Вращающееся производственное оборудование широко распространено практически во всех видах производства – от паровых турбин и электродвигателей до насосов и приводов. Несмотря на то, что это оборудование чрезвычайно распространено, остаются значительные возможности для увеличения производительности, сокращения времени простоя и увеличения срока службы вращающихся компонентов.
Высокоскоростные вращающиеся компоненты машин под высоким напряжением часто подвергаются циклическим динамическим нагрузкам и вибрациям, которые приводят к непредсказуемым многоосным напряжениям. Из-за этих напряжений ученые-материаловеды стремились понять характеристики и взаимосвязь между покрытиями и материалами, чтобы найти возможности улучшения их характеристик.
Хотя здесь есть и больше проблем, чем просто износ. Химическое воздействие часто встречаются в пищевой промышленности, производстве напитков, здравоохранении и фармацевтической промышленности, даже в текстильной и нефтехимической промышленности возникают подобные проблемы. В целом это означает, что материалы должны подвергаться трению, вибрации, высоким температурам, износу, истиранию и даже коррозии. Однако в этих экстремальных условиях новые технологии обработки поверхностей предлагают решения для повышения производительности.
Алюминиевые инновации
Исторически сложилось так, что инженеры-материаловеды, разрабатывающие компоненты для этих сложных производственных процессов, предпочитают сталь. Однако за последние два десятилетия появление высокоэффективных алюминиевых сплавов позволило им эффективно заменить сталь. Это было бы невозможно без инноваций в передовых технологиях обработки поверхностей, которые уникальным образом улучшают характеристики алюминия в этих средах.
Проектировщики производственных предприятий и инженеры-технологи выбирают материалы для компонентов на основе ряда критериев. Помимо физических и химических свойств, таких как соотношение прочности к весу, коэффициент трения, пластичность, жесткость, химическая активность, смачиваемость, иммунный ответ, диэлектрические свойства и тепловые коэффициенты, стоимость, срок службы и интервалы обслуживания — составляют часто являются ключевыми критериями принятия решения.
В промышленном применении новаторский подход General Electric к выбору материалов стал де-факто подходом к выбору материалов. Проще говоря: именно затраты указывают большему количеству инженеров на алюминиевые сплавы, а не на сталь. Хотя сталь, как правило, обходится дешевле, а алюминиевые сплавы, следовательно, требуют больших инвестиций, преимущества в сроке службы, которых они могут достичь в долгосрочной перспективе, превосходят меньшие первоначальные инвестиции.
Повышение производительности и эффективности производства
Основные достижения в технологиях нанесения алюминиевых покрытий позволяют создавать компоненты, которые служат дольше, работают в более интенсивных условиях и легче поддаются ремонту.
С чисто финансовой точки зрения компоненты из алюминия с покрытием служат дольше, не требуют такой частой замены и не требуют столь регулярных интервалов технического обслуживания. Кроме того, поскольку алюминий легче стали, он требует меньше энергии, потребляет меньше энергии и менее склонен к непредсказуемому выходу из строя.
Все эти факторы делают производственные процессы более эффективными и устойчивыми, влияя на конечные производственные и экологические затраты, рентабельность производимой продукции и общую рентабельность инвестиций (ROI).
Эффективность алюминия в высокоскоростных производственных процессах
Вращающиеся компоненты машин сталкиваются с уникальными проблемами в высокоскоростных производственных процессах. Помимо многоосных напряжений, вращающиеся детали подвергаются:
- Усталость возникает из-за циклических многоосных динамических напряжений, которым подвергается вращающийся компонент во время нормальной работы. Микромасштабные структурные повреждения — это первый признак усталости, которая перерастает в трещины, которые разрастаются и в конечном итоге приводят к разрушению.
- Износ от истирания и прилипания; существует износ, вызванный абразивным производственным сырьем, таким как волокна и ленты. Длительный износ происходит из-за высокой пропускной способности – огромного объема и скорости производства.
- Экстремальные температуры, которые включают как высокие рабочие температуры в результате высокоскоростных процессов, так и сам процесс с использованием высокотемпературных газов, жидкостей или сырья, например, в производстве продуктов питания и напитков, текстильном и нефтехимическом производстве. Этот процесс также может сопровождаться резкими колебаниями температуры, которые могут вызвать микроструктурные дефекты, приводящие к растрескиванию, пластичности и разрушению.
- Коррозия, вызванная чем угодно: от пистолетов для горячего клея до коррозийных текстильных красок и смазок до повседневных ингредиентов продуктов питания и напитков; это может привести к удалению слоя керамического оксида со сплава легких металлов, подвергая основной металл дальнейшему химическому воздействию. Кроме того, уникальное сочетание коррозии и многоосных динамических напряжений вызывает коррозионное растрескивание под напряжением в незащищенных компонентах из алюминиевых сплавов.
- Охрупчивание в результате контакта с высокотемпературными жидкостями и насыщенным водой воздухом, приводящее к дефектам микроструктуры и пластичности, которые могут привести к механическому выходу компонента из строя.
Эффекты вышеперечисленного могут оказать существенное влияние на эффективность производственной линии. Срок службы вращающихся компонентов сокращается, а риск отказа увеличивается, если на компоненты не нанесено подходящее поверхностное покрытие.