Quali sono le applicazioni del carburo di silicio nero nei rivestimenti resistenti all’usura?
Il carburo di silicio nero (SiC) trova un’ampia gamma di applicazioni nel campo dei rivestimenti antiusura grazie alla sua elevata durezza, all’eccellente resistenza all’usura, alla stabilità chimica e alle prestazioni ad alta temperatura. Di seguito sono riportate le sue applicazioni e caratteristiche specifiche:
1. Aree di applicazione
(1) Parti di macchinari industriali Protezione dall’usura: utilizzata per rivestimenti superficiali di parti facilmente usurabili come corpi pompa, valvole, trasportatori a coclea, cuscinetti, ecc., prolungando significativamente la durata utile. Esempio: i rivestimenti delle lame dei frantoi e delle punte dei trapani nei macchinari minerari possono resistere all’elevata usura del minerale.
(2) Parti del motore per automobili e aerospaziali: rivestimenti di parti soggette ad attrito ad alta temperatura, come pale di turbine e fasce elastiche, per ridurre l’ossidazione e l’usura ad alta temperatura. Sistema frenante: composito con fibra di carbonio per migliorare la resistenza all’usura dei dischi dei freni.
(3) Industria energetica e chimica Condotte e reattori: in ambienti corrosivi (come acidi e alcali), i rivestimenti in SiC proteggono i substrati metallici dalla corrosione chimica e dall’erosione delle particelle. Apparecchiature nucleari: come rivestimento protettivo, resiste all’usura in ambienti radioattivi.
(4) Elettronica e semiconduttori
Strato isolante resistente all’usura: utilizzato per le parti mobili delle apparecchiature a semiconduttore (come i bracci robotici), con resistenza all’usura e isolamento elettrico.
(5) Utensili e stampi
Utensili da taglio: il rivestimento migliora la resistenza all’usura degli utensili in metallo duro ed è adatto alla lavorazione di materiali ad alta durezza (come le leghe di titanio).
Stampi a iniezione: riducono l’usura durante il riempimento della plastica e prolungano la durata dello stampo.
2. Vantaggi prestazionali
Elevata durezza (durezza Mohs 9,2, seconda solo al diamante), che riduce significativamente il coefficiente di attrito.
Elevata resistenza alle alte temperature (stabile fino a 1600°C), adatto a condizioni di lavoro ad alta temperatura.
Inerzia chimica: resistente alla corrosione causata da acidi, alcali e sali, adatto ad ambienti chimici aggressivi.
Basso coefficiente di dilatazione termica: il rivestimento ha una buona stabilità di adesione al substrato metallico e non è facile da staccare.
3. Tecnologia di preparazione del rivestimento
Spruzzatura termica (spruzzatura al plasma, spruzzatura a fiamma supersonica): adatta per componenti di grandi dimensioni, ma con elevata porosità.
Deposizione chimica da vapore (CVD): preparazione di rivestimenti in SiC densi e ad alta purezza per componenti di precisione.
Deposizione fisica da vapore (PVD): rivestimenti a film sottile adatti per utensili da taglio e dispositivi elettronici.
Metodo Sol-Gel: basso costo, ma i rivestimenti sottili richiedono più strati.
4. Sfide e miglioramenti
Forza di adesione: miglioramento dell’adesione tra il rivestimento e il substrato tramite uno strato intermedio (ad esempio, lega NiCr).
Controllo delle crepe: ottimizzazione dei parametri di processo (ad esempio, temperatura di spruzzatura e velocità di raffreddamento) per ridurre lo stress interno.
Problemi di costi: sviluppo di rivestimenti compositi (ad esempio, SiC-Al₂O₃) per bilanciare prestazioni e costi.
5.
Rivestimenti in nano-SiC di Research Frontiers: miglioramento della tenacità e della densità attraverso la raffinazione delle nanoparticelle.
Rivestimenti compositi: combinati con grafene, nanotubi di carbonio e altri materiali per migliorare l’autolubrificazione.
Tecnologia di stampa 3D: formazione diretta di componenti SiC complessi resistenti all’usura.
Riepilogo
I rivestimenti antiusura in carburo di silicio nero sono insostituibili nell’industria pesante, nell’energia e nella produzione di alta gamma. Con i progressi nella tecnologia di produzione, la loro applicazione si estenderà ad ambienti più sofisticati e impegnativi.
