מהם היישומים של אבקת סיליקון ניטריד ברזל Si3N4 במטלורגיה?

אבקת סיליקון ניטריד (SiN₄)., עם Si₃N4 כשלב הליבה שלו, מכיל בדרך כלל 55%-65% Si, 10%-15% N ו-15%-25% Fe, עם סה"כ זיהומים (Al, Ca, S, P) פחות או שווה ל-3%. מאפייני הליבה שלו תומכים ביישומים מגוונים בתחום המתכות:

 יציבות תרמודינמית חזקה:ל-Si₃N4 יש נקודת התכה של כ-1900 מעלות ואינו מתפרק בפלדה/ברזל מותכת מתחת ל-1600 מעלות, וכתוצאה מכך תגובה מתונה וניתנת לשליטה.

 תגובתיות מתאימה:האנרגיה החופשית של התגובה בין Si ל-O (ΔG₂₀₀₀K=-477 קילו-ג'ל/מול) ובין N ל-O שניהם נמוכים, מה שמאפשר ניקוי חמצון יעיל מבלי להחדיר זיהומים מזיקים.

 מאפייני חלקיקים מצוינים:אבקה תעשייתית -בעלת גודל של 100-300 mesh (48-150 מיקרומטר), שטח פנים ספציפי גדול, והיא מתפזרת בקלות במתכת מותכת, וכתוצאה מכך אחידות תגובה טובה.

(1) הסרת חמצון בייצור פלדה: שיפור הטוהר והיציבות של פלדה מותכת

אבקת סיליקון ניטריד, כיעילה ביותרמסיר חמצון מורכב, יש יתרונות משמעותיים על פני מסורתייםפרוסיליקוןומסירי חמצון מאלומיניום:

מנגנון דה-אוקסידציה:

Si₃N4 מגיב עם O בפלדה מותכת כדי ליצור SiO₂ ו-N₂. ל- SiO₂ יש צפיפות של 2.65 גרם/ס"מ³, נמוכה בהרבה מפלדה מותכת (7.8 גרם/ס"מ³), מה שהופך אותו לצוף בקלות ולהסיר אותו עם הסיגים. כאשר N₂ בורח בצורה של בועות, הוא יכול לשאת כמה תכלילים קטנים, ולטהר עוד יותר את הפלדה המותכת.

תרחישים מתאימים:

ישים לפלדה בעלת חוזק- נמוך בסגסוגת- נמוכה, פלדה נושאת, פלדה קפיצית ופלדות אחרות עם דרישות טוהר גבוהות. זה יכול להפחית נקבוביות פנימית ופגמי הכללה בפלדה, ולשפר את חוזק המתיחה וחיי העייפות.

(2) התאמת סגסוגת: ייעול המאפיינים המכניים של פלדה

Si ו-N פועלים בצורה סינרגטית כדי להשיג איזון בין "חיזוק והתקשות" בפלדה:

מנגנון חיזוק:

Si מתמוסס לתוך סריג הברזל, גורם לעיוות סריג, מעכב את תנועת הנקע ומשפר את החוזק והקשיחות של הפלדה; N יוצר ניטרידים עדינים ומפוזרים (כגון NbN ו-VN) עם אלמנטים כמו Nb ו-V בפלדה, המייצרים אפקט מחזק משקעים, תוך זיקוק הגרגירים;

נתוני שיפור ביצועים:

בעת ייצור פלדה מסגסוגת-גבוהה, הוספת 0.4%-0.8%אבקת ברזל סיליקון ניטרידמגדיל את חוזק התפוקה של הפלדה ב-15%-20%, את חוזק המתיחה ב-10%-15%, וההתארכות נשארת מעל 18%, מאזנת חוזק ופלסטיות;

(3) שדה יציקה: שיפור איכות היציקה וכושר הצורה

לאבקת ברזל סיליקון ניטריד יש גם פונקציות של חיסון ויכולת זרימה, המתאימה לברזל יצוק אפור, ברזל רקיע וליציקה מדויקת:

