Estoy trabajando con un conjunto de aleaciones que primero deben triturarse en un molino de bolas a temperaturas criogénicas. Es importante que no haya contaminación en el material y se toman medidas cuidadosas para garantizar este fin.
Desafortunadamente, cuando analizamos un conjunto de muestras a través de nuestro laboratorio RBS y luego nuevamente a través de PIXE, vimos que teníamos contaminación por Fe y Cr. Al principio se pensó que provenía de las herramientas de corte utilizadas para preparar las muestras, por lo que procesamos otra muestra que se cortó con EDM. Los resultados fueron los mismos. El único otro contacto que tiene el material con un acero inoxidable es el paso de fresado de bolas.
Hemos estado usando un 440C para la copa y las bolas, pero parece que un 316L puede ser mejor para esta aplicación. Sé que 440C no suele funcionar bien en temperaturas criogénicas, pero eso es lo que otros laboratorios han estado utilizando, por lo que no esperábamos que hubiera problemas de este tipo.
Algunas cosas a tener en cuenta para el nuevo material de copa y bola son la maquinabilidad, el costo, la disponibilidad, las propiedades criogénicas, la resistencia a la vibración y la fatiga, y la capacidad de sellado (las copas se llenan en una atmósfera inerte de Ar). Otra posibilidad es un tratamiento térmico de los materiales 440C actuales, sin embargo, no estoy seguro de cuál sería el mejor enfoque en ese sentido.
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Respuestas:
Si el costo no es un objeto extremo, entonces podría tener la menor contaminación al usar un maquillaje Co + WC para sus bolas y usar una copa crioplástica para evitar el desgaste entre las bolas y la copa.
El WC es extremadamente estable térmicamente y tiene una dureza de superficie increíblemente alta (sin mencionar la densidad). Siempre que su aglutinante de Co pueda resistir las tensiones (o podría encontrar otro aglutinante adecuado), debería disfrutar de una contaminación mucho menor, junto con tiempos de molienda / eficiencia acelerados debido a la mayor densidad y dureza de sus bolas de molienda.
El WC está disponible en forma de polvo, listo para ser formado y sinterizado utilizando cualquier maquinaria capaz de calentar e inyectar Co (o Ni) fundido para 'mojarlo'. Ofc, si el Co resulta insostenible debido a la contaminación o los costos de procesamiento, siempre puede usar un epóxido de baja emisión de gases, crio-clasificado para humedecer / unir el polvo de WC (de todos modos, podría funcionar mejor, creo que más).
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Discutí entre responder o comentar sobre esto, pero finalmente creo que es más una respuesta, aunque sea una respuesta imperfecta.
Me parece que el problema principal que está tratando de resolver es evitar la transferencia de material desde las bolas / copas, etc. durante el proceso de molienda de bolas. No creo que necesariamente necesite cambiar los materiales, y tal vez incluso podría salirse con la simple adición de un recubrimiento PVD o CVD a los componentes existentes.
El recubrimiento DLC (diamante como el carbono) aparece primero,
Sin embargo, creo que hay muchos recubrimientos que podrían servirle bien. Los recubrimientos DLC son muy duros y resistentes al desgaste (como sugeriría el nombre "similar a un diamante"). No se desprenden ni se desprenden, y aunque no conozco el uso final o la naturaleza del requisito de "no contaminación", estos recubrimientos son completamente inertes para casi todos los químicos orgánicos y sintéticos, y completamente inertes para el cuerpo humano. bien.
Para esta aplicación, creo que un recubrimiento ta-C o posiblemente un recubrimiento ta-C: H podría funcionar bien. Otro DLC que se supone que es extremadamente duro y resistente al desgaste, pero con el que no tengo experiencia personal, es UNCD (diamante ultrananocristalino).
También puede encontrar recubrimientos de herramientas más tradicionales, como TiN o TiAlN que podrían funcionar bien para usted: no podría recomendarle el mejor recubrimiento para su aplicación. No soy un ingeniero de recubrimientos, solo un ingeniero que ha tenido una buena experiencia usando este tipo de recubrimientos para mis propias aplicaciones en el pasado :)
El principal beneficio de 440C es su alta templabilidad
Con una dureza máxima de alrededor de 60 Rockwell C, 440C es un acero inoxidable que puede competir con muchos aceros para herramientas.
Parece que está utilizando este material en estado recocido, lo cual es cuestionable para mí. Este material generalmente se elige por su alta templabilidad; no es (según mi leal saber y entender) comúnmente utilizado en el estado recocido.
