Сила плазмы, используемая на нефтяных месторождениях

Импульсное плазменное азотированиеповышает износостойкость, устойчивость к коррозии и снижает коэффициент трения для критически важных OEM-компонентов, используемых на нефтяных месторождениях.

В суровых, агрессивных и абразивных средах, характерных для бурения и разведки месторождений нефти, используются OEM-продукты, такие как бесшовные стальные трубы, клапаны и толкатели или соединители трубопроводов. Для таких экстремальных условий эксплуатации часто требуется закалка углеродистой стали, ферритной нержавеющей стали, аустенитной нержавеющей стали или инконеля. С этой целью азотирование и нитроцементация были предпочтительным методом обработки поверхности на протяжении десятилетий.

При создании современных высокотехнологичных деталей конструкторы все чаще обращаются к передовому плазменному азотированию для более точного контроля формирования диффузионного слоя, глубины закалки и сохранения размеров детали. Сложная электроника и программное обеспечение обеспечивают превосходный контроль импульсного сигнала постоянного тока, а также улучшенную конструкцию камеры. Это обеспечивает более точный контроль температуры и равномерное распределение зоны нагрева по камере с горячими стенками. Результатом является чрезвычайно последовательное и равномерное азотирование от партии к партии с меньшим расходом газа, чем при традиционном газовом азотировании.

«Преимущества заключаются в более точном контроле диффузионных слоев и возможности термообработки более разнообразных материалов, помимо стали, включая нержавеющую сталь, титан и даже алюминий», — говорит Томас Паламидес из PVA TePla America.

В результате производители нефтепромысловых деталей имеют возможность производить детали с улучшенными свойствами, такими как повышенная износостойкость, улучшенная коррозионная стойкость и пониженный коэффициент трения. Кроме того, производители и инженеры-технологи теперь могут выбирать из множества конфигураций системы и рецептов процессов, которые обеспечивают гибкость, эффективность и повторяемость.

Благодаря последним достижениям в области импульсного плазменного азотирования возможен новый уровень точности и контроля, что приводит к более равномерной и стабильной цементации. Наряду с преимуществами использования только экологически чистых газов плазменное азотирование стало центром внимания дополнительных инноваций и требованием для тех, кто ищет более безопасное и экологически чистое решение.

При импульсно-плазменном азотировании детали обрабатываются в нагретой вакуумной камере. После загрузки деталей на опорное приспособление его накрывают колпаковой камерой и вакуумируют из камеры до давления ниже 10 Паскалей. Процесс начинается с подачи питания на генератор, который подает импульс постоянного напряжения в несколько сотен вольт между катодом зарядной нагрузки (-) и анодом стенки камеры (+). В камеру постепенно добавляются технологические газы, которые впоследствии ионизируются и становятся электропроводящими. Для импульсного плазменного азотирования обычно используется газовая смесь азота и водорода, а в случае необходимости процесса нитроцементации можно добавить метан.

Во время обработки плазменное поле, светящееся на открытой поверхности деталей, вызывает диффузию ионов азота в материал, образуя диффузионную зону. Эта диффузионная зона укрепляет металл. Атомарный азот растворяется атом за атомом в основном материале решетки железа.

Добавив еще большую точность, новаторы в области импульсной плазмы открыли методы оптимизации процесса за счет лучшего управления импульсами мощности. Например, в процессе PulsPlasma, разработанном PVA TePla Industrial Vacuum Systems, используется точно регулируемая газовая смесь азота, водорода и метана на основе углерода. Пульсирующий сигнал постоянного напряжения в несколько сотен вольт подается менее чем за 10 мс на импульс для ионизации газа. Это позволяет максимально увеличить время между импульсами и обеспечить превосходный контроль температуры во всей камере.

«Если разница температур внутри партии составляет +/-10°, вы получите существенно разные результаты обработки», — говорит Дитмар Фойгтлендер из PlaTeG — группы продуктов PVA Industry Vacuum Systems (IVS), производителя систем PulsPlasma азотирования. «Однако, контролируя импульсный ток посредством точного управления временем включения и выключения импульса, можно точно управлять общей температурой с равномерным распределением сверху вниз по всей камере с горячими стенками».