Kriyojenik bilyalı değirmen bardağı ve topları için en iyi malzeme mi arıyorsunuz?


14

İlk önce kriyojenik sıcaklıklarda bir bilyalı değirmende öğütülmesi gereken bir dizi alaşım ile çalışıyorum. Malzemeye kontaminasyonun olmaması ve bunun için dikkatli adımlar atılması önemlidir.

Maalesef RBS laboratuvarımızdan bir dizi numune çalıştırdığımızda ve sonra tekrar PIXE ile Fe ve Cr kontaminasyonumuz olduğunu gördük. İlk önce numuneleri hazırlamak için kullanılan kesici aletlerden geldiği ve bu nedenle EDM kullanılarak kesilen başka bir örnek çalıştırdığımız düşünülüyordu. Sonuçlar aynıydı. Malzemenin paslanmaz çelikle olan diğer teması bilyalı öğütme aşamasından kaynaklanmaktadır.

Kupa ve toplar için 440C kullanıyoruz, ancak 316L bu uygulama için daha uygun olabilir. 440C'nin tipik olarak kriyo-sıcaklıklarda iyi olmadığını biliyorum, ancak diğer laboratuvarların kullandığı şey bu yüzden bu tür problemlerin olmasını beklemiyorduk.

Yeni fincan ve bilye malzemesi için dikkate alınması gereken bazı şeyler işlenebilirlik, maliyet, bulunabilirlik, kriyojenik özellikler, titreşim ve yorgunluk direnci ve sızdırmazlık kabiliyetidir (kaplar atıl bir Ar atmosferine doldurulur). Başka bir olasılık, mevcut 440C malzemelerin ısıl işlemidir, ancak bu konuda en iyi yaklaşımın ne olacağından emin değilim.


1
Yararlı olabilecek sondaj önerisi (eğer işe yararsa kimin önerdiğini hatırlarsanız memnun olurum :-)) .: UHMWPE'nin sizin için bir şey yapıp yapamayacağını görün. Kendi başına bir top frezeleme topu çözeltisi gibi görünmese de, fincanda ve belki de top makyajında ​​bir rolü olabilir. Tüm getout kadar 'sert' ve daha derin kriyojenik sıcaklıklarda özelliklerini başka türlü benzer olanlardan daha iyi korur. Doğrama tahtaları, vücut zırhı, römorkör tamponları, çekme hattı kovaları, makul olmayan soğuk sıcaklıklar ve belki de kriyojenik bilyalı değirmenlerde iyidir.
Russell McMahon

1
Maddi önerinizi okuyorum; UHMWPE bazı mükemmel mekanik özelliklere sahiptir. Birkaç polimer ile çalıştım ve aslında naylondan yaptığımız fincan düzeneğini barındıran kriyo odası. -150C'nin altındaki aşırı sıcaklıklarda kırılgan arıza yaşamaya başlamasına rağmen UHMWPE'nin birçok uygulaması var gibi görünüyor; -195C (ish) etrafında koşuyoruz. Malzeme önerileriniz ucuz ve hazır, ben oynamak için bazı almak zorunda kalabilirsiniz :)
eatscrayons

Oda sıcaklığında bile genellikle kırılgan oldukları göz önüne alındığında, toplar için seramik malzemeler düşündünüz mü? Silikon nitrür son derece sert olduğu ve yataklarda düşük aşınma malzemesi olarak yaygın olarak kullanıldığı için potansiyel bir adaydır. En iyi yanı, zaten yataklarda yaygın olarak kullanıldığı için, silikon nitrür toplarının birçok boyutta olduğu gibi kolayca satın alınabilmeleridir.
wwarriner

Yanıtlar:


1

Maliyet aşırı bir nesne değilse, toplarınız için bir Co + WC makyajı kullanarak en düşük kontaminasyona sahip olabilir ve toplar ve fincan arasında aşınmayı önlemek için bir kriyoplastik fincan kullanın.

