يعتبر نيتريد الفيروسيليكون المتقدم مناسبًا للاستخدام الصناعي في درجات الحرارة العالية-لأن النيتروجين الخاص به يتم حمله في صورة نيتريد السيليكون، Si3N4، وليس كغاز أو ملح مائي. نيتريد السيليكون عبارة عن مرحلة سيراميكية مرتبطة تساهميًا تظل صلبة وخاملة كيميائيًا أعلى بكثير من درجة حرارة العمل لأي فولاذ أو حديد مصهور، وبالتالي فإن المادة تبقى على قيد الحياة أثناء التخزين والشحن وملامسة الخبث دون فقدان النيتروجين قبل وصولها إلى الحمام.
يفسر اختيار التصميم الفردي هذا معظم اختلاف الأداء بين السبائك الحديدية المنتردة العادية والدرجات المتقدمة: توصيل النيتروجين المستقر، وعدم وجود خطر الترطيب، ونمط انهيار يمكن التنبؤ به داخل المصهور.
الاستقرار الحراري لمرحلة نيتريد السيليكون
لا يذوب نيتريد السيليكون عند درجة حرارة صناعة الفولاذ. ويتحلل عند درجة حرارة 1900 درجة تقريبًا، وتحت تلك الحرارة يحتفظ بقوته وشكله، مع معامل تمدد حراري منخفض ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية. النتائج العملية للسبائك الحديدية مباشرة:
لا يتم فقدان النيتروجين أثناء التجفيف أو النقل أو التخزين في درجة الحرارة المحيطة؛
ولا يتفكك الجسيم عندما يمر عبر طبقة خبث ساخنة، وبالتالي تصل مرحلة النتريد إلى المعدن بدلاً من أن تتأكسد في الطريق؛
يمكن ربط المادة في قوالب أو خلائط مسلحة واستخدامها كجزء من جسم مقاوم للحرارة، لأنها لا تلين عند درجات الحرارة التي تراها تلك الأجسام.
قارن هذا مع إضافات نيتريد الأرض القلوية-، التي تتحلل بسهولة ويجب أن تظل مغلقة، أو مع تطهير غاز النيتروجين، الذي يوصل الغاز إلى الحمام ولكن لا يمكن استخدامه في مزيج مقاوم للحرارة ولا يوفر قياسًا موثوقًا به لكل طن من المعدن.
إطلاق النيتروجين المتحكم فيه في الذوبان
عندما يذوب جسيم FeSiN، تتحلل مرحلة النيتريد ويدخل النيتروجين إلى المحلول بشكل تدريجي وليس في دفعة واحدة. والنتيجة هي إضافة نيتروجين يتم التحكم فيها، وهو ما يحتاجه التحكم في البنية: يشكل النيتروجين المأخوذ في المحلول نيتريدات دقيقة ونيتريدات كربونية أثناء التصلب، مما يؤدي إلى تحسين بنية الحبوب المصبوبة -ويحسن القوة ومقاومة التآكل وفي بعض الدرجات سلوك التآكل. ونظرًا لأن النيتروجين يصل مع الجسيم المذاب، فإن الاسترداد الذي يتم تحقيقه يكون أكثر اتساقًا من حقن الغاز، ويمكن قياس الإضافة بالوزن مقابل مستوى النيتروجين المستهدف.
يقوم السيليكون المنطلق في نفس الوقت بإزالة الأكسدة من الحمام، ويضيف السيليكون الحر الموجود في المنتج إلى مواصفات السيليكون للحرارة. وهذا مفيد بالنسبة لحديد الجرافيت المرن والمضغوط؛ بالنسبة لدرجات الفولاذ السيليكوني المنخفض-، يجب تحديد محتوى السيليكون الحر للدرجة وفقًا لذلك.
الأداء مقارنة بطرق النيترة الأخرى
| طريق | تسليم النيتروجين | سلوك درجة الحرارة المرتفعة-. |
|---|---|---|
| نيتريد الفيروسيليكون المتقدم | يتم قياسها بالوزن، وإطلاق متحكم فيه | مرحلة نيتريد مستقرة إلى حوالي 1900 درجة |
| تطهير غاز النيتروجين | الغاز إلى الحمام، والانتعاش يعتمد على العملية | لا ينطبق على استخدام الحراريات أو إطلاق النار |
| نيتريد المنغنيز | يقاس بالوزن | يضيف المنغنيز، وهو أمر غير مرغوب فيه دائمًا |
| نيتريدات الأرض القلوية- | يقاس بالوزن | استرطابي، يتطلب التعامل مع مختومة |
أين يتم استخدام المادة
بطانات حرارية وخلطات مدفعية.يربط الطور Si3N4 الحبوب المقاومة للحرارة ويقاوم المعدن المنصهر وهجوم الخبث، لذلك يتم استخدام FeSiN في البطانات المسطحة، ومنصات الصدمات المغرفة وإصلاحات الأسلحة، حيث يزيد من القوة الساخنة ويطيل عمر الحملة.
