Alla ricerca del miglior materiale per una criocamera e palline criogeniche

Sto lavorando con una serie di leghe che devono essere prima macinate in un mulino a sfere a temperature criogeniche. È importante che nessuna contaminazione si trasformi nel materiale e vengano prese misure accurate per garantire questo fine.

Sfortunatamente, quando abbiamo eseguito una serie di campioni attraverso il nostro laboratorio RBS e poi di nuovo attraverso PIXE, abbiamo visto che avevamo una contaminazione Fe e Cr. All'inizio si pensava che provenisse dagli strumenti di taglio utilizzati per preparare i campioni, quindi abbiamo eseguito un altro campione tagliato usando l'EDM. I risultati erano gli stessi. L'unico altro contatto che il materiale ha con un acciaio inossidabile deriva dalla fase di fresatura delle sfere.

Abbiamo usato un 440C per la tazza e le palle ma sembrerebbe che un 316L potrebbe essere più adatto per questa applicazione. So che 440C di solito non funziona bene in cryo-temps ma questo è quello che altri laboratori hanno utilizzato quindi non ci aspettavamo che ci fossero problemi di questo tipo.

Alcune cose da considerare per il nuovo materiale di coppa e sfera sono lavorabilità, costo, disponibilità, proprietà criogeniche, resistenza alle vibrazioni e alla fatica e capacità di essere sigillate (le coppe sono riempite in atmosfera di Ar inerte). Un'altra possibilità è un trattamento termico degli attuali materiali 440C, tuttavia non sono sicuro quale sia l'approccio migliore in tal senso.

Se il costo non è un oggetto estremo, allora potresti avere una contaminazione più bassa usando un trucco Co + WC per le tue palle, e usare una coppa crioplastica per evitare l'abbandono tra le palle e l'ampli; tazza.

Il WC è estremamente stabile termicamente e amp; ha una durezza superficiale incredibilmente alta (per non parlare della densità). Finché il tuo Co binder è in grado di resistere alle sollecitazioni (o potresti trovare un altro legante adatto), dovresti godere di una contaminazione molto più bassa, insieme a tempi / efficienza di fresatura accelerati a causa della maggiore densità e amp; la durezza delle tue sfere di macinazione.

Il WC è facilmente disponibile sotto forma di polvere, pronto per essere formato e amp; sinterizzato utilizzando qualsiasi macchinario in grado di riscaldare & amp; iniettando la Co (o Ni) fusa per "bagnarla". Ofc, se il Co si dimostra insostenibile a causa della contaminazione o dei costi di elaborazione, si può sempre usare una resina epossidica a basso rilascio, crio-rated per bagnare / legare il WC in polvere (potrebbe funzionare meglio in ogni caso, come penso di più).

Ho discusso tra la risposta o commento su questo, ma alla fine penso che sia più di una risposta - anche se una risposta imperfetta.

Mi sembra che il problema principale che stai cercando di risolvere sia impedire il trasferimento di materiale dalle sfere / tazze ecc. Durante il processo di fresatura delle sfere. Non penso che tu abbia necessariamente bisogno di cambiare materiale, e forse potresti persino farla franca con l'aggiunta un rivestimento PVD o CVD ai componenti esistenti.

Il rivestimento DLC (diamante-come-carbonio) ti viene in mente prima,

tuttavia penso che ci siano molti rivestimenti che potrebbero potenzialmente servirti bene. I rivestimenti DLC sono molto duri e resistenti all'usura (come suggerisce il nome "diamante"). Non si sfaldano o si scheggiano, e mentre non conosco l'uso finale o la natura del requisito di "nessuna contaminazione", questi rivestimenti sono completamente inerti a quasi tutti i prodotti chimici organici e sintetici e completamente inerti al corpo umano come bene.

Per questa applicazione, penserei che un rivestimento ta-C o forse un ta-C: H potrebbe funzionare bene. Un altro DLC che dovrebbe essere estremamente duro e resistente all'usura, ma che non ho esperienza personale, è l'UNCD (diamante ultranocristallino).

È anche possibile trovare rivestimenti per utensili più tradizionali, come TiN o TiAlN, che potrebbero funzionare bene per te: non potrei consigliarti sul miglior rivestimento per la tua applicazione. Non sono un ingegnere dei rivestimenti, solo un ingegnere che ha avuto una buona esperienza con questi tipi di rivestimenti per le mie applicazioni in passato :)

Il vantaggio principale di 440C è la sua elevata temprabilità

Con una durezza massima di circa 60 rockwell C, 440C è un acciaio inossidabile che può competere con molti acciai per utensili.

Sembra che tu stia usando questo materiale nella condizione ricotta, che per me è discutibile. Questo materiale è tipicamente scelto per la sua alta temprabilità - non è (per quanto mi consta) comunemente usato nello stato ricotto.

Sembra che tu abbia scelto questo materiale perché è comunemente usato in altri design simili; Mi chiedo in che condizioni è usato questo materiale in quei progetti.