WC son derece termal olarak kararlıdır ve inanılmaz derecede yüksek bir yüzey sertliğine sahiptir (yoğunluktan bahsetmiyorum). Co binderiniz gerilmelere dayanabildiği sürece (veya başka bir uygun binder bulabilirseniz), frezeleme bilyelerinizin artan yoğunluğu ve sertliği nedeniyle hızlandırılmış öğütme süreleri / verimliliği ile birlikte çok daha düşük kontaminasyondan yararlanmalısınız.

WC, eriyik Co (veya Ni) 'ıslatmak' için ısıtma ve enjekte edebilen herhangi bir makine kullanılarak oluşturulmaya ve sinterlenmeye hazır toz formunda kolayca temin edilebilir. Ofc, eğer Co, kontaminasyon veya işleme maliyetleri nedeniyle savunulamazsa, WC tozunu ıslatmak / bağlamak için her zaman düşük çıkışlı, kriyo dereceli bir epoksi kullanabilirsiniz (daha fazla düşündüğüm gibi daha iyi çalışabilir).


WC'nin (tungsten karbür) mükemmel bir seçim olabileceğini kabul ediyorum. Malzeme transferini nasıl ele alacağınıza dair endişelerinizi genişletmek için, bu durumda iyi bir seçenek olabilecek karbür aletler PVD kaplamalı oldum. PVD kaplamalarla ilgili güzel bir şey, genellikle ana metalden farklı bir renk olmasıdır, bu da, topların ne kadar süre dayanacağını ve bunları değiştirmeden önce bir PM rutinini yerleştirmek için kullanılabilecekleri görmek ve izlemek kolaydır. malzeme aktarma noktasına kadar aşınma. Çoğu kaplamalar da çıkarılabilir ve tekrar uygulanabilir - bakım maliyetlerini düşürür :)
CBRF23

İlginç bir fikir, bu kurulumu oluşturmak biraz zaman alacak olsa da. Sıvı nitrojenimizi akıtmak için bardak takımını barındıran dış kabuğumuzda naylon kullanıyoruz. İşlenmesi kolaydır; en azından 440C'ye kıyasla (biz de iyi oluyoruz!). WC tozlarına gelince, kampüste bu işlemi gerçekleştirebilecek herhangi bir ekipmanla karşılaşmadım. Tozları yüksek sıcaklıkta sıkıştırmak için kullanılan sıcak bir izostatik pres (HiP) yaptık, ancak 500C'yi aşmayacak şekilde tasarladık (ve hatta sürünme ile ilgili sorunları önlemek için sadece kısa bir süre için).
eatscrayons

1

Bu konuda Cevap veya Yorum arasında tartıştım, ama sonuçta bunun daha çok bir cevap olduğunu düşünüyorum - kusurlu bir cevap olsa da.


Çözmeye çalıştığınız temel sorun, top frezeleme işlemi sırasında toplardan / fincanlardan vb. Malzeme transferini engellemektir. Malzemeleri değiştirmek zorunda olduğunuzu sanmıyorum ve belki de mevcut bileşenlere sadece bir PVD veya CVD kaplama ekleyerek uzaklaşabilirsiniz .


DLC (elmas benzeri karbon) kaplama önce akla geliyor,

ancak potansiyel olarak size iyi hizmet edebilecek birçok kaplama olduğunu düşünüyorum. DLC kaplamalar çok sert ve aşınmaya dayanıklıdır ("elmas benzeri" adından da anlaşılacağı gibi). Pul veya yonga yapmazlar ve "kontaminasyon yok" şartının son kullanımını veya doğasını bilmesem de, bu kaplamalar neredeyse tüm organik ve sentetik kimyasallara tamamen inerttir ve insan vücuduna tamamen inerttir. iyi.

Bu uygulama için, bir ta-C veya muhtemelen bir ta-C: H kaplamanın iyi çalışabileceğini düşünüyorum. Son derece sert ve aşınmaya dirençli olduğu düşünülen ancak benim kişisel deneyimim olmayan bir başka DLC, UNCD'dir (ultrananokristalin elmas).