יכולת זרימה מיטבית:

מפחית את מתח הפנים של ברזל מותך, מפחית צמיגות 15%-20%, משפר את יכולת המילוי של ברזל מותך ומפחית פגמים כגון "מזיגה לא מספקת" ו"סגירה קרה";

חידוד דגנים:

חלקיקי אבקה פועלים כליבות גרעין הטרוגניות בברזל מותך, מקדמים משקעים אחידים של גרפיט, מזקקים את גודל הגרגירים של יציקות מ-80 מיקרומטר ל-30-40 מיקרומטר, מגדילים את החוזק ב-25%-30% ומשפרים את עמידות הבלאי;

(4) ייצור פלדה מיוחדת: עמידה בדרישות הביצועים של-תרחישים מתקדמים

בייצור של פלדות מיוחדות כגון סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה ופלדת אל-חלד, אבקת פרו סיליקון ניטריד ממלאת תפקיד ייחודי:

סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה:

כאשר נעשה בו שימוש בייצור של סגסוגות-בטמפרטורה גבוהה עבור להבי טורבינה של מנועי תעופה-, N יוצר ניטרידים יציבים עם אלמנטים כמו Cr ו-Co, מגדילים את חוזק הזחילה של הסגסוגת ב-1000 מעלות ביותר מ-25%, מגביר את עמידות החמצון ב-30%, ומסוגל לעמוד בפני טמפרטורות גבוהות במיוחד וזרימת אוויר;

נירוסטה:

הוספת אבקה של 0.3%-0.5% יכולה לייעל את חלוקת ה-Cr בנירוסטה, למנוע היווצרות של אזורים דלים ב-Cr ולעדן את הגרגירים, ולהגדיל את זמן העמידות בפני קורוזיה בתרסיס מלח מ-200 שעות. מורחב עד למעלה מ-350 שעות, מתאים לסביבות קורוזיביות במיוחד כגון ציוד כימי והנדסה ימית;

פלדות מיוחדות אחרות:

בייצור פלדת כלים, זה יכול לשפר את הקשיות האדומה ועמידות הבלאי של פלדה; בייצור פלדה בטמפרטורה-נמוכה, הוא מפחית את טמפרטורת המעבר השביר באמצעות עידון גרגרים, מה שמאפשר לפלדה לשמור על קשיחות טובה ב-60 מעלות.

(1) בקרת כמות תוספת

הסרת חמצון בייצור פלדה:

0.3%-0.6% (מסה פלדה), תוספת מוגזמת עלולה בקלות להוביל לתכולת N מוגזמת בפלדה (מעל 0.015%), ולגרום ל"התפוררות חנקן";

חיסון יציקה:

0.2%-0.5% (מסה של ברזל מותך), תוספת מוגזמת תהפוך את היציקה לקשה מדי, ומשפיעה על ביצועי העיבוד;

סגסוגת פלדה מיוחדת:

0.4%-0.8% (מסת פלדה מותכת), צריך להיות מותאם במדויק בהתאם להרכב היעד של דרגת הפלדה.

(2) עיתוי ושיטת הוספה

ייצור פלדה:

הוסף במהלך השלבים המאוחרים יותר של התכה בתנור (טמפרטורת פלדה 1500-1600 מעלות) כדי להבטיח פיזור אבקה אחיד ולהימנע מהצטברות מקומית;

יְצִיקָה:

הוסף 1-2 דקות לפני הקשה על הברזל המותך, או הוסף במהלך תהליך המזיגה כדי לשפר את אפקט החיסון.

(3) בחירת חומרים

דרישות טוהר:

אבקת FeSi3N4 בטוהר- גבוה (תכולת Si₃N₄ גדולה מ-90% או שווה ל-90%, סה"כ זיהומים פחות או שווה ל-1%) משמשת לדרגות פלדה גבוהה-;

בחירת מידה:

אבקת 100-200 mesh לייצור/יציקה פלדה רגילה, אבקה עדינה 200-300 mesh ליציקה מדויקת להבטחת תגובה אחידה.