Parece que eligió este material porque se usa comúnmente en otros diseños similares; Me pregunto en qué condición se usa este material en esos diseños.
Si puede obtener algunos componentes 440C de uno de esos otros diseños, haría una prueba de Rockwell para ver si está o no tratada térmicamente. Pondría dinero en que recibiera tratamiento térmico. El material recocido probablemente estará en el pozo de roca C de los años 20-30, mientras que el material tratado con calor estará en los años 50.
Si intenta hacer una prueba de Rockwell, intente realizar un componente con una superficie plana, ya que las esferas pueden ser difíciles de probar y dar lecturas inexactas.
Para un lugar donde comenzar con el tratamiento térmico, encuentro que las hojas de datos de Carpenter suelen ser bastante confiables. Sus recomendaciones para 440C son:
Si buscas un tratamiento térmico, probablemente comenzaría allí.
No creo que 316 sea una buena opción
Como es un material mucho más blando (gomoso) que 440C, y creo que exasperaría el problema de transferencia de material.
Ahora dije que esta era una respuesta imperfecta,
porque no sé si responde directamente a tu pregunta. Ofrece una vía para una posible solución, sin embargo, está incompleta, ya que deberá analizar con un experto en recubrimientos las necesidades exactas de su aplicación y ver qué dicen.
Por ejemplo, no tengo conocimiento de cómo funcionan estos recubrimientos a temperaturas criogénicas , o qué recubrimiento funcionaría mejor con los abrasivos utilizados en su proceso de molienda de bolas.
Sé que he usado recubrimientos DLC para resolver algunos problemas únicos donde trabajo, y me han permitido hacer cosas para las que no creo que podría haber encontrado una alternativa.
También quería decir que encontrar un proveedor de recubrimientos confiable y de buena reputación fue la parte más difícil de adaptar esta tecnología para mí. Como ese puede ser un desafío bastante desalentador, ofrezco una sugerencia solo como un lugar para comenzar, y sin otro respaldo que no sea personalmente, he tenido una buena experiencia con Oerlikon Balzers. No conozco la política de recomendar proveedores, y no estoy afiliado a ningún proveedor, así que siéntase libre de editar esta respuesta para eliminar el nombre del proveedor si viola alguna política.
Independientemente de con quién elija hacer negocios, le recomiendo hablar con uno de sus ingenieros de aplicaciones sobre las necesidades específicas de su aplicación y ver qué revestimiento recomiendan.
Pensamientos finales
Los recubrimientos PVD / CVD son de naturaleza tribológica: afectan la interfaz con otros materiales, pero no cambian las propiedades del sustrato base.
Cuando hablamos de diseño de rodamientos, existe una propiedad comúnmente conocida como capacidad de incorporación. Básicamente, esto se refiere a la capacidad de los materiales de los cojinetes de absorber (o incrustar dentro de sí) materiales extraños.
Sin saber más sobre la naturaleza de su diseño, mi instinto me dice que no querrá que esto suceda, ya que significaría que sus bolas / tazas, etc., estarían incrustando una cierta cantidad de las aleaciones que estaba tratando de moler. Me parece poco probable que esto sea deseable. Esta es otra razón por la que creo que 316 sería una mala elección.
Para reducir la capacidad de incorporación, desea un sustrato más duro.
Mi recomendación para usted sería tratar térmicamente los componentes 440C primero, luego aplicar un recubrimiento PVD después, para obtener la mejor combinación de propiedades para su aplicación. Definitivamente hablaría con un ingeniero de recubrimientos sobre qué recubrimientos funcionarán para su aplicación (por ejemplo, temperaturas, compatibilidad de materiales, etc.)
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Recomiendo bolas de alúmina (aunque no aleaciones de acero).
Utilicé molinos de bolas en capacidad de 5 toneladas y molinos de macetas en laboratorio (250 gramos) usando bolas de alúmina.
Creo que las bolas de alúmina son inertes (ya oxidadas) de modo que, aunque puedan introducir algo de impureza, no creo que esto afecte químicamente a su aleación como lo harán Fe y Cr.
Con bolas de alúmina, la tasa de desgaste es muy baja. El uso diario requiere solo una recarga regular de bolas cada 3 meses.
Las bolas de alúmina también se pueden usar para la temperatura criogénica (CMIIW). Sin embargo, algo a tener en cuenta: la temperatura del molino de olla estará muy caliente (casi hirviendo) después de la molienda, por lo que puede resultar difícil mantener criogénico.
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