TiN veya TiAlN gibi daha geleneksel takım kaplamaları da sizin için iyi sonuç verebilir - uygulamanız için en iyi kaplama hakkında bir tavsiyede bulunamadım. Ben bir kaplama mühendisi değilim, geçmişte kendi uygulamalarım için bu tür kaplamaları kullanma konusunda iyi deneyime sahip bir mühendis değilim :)


440C'nin ana yararı yüksek sertleşebilirliği

Yaklaşık 60 rockwell C maksimum sertliği ile 440C, birçok takım çeliğine rakip olabilecek bir paslanmazdır.

Bu malzemeyi, benim için şüpheli olan tavlanmış durumda kullandığınız anlaşılıyor. Bu malzeme tipik olarak yüksek sertleşebilirliği nedeniyle seçilir - tavlanmış durumda yaygın olarak kullanılmaz (bilgim dahilinde).

Bu malzemeyi seçtiğiniz gibi geliyor çünkü diğer benzer tasarımlarda yaygın olarak kullanılıyor; Bu malzemenin bu tasarımlarda hangi koşulun kullanıldığını merak ediyorum.

Eğer diğer 440C bileşenlerinden bazılarını ellerinize alabilirseniz, ısıl işlem görüp görmediğini görmek için bir rockwell testi yapacağım. Isıl işlem görmesi üzerine para koyardım. Tavlanmış malzeme muhtemelen 20'lerin-30'ların rockwell C'sinde olacak, ısıl işlem görmüş malzeme 50'lerde olacak.

Bir rockwell testine niyet ediyorsanız, kürelerin test edilmesi zor olabileceğinden ve yanlış okumalar verebileceğinden, düz bir bileşen üzerinde çalışmayı deneyin.

Isıl işlemle başlamak için, Carpenter'ın veri sayfalarının genellikle oldukça güvenilir olduğunu düşünüyorum. 440C için önerileri:

  • SERT : 1010 / 1066ºC'ye kadar 1850 / 1950ºF'ye ısıtın; emmek; Ilık yağda söndürün veya havada soğutun. Sertlik ≈60HRC olacaktır. Aşırı ısıtmayın, aksi takdirde maksimum sertliğe ulaşamazsınız.
  • TEMPER: Tepe gerilimlerini gidermek ve yine de maksimum sertliği korumak için, 149 / 177ºC'de en az bir saat tavlayın.

Isıl işlem için arıyorsanız, muhtemelen orada başlar.


316'nın iyi bir seçim olacağını düşünmüyorum

440C'den çok daha yumuşak (gummier) bir malzeme olduğundan ve malzeme aktarım problemini bıktırdığını düşünüyorum.


Şimdi bunun kusursuz bir cevap olduğunu söyledim,

çünkü doğrudan sorunuzu cevapladığını bilmiyorum. Olası bir çözüm için bir yol sunar, ancak uygulamanızın tam ihtiyaçlarını bir kaplama uzmanıyla görüşmeniz ve ne dediklerini görmeniz gerekmediğinden eksiktir.

Örneğin, bu kaplamaların kriyojenik sıcaklıklarda nasıl performans gösterdiğine veya bilyalı öğütme işleminizde kullanılan aşındırıcılarla hangi kaplamanın en iyi çalışacağı hakkında hiçbir bilgim yok .

Çalıştığım bazı benzersiz sorunları çözmek için DLC kaplamaları kullandığımı biliyorum ve onlar için bir alternatif bulabileceğimi düşünmediğim şeyleri yapmama izin verdiler.

Ayrıca saygın ve güvenilir bir kaplama satıcısı bulmanın bu teknolojiyi benim için uyarlamanın en zor kısmı olduğunu söylemek istedim. Bu oldukça zor bir meydan okuma olabileceğinden, sadece bir başlangıç ​​yeri olarak bir öneri sunuyorum ve Oerlikon Balzers ile kişisel olarak iyi bir deneyime sahip olduğum dışında başka bir ciroya sahip değilim. Satıcıları tavsiye etme politikasını bilmiyorum ve herhangi bir satıcıyla herhangi bir ilişkim yok - bu nedenle, herhangi bir politikayı ihlal ederse satıcı adını kaldırmak için bu yanıtı düzenlemekten çekinmeyin.

