkuvasti itsensä takaisin. Jos punnitat vaihtoa roottoriin, nousuputkeen tai lämmittimen suojaputkeen, keskustelemme mielellämme käyttömäärästäsi ja suosittelemme siihen sopivaa laatua.