Se riesci a mettere le mani su alcuni componenti 440C di uno di questi altri progetti, farei un test di rockwell per vedere se è trattato o meno. Metterei i soldi su di esso essendo trattato termicamente. Il materiale ricotto sarà probabilmente nel rockwell C degli anni '30 -'30, mentre il materiale trattato termicamente sarà negli anni '50.

Se lo fai a un test Rockwell, prova a farlo su un componente con un piatto, poiché le sfere possono essere difficili da testare e dare letture inaccurate.

Trovo che per un posto in cui iniziare il trattamento del calore Schede tecniche del carpentiere di solito sono abbastanza affidabili. Le loro raccomandazioni per 440C sono:

• HARDEN: Riscaldare a 1850 / 1950ºF (1010 / 1066ºC); bagnare; spegnere con olio caldo o raffreddare all'aria. La durezza sarà ≈60HRC. Non surriscaldare o non sarai in grado di raggiungere la massima durezza.
• TEMPERARE: Per rimuovere le sollecitazioni di punta e mantenere tuttavia la massima durezza, temperare almeno un'ora a 300 / 350º F (149/177 ° C).

Se stai cercando di trattare il calore, probabilmente inizierei da lì.

Non credo che 316 sarebbe una buona scelta

Essendo un materiale molto più morbido (più gommoso) di 440C, penso che esasperare il problema del trasferimento del materiale.

Ora ho detto che questa era una risposta imperfetta,

perché non so che risponde direttamente alla tua domanda. Offre una via per una possibile soluzione, tuttavia è incompleta in quanto dovrai discutere con un esperto di rivestimenti le esatte esigenze della tua applicazione e vedere cosa dicono.

Per esempio, Non ho alcuna conoscenza di come questi rivestimenti funzionano a temperature criogeniche o quale rivestimento funzionerebbe meglio con gli abrasivi usati nel processo di fresatura delle sfere.

So di aver usato i rivestimenti DLC per risolvere alcuni problemi unici in cui lavoro, e mi hanno permesso di fare cose per cui non credo di aver trovato un'alternativa.

Volevo anche dire che la ricerca di un fornitore di rivestimenti affidabile e affidabile è stata la parte più difficile per adattare questa tecnologia per me. Per quanto possa essere una sfida piuttosto scoraggiante, offro un suggerimento solo come un punto di partenza, e senza ulteriore sostegno oltre a quello che ho avuto personalmente una buona esperienza con Oerlikon Balzers. Non conosco la politica di raccomandazione dei fornitori e non ho alcuna affiliazione con alcun fornitore, quindi sentitevi liberi di modificare questa risposta per rimuovere il nome del fornitore se viola qualsiasi politica.

Indipendentemente da chi scegli di fare affari, Consiglio vivamente di parlare con uno dei loro ingegneri delle applicazioni sulle specifiche esigenze della tua applicazione e sul tipo di rivestimento che consigliano.

Pensieri di chiusura

I rivestimenti PVD / CVD sono di natura tribologica: influenzano l'interfaccia con altri materiali, ma non modificano le proprietà del substrato di base.

Quando parliamo di design dei cuscinetti, esiste una proprietà comunemente chiamata embedability. Questo si riferisce fondamentalmente alla capacità dei materiali dei cuscinetti di assorbire (o incorporare al proprio interno) materiali estranei.

Senza sapere di più sulla natura del tuo disegno, il mio istinto mi dice che non vorresti che succedesse, perché significherebbe che le tue palle / tazze ecc. Sarebbero embedding una parte delle leghe che stavi cercando di macinare. Mi sembra improbabile che ciò sia auspicabile. Questa è un'altra ragione per cui penso che sarebbe una scelta sbagliata.

Per ridurre l'embedability, vuoi un substrato più duro.

La mia raccomandazione a voi sarebbe di trattare a caldo i componenti 440C in primo luogo, quindi applicare un rivestimento PVD in seguito, per ottenere la migliore combinazione di proprietà per la vostra applicazione. Parlerò sicuramente con un ingegnere dei rivestimenti su quali rivestimenti funzioneranno per la vostra applicazione (ad esempio temperature, compatibilità dei materiali, ecc.)

Raccomando le sfere di allumina (non le leghe di acciaio però).

Ho usato mulini a palle in capacità di 5 tonnellate e macinapepe in laboratorio (250 grammi) usando palline di allumina.

Penso che le sfere di allumina siano inerti (già ossidate) in modo che anche se possano introdurre qualche impurità, non credo che ciò influenzerà la tua lega chimicamente come Fe e Cr.

Con le sfere di allumina, il tasso di usura è molto basso. L'uso quotidiano richiede solo un rifornimento regolare di palline ogni 3 mesi.

Le sfere di allumina possono anche essere utilizzate per la temperatura criogenica (CMIIW). Qualcosa da tenere a mente però: la temperatura del frullatore sarà molto calda (quasi bollente) dopo la macinatura, quindi potrebbe risultare difficile mantenerla criogenica.