L'eroe sconosciuto del metallo di alta qualità: il rotore di degasaggio al nitruro di silicio

Il problema della purezza nella fusione dei metalli

Immagina di realizzare un oggetto perfetto: una parte leggera di un'auto, un componente aerospaziale impeccabile o persino un pezzo fondamentale di un'attrezzatura medica. Se inizi con un materiale difettoso, il prodotto finale è destinato a fallire. Questa è la sfida fusione del metallo , in particolare con materiali come alluminio .

L’alluminio, il metallo miracoloso noto per il suo rappoto resistenza/peso, presenta un grave problema metallurgico: ama assorbire idrogeno queo fuso. Ciò accade facilmente: a causa dell'umidità nell'aria, degli strumenti bagnati o persino degli ossidi superficiali. L'idrogeno è altamente solubile nell'alluminio liquido, ma queo il metallo si raffredda e si solidifica, l'idrogeno viene espulso violentemente, formando piccole sacche o vuoti chiamati porosità .

Perché la porosità è il nemico

La porosità è l’arcinemico della qualità del metallo. Queste microscopiche bolle di gas compromettono gravemente le prestazioni del metallo:

• Struttura indebolita: La porosità riduce il totale resistenza alla trazione and vita a fatica del getto, rendendo la parte finale suscettibile di fessurazioni e cedimenti.
• Perdita: Per le parti progettate per mantenere la pressione (come blocchi motore o pompe), la porosità crea percorsi per perdite di fluido.
• Finitura superficiale scadente: Quando la superficie viene lavorata, questi vuoti si presentano come minuscoli fori di spillo, rovinando l'estetica e l'integrità del prodotto.

Per creare fusioni ad alta integrità e prive di difetti, l'idrogeno disciolto deve essere rimosso, un processo noto come degasaggio .

La soluzione di degasaggio rotativo

Il metodo più efficace e ampiamente adottato per la purificazione su scala industriale del metallo fuso è degasaggio rotativo . Questo processo ingegnoso funziona secondo il semplice principio dello scambio di gas e della flottazione.

I componenti principali di un sistema di degasaggio rotativo sono un albero e un design appositamente progettato rotore , che viene abbassato nel metallo fuso. Un gas inerte, tipicamente Argon or azoto , viene pompato lungo l'albero e rilasciato attraverso il rotore.

Il lavoro del rotore è duplice:

1. Tagliare il gas: La rotazione del rotore rompe violentemente i grandi flussi di gas inerte in un numero enorme di gas bollicine minuscole e finemente disperse .
2. Mescolare il fuso: L'azione di rotazione fa circolare le bolle in modo uniforme in tutto il bagno fuso.

Mentre queste minuscole bolle di gas inerte salgono attraverso l’alluminio liquido, gli atomi di idrogeno disciolti si diffondono dal metallo fuso e nelle bolle, guidati dalla differenza di pressione parziale. Le bolle, che ora trasportano l'idrogeno, così come le impurità non metalliche (note come inclusioni o scorie) che aderiscono alle loro superfici, galleggiano sulla parte superiore della massa fusa dove vengono rimosse. Più piccole e numerose sono le bolle, maggiore è la superficie totale per l’assorbimento dell’idrogeno, portando ad un processo di purificazione più rapido ed efficiente.

La potenza del rotore di degasaggio al nitruro di silicio

È qui che si trova la protagonista della nostra storia, la Rotore di degasaggio al nitruro di silicio , interviene. Azionamento di un rotore in alluminio fuso, che può essere fino a $750^{\circ }\text{C}$ ( $1380^{\circ }\text{F}$ ) o superiore: è uno dei lavori più impegnativi in una fonderia. Il rotore è sottoposto a condizioni estreme:

• Shock termico: Rapidi cambiamenti di temperatura quando vengono spostati dentro e fuori dal fuso.
• Attacco chimico: Esposizione a metalli fusi e flussi reattivi.
• Erosione meccanica: Abrasione costante dovuta al flusso di metallo fuso e inclusioni non metalliche.

I primi rotori realizzati con materiali come la grafite spesso subivano una rapida usura, perdendo rapidamente la loro efficacia e contaminando la massa fusa con particelle di carbonio.

Nitruro di silicio: una meraviglia dei materiali

Nitruro di silicio ( ${\text{Sì}}_3{\text{N}}_4$ ) è un prodotto ad alte prestazioni ceramica avanzata che ha rivoluzionato il processo di degasaggio. Le sue proprietà del materiale lo rendono l'abbinamento perfetto per questo ambiente ostile:

• Durezza eccezionale: Il nitruro di silicio è incredibilmente duro e gli conferisce un'eccezionale resistenza erosione and abrasione . Ciò significa che il rotore mantiene la sua forma geometrica precisa più a lungo, garantendo bolle costantemente piccole ed altamente efficienti per tutta la sua durata di servizio.
• Resistenza superiore agli shock termici: È in grado di gestire gli enormi sbalzi di temperatura del processo di fusione senza rompersi o rompersi, garantendo una maggiore durata e minori tempi di inattività.
• Inerzia chimica: A differenza della grafite, il nitruro di silicio è chimicamente inerte e non reagisce con l’alluminio fuso, prevenendo la contaminazione e mantenendo la purezza della fusione.

Utilizzando a Rotore di degasaggio al nitruro di silicio , le fonderie possono ottenere una qualità molto più elevata della fusione dell'alluminio con un contenuto di idrogeno inferiore, inclusioni ridotte e, in definitiva, un processo di produzione più affidabile ed economico. Si tratta di un componente fondamentale, un minuscolo pezzo rotante di ingegneria avanzata, che rende possibile la fusione dei metalli ad alte prestazioni.