Quali accoppiamenti di materiali, in termini di materiale e rugosità superficiale, minimizzano l'abrasione con polveri ceramiche abrasive?
Con le polveri ceramiche abrasive l'abrasione è minimizzata soprattutto da materiali resistenti all'usura, densi e con la minore porosità possibile. Non è decisiva solo la durezza, ma anche la combinazione di accoppiamento dei materiali, stato della superficie, tenacità e dimensionamento costruttivo dei componenti sollecitati dal contatto.
Accoppiamenti di materiali idonei
L'accoppiamento ceramica/ceramica può essere molto resistente all'usura, per esempio a base di ossido di alluminio, carburo di silicio o nitruro di silicio. Tali accoppiamenti sono particolarmente adatti quando sono richieste durezza elevata, buona resistenza chimica e contaminazione ridotta. Sono però sensati solo se la costruzione tiene conto anche della tenacità alla frattura relativamente bassa e del rischio di rottura fragile.
Metallo duro/metallo duro oppure metallo duro/ceramica sono soluzioni parimenti collaudate quando, oltre a un'elevata durezza, è necessaria anche una certa tenacità alla frattura. In particolare i materiali a base di WC sono spesso una scelta robusta per i mezzi fortemente abrasivi, purché la fase legante e la qualità del materiale siano adeguate alla sollecitazione.
I metalli con rivestimento di materiali duri sono sensati quando, per ragioni costruttive o economiche, è necessario un corpo di base metallico. Rivestimenti quali TiN, CrN, TiAlN, DLC o riporti spruzzati termicamente resistenti all'usura possono ridurre notevolmente l'abrasione, ma non sostituiscono una buona costruzione di base.
Materiali più tenaci con un dimensionamento resistente all'usura possono essere idonei in singoli casi, quando in primo piano non sta la durezza massima, ma piuttosto la resistenza agli urti, lo smorzamento o gli aspetti di costo. Con le polveri ceramiche molto abrasive sono però di norma sensati solo dove la sollecitazione non è determinata principalmente da pura abrasione di strisciamento o di flusso.
Rugosità superficiale
Per le superfici di contatto con polveri ceramiche abrasive vale in linea di principio: più liscia e compatta è la superficie, minore è di norma l'abrasione e minore è anche l'adesione delle particelle. Una superficie molto ruvida può trattenere le particelle, creare punti di attacco locali e accelerare così l'usura.
Per molte applicazioni sono sensate superfici finemente levigate o lucidate, ma la rugosità ottimale dipende dal meccanismo di contatto:
- Le superfici molto lisce sono favorevoli nelle superfici di tenuta, nei contatti di strisciamento e nelle fessure con tolleranze strette.
- Una rugosità media può essere accettabile in alcune zone di trasporto o di guida, quando entrano in gioco la lubrificazione, l'autopulizia o il flusso.
- Le superfici troppo ruvide sono di norma sfavorevoli con le polveri abrasive, perché le particelle possono ancorarsi nella topografia.
Un limite rigido come Ra ≤ 0,2 µm o Ra ≤ 0,4 µm è poco utile. La superficie dovrebbe essere tanto liscia quanto è sensato dal punto di vista funzionale e produttivo, tipicamente nell'ambito finemente levigato o lucidato.
Porosità e microstruttura
Nei materiali ceramici è inoltre importante una porosità ridotta. I pori aperti, i microdistacchi o i difetti della microstruttura agiscono come punti di attacco per l'abrasione e come punti di partenza per la formazione di cricche. Per questo non è decisiva solo la composizione chimica, ma anche la densità e la qualità della microstruttura del materiale.
Così amixon® minimizza l'abrasione e l'ingresso di particelle estranee
amixon® riduce l'abrasione prima di tutto per via costruttiva: gli utensili di miscelazione girano deliberatamente a basso numero di giri (tipicamente circa 0,8–3,5 m/s), senza zone di schiacciamento e di impatto, e il flusso totale SinConvex® miscela tramite rimescolamento forzato invece che con movimenti di proiezione e di taglio a elevata energia; l'usura viene così contenuta già all'origine, prima che debba intervenire la tecnica dei materiali. Su questa base gli accoppiamenti di materiali vengono scelti chiaramente in funzione dell'applicazione: dal materiale di base resistente all'usura, al riporto per saldatura di leghe dure con carburi di tungsteno e di cromo e alla corazzatura levigabile a liscio per le polveri altamente abrasive, fino ai rivestimenti integrali in ceramica ossidica o alle piastrine in metallo duro o in ceramica per gli organi miscelanti grandi e a rotazione lenta, inclusa la riparazione in loco senza smontaggio e con effetto autolucidante nelle zone altamente sollecitate.
Dal punto di vista costruttivo le particelle estranee vengono escluse in modo coerente: camere di miscelazione saldate senza fughe e levigate, senza collegamenti a vite nella camera di prodotto, alberi di miscelazione supportati esclusivamente in alto senza passaggio d'albero inferiore, tenute d'albero dinamiche – realizzate, a seconda del settore e del prodotto, come premistoppa, tenuta a labbro in PTFE, tenuta a labirinto o a gioco oppure come tenuta meccanica (a secco, flussata a gas o a liquido) – e la tenuta statica OmgaSeal® sulle porte d'ispezione impediscono sia gli ingressi dovuti all'usura di guarnizioni e supporti sia la contaminazione dall'esterno. I valori di abrasione e di contaminazione metallica realisticamente raggiungibili dipendono dal prodotto, dalla geometria e dalla conduzione dell'impianto; per questo amixon® li determina nel centro prove con il prodotto originale – fino ai reattori di sintesi essiccatori-miscelatori interamente rivestiti in ceramica, esercitabili dal vuoto fine alla sovrapressione e fino a circa 350 °C – e dimensiona la velocità, il tempo di miscelazione e l'accoppiamento dei materiali in modo mirato sul valore obiettivo, prima che un impianto di produzione venga specificato e finanziato.
Messa in sicurezza nel centro prove amixon®
Prima dell'investimento viene la dimostrazione: nel centro prove amixon® presso la sede centrale di Paderborn sono disponibili 35 impianti di prova di diverse taglie, integrati da centri prove in Giappone, India, Thailandia, Cina, Corea del Sud e Stati Uniti. Le prove si svolgono con il prodotto originale, con gradi di riempimento e dimensioni di lotto reali, nell'intervallo previsto di temperatura e di pressione. Vengono valutate la qualità di miscelazione, la delicatezza sul prodotto, l'apporto di energia, la pulibilità e la riproducibilità nel successivo funzionamento in serie; i risultati vengono valutati e documentati insieme agli esperti amixon®, come base di decisione solida che elimina i rischi tecnici ed economici prima dell'acquisto.