Quels couples de matériaux, en termes de matière et de rugosité de surface, minimisent l'abrasion avec les poudres céramiques abrasives ?
Avec les poudres céramiques abrasives, ce sont avant tout des matériaux résistants à l'usure, denses et aussi peu poreux que possible qui minimisent l'abrasion. Ce n'est pas seulement la dureté qui est déterminante, mais aussi la combinaison du couple de matériaux, de l'état de surface, de la ténacité et de la conception constructive des composants sollicités au contact.
Couples de matériaux appropriés
Céramique/céramique peut être très résistant à l'usure, par exemple à base d'oxyde d'aluminium, de carbure de silicium ou de nitrure de silicium. De tels couples conviennent particulièrement lorsqu'une dureté élevée, une bonne résistance chimique et une faible contamination sont exigées. Ils ne sont cependant judicieux que si la construction tient également compte de la ténacité à la rupture relativement faible et du risque de rupture fragile.
Métal dur/métal dur ou métal dur/céramique sont également des solutions éprouvées lorsqu'une certaine ténacité à la rupture est nécessaire en plus d'une dureté élevée. Les matériaux à base de WC en particulier sont souvent un choix robuste pour les milieux fortement abrasifs, pour autant que la phase liante et la qualité du matériau correspondent à la sollicitation.
Les métaux revêtus de matériaux durs sont judicieux lorsqu'un corps de base métallique est nécessaire pour des raisons constructives ou économiques. Des revêtements tels que le TiN, le CrN, le TiAlN, le DLC ou des couches projetées thermiquement résistantes à l'usure peuvent réduire nettement l'abrasion, mais ils ne remplacent pas une bonne construction de base.
Des matériaux plus tenaces avec une conception résistante à l'usure peuvent également convenir dans certains cas, lorsque ce n'est pas la dureté maximale mais plutôt la résistance au choc, l'amortissement ou les aspects de coût qui sont au premier plan. Avec des poudres céramiques très abrasives, ils ne sont toutefois généralement judicieux que là où la sollicitation n'est pas déterminée principalement par une abrasion de glissement ou d'écoulement pure.
Rugosité de surface
Pour les surfaces de contact avec des poudres céramiques abrasives, la règle est en principe la suivante : plus la surface est lisse et dense, plus l'abrasion est généralement faible et plus l'adhérence des particules est faible également. Une surface très rugueuse peut retenir des particules, créer des points d'attaque locaux et accélérer ainsi l'usure.
Pour de nombreuses applications, des surfaces finement rectifiées ou polies sont judicieuses, mais la rugosité optimale dépend du mécanisme de contact :
- Les surfaces très lisses sont favorables pour les surfaces d'étanchéité, les contacts glissants et les jeux à tolérance serrée.
- Une rugosité moyenne peut être acceptable dans certaines zones de transport ou de guidage, lorsque la lubrification, l'autonettoyage ou l'écoulement jouent un rôle.
- Des surfaces trop rugueuses sont généralement défavorables avec les poudres abrasives, parce que des particules peuvent s'ancrer dans la topographie.
Une limite rigide telle que Ra ≤ 0,2 µm ou Ra ≤ 0,4 µm est peu utile. La surface devrait être aussi lisse que cela est judicieux sur le plan fonctionnel et sur le plan de la fabrication, typiquement dans le domaine finement rectifié ou poli.
Porosité et microstructure
Avec les matériaux céramiques, une faible porosité est en outre importante. Les pores ouverts, les micro-écaillages ou les défauts de microstructure agissent comme points d'attaque pour l'abrasion et comme points de départ pour la formation de fissures. Ce n'est donc pas seulement la composition chimique qui est déterminante, mais aussi la densité et la qualité de la microstructure du matériau.
Ainsi amixon® minimise l'abrasion et l'apport de particules étrangères
amixon® réduit l'abrasion d'abord par la construction : les outils de mélange tournent délibérément à faible vitesse, typiquement environ 0,8 à 3,5 m/s, sans zones d'écrasement ni de choc, et l'écoulement total SinConvex® mélange par remaniement forcé plutôt que par un mouvement de projection et de cisaillement à forte énergie ; l'usure est ainsi maintenue faible dès la source, avant même que la technique des matériaux n'ait à intervenir. Sur cette base, les couples de matériaux sont choisis clairement selon l'application : du matériau de base résistant à l'usure au rechargement par soudage d'alliages durs avec des carbures de tungstène et de chrome et un blindage rectifiable pour les poudres fortement abrasives, jusqu'aux revêtements intégraux en céramique d'oxyde ou aux plaquettes en métal dur ou en céramique pour de grands outils de mélange à rotation lente, y compris la remise en état sur site sans démontage et avec effet d'autopolissage dans les zones fortement sollicitées.
Sur le plan constructif, les particules étrangères sont exclues de façon rigoureuse : des chambres de mélange soudées et polies sans joint apparent et sans assemblages vissés dans l'espace produit, des arbres de mélange montés exclusivement en partie haute sans passage d'arbre inférieur, des joints d'arbre dynamiques – réalisés, selon le secteur et le produit, en presse-étoupe, joint à lèvre PTFE, joint à labyrinthe ou à jeu, ou en garniture mécanique (à sec, balayée au gaz ou au liquide) – et le joint statique OmgaSeal® des portes d'inspection empêchent les apports provenant de l'usure des joints et des paliers aussi bien que la contamination venue de l'extérieur. Les valeurs d'abrasion et de contamination métallique réellement atteignables dépendent du produit, de la géométrie et du mode de conduite ; amixon® les détermine donc en halle d'essais avec le produit d'origine, jusqu'aux sécheurs-mélangeurs-réacteurs de synthèse intégralement revêtus de céramique, exploitables du vide poussé à la surpression et jusqu'à environ 350 °C, et dimensionne la vitesse, le temps de mélange et le couple de matériaux de façon ciblée sur la valeur cible, avant qu'une installation de production ne soit spécifiée et qu'un investissement ne soit engagé.
Validation en halle d'essais amixon®
Avant l'investissement vient la démonstration : en halle d'essais amixon® au siège de Paderborn, 35 installations d'essai de tailles diverses sont disponibles, complétées par des centres techniques au Japon, en Inde, en Thaïlande, en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis. Les essais se déroulent avec le produit d'origine, avec des taux de remplissage et des tailles de charge réels, dans la plage de température et de pression prévue. La qualité de mélange, le ménagement du produit, l'apport d'énergie, la nettoyabilité et la reproductibilité en service de série ultérieur sont évalués ; les résultats sont exploités et documentés avec les experts amixon®, comme base de décision solide qui écarte les risques techniques et économiques avant l'achat.