الصب المستمر ومعالجة المغرفة.يتم حقن الحبيبات أو إضافتها للتحكم في النيتروجين وتهيئة المعدن قبل الصب، خاصة في مسابك صب السيارات حيث يتم تحديد-هيكل الصب وقابلية التشغيل الآلي.
حديد الجرافيت المرن والمضغوط.تعمل إضافة النيتروجين على تحسين بنية الجرافيت، كما أن السيليكون الذي يصل مع النيتروجين يناسب مواصفات السيليكون الخاصة بالحديد.
توليد الطاقة وتوربينات الغاز الصناعية.تستخدم المصبوبات لخدمة درجات الحرارة العالية-النيتروجين-درجات تحمل النيتروجين للتحكم في الهيكل، حيث يكون استرداد النيتروجين الذي يمكن التنبؤ به أكثر أهمية من تكلفة المادة المضافة لكل طن.
الاختيار والتحجيم ومراقبة الجودة
يتم طلب الدرجات مقابل الحد الأدنى المضمون لمستوى النيتروجين المجمع، والذي يتراوح عادة بين حوالي 15% و25%، في قطع مسحوق أصغر حجمًا تتراوح بين 0-1 مم و1-3 مم. تم اعتماد الحجم باستخدام مناخل اختبار وفقًا لمعيار ASTM E11. يتبع تحديد النيتروجين طريقة دمج الغاز الخامل الخاصة بـ ASTM E1019، ويتم تأكيد السيليكون والحديد بواسطة مضان الأشعة السينية - أو البلازما المقترنة حثيًا، ويؤكد فقدان -فحص التجفيف- أن الدفعة قد تم تخزينها جافة. تم تحديد درجات الفيروسيليكون ذات الصلة التي تشكل المادة الأولية في ASTM A100/A100M وGB/T 2272، وهي النقاط المرجعية لتحليل السيليكون للمنتج المنترد.
الأسئلة المتداولة
Q:لماذا يعد نيتريد الفيروسيليكون المتقدم مناسبًا للاستخدام في درجات الحرارة العالية-؟
ج: يتم ربط النيتروجين الخاص به على شكل نيتريد السيليكون، وهي مرحلة تظل مستقرة وخاملة حتى درجة حرارة 1900 درجة تقريبًا. يسمح ذلك بتخزين المادة وشحنها واستخدامها في أجسام حرارية دون فقدان النيتروجين قبل أن تصل إلى الذوبان.
Q:في أي درجة حرارة يتحلل نيتريد السيليكون؟
ج: يتحلل نيتريد السيليكون عند حوالي 1900 درجة، وهي أعلى بكثير من أي درجة حرارة انصهار للفولاذ أو الحديد، ولهذا السبب تبقى مرحلة النيتريد على قيد الحياة بعد الإضافة.
Q:كيف يمكن مقارنة FeSiN بتطهير غاز النيتروجين؟
ج: لا يمكن استخدام تطهير الغاز في مزيج مقاوم للحرارة ويعطي استردادًا يعتمد على ممارسة التطهير. يتم قياس FeSiN بالوزن، ويطلق النيتروجين عندما يذوب الجسيم، ويمكن استخدامه أيضًا كمرحلة ربط في الحراريات.
Q:ما هو محتوى النيتروجين المضمون في الدرجات المتقدمة؟
ج: يضمن الموردون عادةً الحد الأدنى من مستوى النيتروجين المجمع، والذي يتراوح عادة بين حوالي 15% و25%، والذي يأتي من جزء نيتريد السيليكون الذي يبلغ 40-50% في المنتج.
Q:ما هو الحجم المستخدم في خلطات التصويب؟
ج: يتم استخدام القطع بقطر 0-1 مم للمنتجات المقولبة والمسدس، في حين يتم استخدام الحبيبات بقطر 1-3 مم للحقن بالمغرفة والحقن. يجب أن يكون المقاس معتمدًا باستخدام مناخل اختبار ASTM E11.
Q:كيف يتم التحقق من محتوى النيتروجين؟
ج: عن طريق اندماج الغاز الخامل وفقًا لمعيار ASTM E1019، مدعومًا بفلورية الأشعة السينية - أو البلازما المقترنة حثيًا للسيليكون والحديد وفحص الخسارة -عند -التجفيف للتأكد من تخزين الدفعة جافة.