Kiminle iş yapmayı seçtiğinizden bağımsız olarak , uygulama mühendislerinden biriyle uygulamanızın özel ihtiyaçları hakkında konuşmanızı ve hangi kaplamayı önerdiklerini görmenizi şiddetle tavsiye ederim.


Kapanış düşünceleri

PVD / CVD kaplamalar doğada tribolojiktir - diğer malzemelerle olan arayüzü etkilerler, ancak baz substratın özelliklerini değiştirmezler.

Rulman tasarımı hakkında konuştuğumuzda, yaygın olarak emilebilirlik olarak adlandırılan bir özellik vardır. Bu temel olarak yabancı maddeleri emme (veya kendi içine gömme) kabiliyetine sahip bir taşıyıcı malzeme anlamına gelir.

Daha fazla tasarım doğası hakkında bilmeden, İçgüdülerim bunu vs. olacağını Testislerinizin / bardak anlamına gelecektir olarak bu, gerçekleşmesi istemem söylüyor gömme çektirmek çalıştıklarını alaşımların bir miktar. Bunun istenebileceği pek olası görünmüyor. 316'nın kötü bir seçim olacağını düşünüyorum.

Emilebilirliği azaltmak için daha sert bir alt tabaka istersiniz.

Size tavsiyem, ilk önce 440C bileşenlerini ısıl işlemden geçirmek, daha sonra uygulamanız için en iyi özellik kombinasyonunu elde etmek için bir PVD kaplama uygulamak olacaktır. Bir kaplama mühendisiyle kesinlikle uygulamanız için hangi kaplamaların işe yarayacağı hakkında konuşurum (örneğin sıcaklıklar, malzeme uyumluluğu vb.)


Burada bazı mükemmel öneriler var. Sahip olduğumuz en son fikir (440C bilyelerinin düzenli olarak değiştirilmesinin yanı sıra) bilyeler için bir nitronik 60'a geçmek ve fincan takımı için 440C'yi korumaktır. N60 / 440C kombinasyonu, kriyojenik sıcaklıklarda çok düşük mikrospallasyon insidansına sahiptir. Kaplamalar mükemmel öneriler, bunu daha ayrıntılı inceleyeceğim. Bu rotaya gitmeye karar verirsek ve başarılı olursak, çözümünüzü doğru cevap olarak oylamaya geri döneceğim. Bu biraz zaman alabilir ... :)
eatscrayons

0

Alümina topları (çelik alaşımları olmasa da) öneririm.

5 ton kapasiteli bilyalı değirmenler ve laboratuarda (250 gram) alümina bilyeleri kullanan tencere değirmeni kullandım.

Sanırım alümina topları inert (zaten oksitlenmiş), bu yüzden bir miktar safsızlık getirmelerine rağmen, bunun alaşımınızı Fe ve Cr gibi kimyasal olarak etkileyeceğine inanmıyorum.

Alümina topları ile, aşınma oranı çok düşüktür. Günlük kullanım, 3 ayda bir sadece düzenli top dolumu gerektirir.

Alümina toplar ayrıca kriyojenik sıcaklık (CMIIW) için de kullanılabilir. Akılda tutulması gereken bir şey: tencere değirmeni sıcaklığı öğütüldükten sonra çok sıcak (neredeyse kaynama) olacak, bu nedenle kriyojenik bakımı zor olabilir.


Bunu deneyeceğim, eğer işe yararsa doğru cevabı alacaksınız. Elektron mikroskopisinden malzemelerin soğuk öğütme işlemi sırasında kendilerine kaynak yaptığını bilsek de iç sıcaklığımızdan emin değilim. Şu anda üzerinde çalıştığımız malzemeler için istenen tane boyutu yaklaşık 50 nm'dir ve mevcut kurulum bunu iyi yapar (kontaminasyon eksi). Bir termokupl kurma fikrini başlattık; müthiş bir mühendislik zorluğu olurdu.
eatscrayons
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.