Auf der Suche nach dem besten Material für einen Becher und Kugeln einer kryogenen Kugelmühle

Ich arbeite mit einer Reihe von Legierungen, die zuerst in einer Kugelmühle bei kryogenen Temperaturen gemahlen werden müssen. Es ist wichtig, dass keine Verunreinigungen in das Material gelangen und dass sorgfältige Schritte unternommen werden, um dieses Ziel zu erreichen.

Leider haben wir beim Durchlaufen einer Reihe von Proben durch unser RBS-Labor und dann erneut durch PIXE festgestellt, dass wir eine Fe- und Cr-Kontamination hatten. Zuerst wurde angenommen, dass es von den Schneidwerkzeugen stammt, die zur Vorbereitung der Proben verwendet wurden, sodass wir eine weitere Probe laufen ließen, die mit EDM geschnitten wurde. Die Ergebnisse waren die gleichen. Der einzige andere Kontakt, den das Material mit rostfreiem Stahl hat, stammt aus dem Kugelfräsen.

Wir haben einen 440C für die Tasse und Bälle verwendet, aber es scheint, dass ein 316L besser für diese Anwendung geeignet ist. Ich weiß, dass 440C bei Kryotemperaturen normalerweise keine guten Ergebnisse erzielt, aber genau das haben andere Labors verwendet, sodass wir nicht damit gerechnet haben, dass es Probleme dieser Art geben wird.

Einige Dinge, die für das neue Becher- und Kugelmaterial zu beachten sind, sind Bearbeitbarkeit, Kosten, Verfügbarkeit, kryogene Eigenschaften, Vibrations- und Ermüdungsbeständigkeit und die Fähigkeit, abgedichtet zu werden (Becher werden in einer inerten Ar-Atmosphäre gefüllt). Eine andere Möglichkeit ist eine Wärmebehandlung der aktuellen 440C-Materialien, ich bin mir jedoch nicht sicher, wie diesbezüglich der beste Ansatz wäre.

Wenn die Kosten kein extremes Objekt sind, haben Sie möglicherweise die geringste Verschmutzung, indem Sie ein Co + WC-Make-up für Ihre Bälle verwenden.

Das WC ist extrem thermisch stabil und hat eine unglaublich hohe Oberflächenhärte (ganz zu schweigen von der Dichte). Solange Ihr Co-Bindemittel den Beanspruchungen standhält (oder Sie ein anderes geeignetes Bindemittel finden könnten), sollten Sie aufgrund der erhöhten Dichte und Härte Ihrer Mahlkugeln eine wesentlich geringere Verunreinigung sowie schnellere Mahlzeiten / Effizienz genießen.

WC ist leicht in Pulverform erhältlich und kann mit jeder Maschine geformt und gesintert werden, mit der geschmolzenes Co (oder Ni) erhitzt und eingespritzt werden kann, um es zu "benetzen". Wenn sich die Co aufgrund von Verunreinigungen oder Verarbeitungskosten als unhaltbar erweist, können Sie das WC-Pulver immer mit einem Epoxidharz mit niedrigem Ausgasungsgrad und Kryo-Rating benetzen / binden (könnte in jedem Fall besser funktionieren, wenn ich mehr darüber nachdenke).

Ich habe zwischen Antwort oder Kommentar darüber diskutiert, aber letztendlich denke ich, dass es eher eine Antwort ist - wenn auch eine unvollständige Antwort.

Es klingt für mich so, als ob das Hauptproblem, das Sie lösen möchten, darin besteht, den Materialtransfer von den Kugeln / Bechern usw. während des Kugelmahlprozesses zu verhindern. Ich glaube nicht, dass Sie unbedingt die Materialien wechseln müssen, und vielleicht können Sie sogar die vorhandenen Komponenten mit einer PVD- oder CVD-Beschichtung versehen .

DLC-Beschichtung (Diamond-Like-Carbon)

Ich denke jedoch, dass es viele Beschichtungen gibt, die Ihnen möglicherweise gute Dienste leisten können. DLC-Beschichtungen sind sehr hart und verschleißfest (wie der "diamantartige" Name vermuten lässt). Sie blättern nicht ab oder splittern nicht ab, und obwohl ich die Endanwendung oder die Art der Anforderung "Keine Kontamination" nicht kenne, sind diese Beschichtungen gegenüber fast allen organischen und synthetischen Chemikalien und gegenüber dem menschlichen Körper völlig inert Gut.

Für diese Anwendung würde ich denken, dass eine ta-C- oder möglicherweise eine ta-C: H-Beschichtung gut funktionieren könnte. Ein weiterer DLC, der extrem hart und verschleißfest sein soll, mit dem ich jedoch keine persönlichen Erfahrungen habe, ist UNCD (Ultrananocrystalline Diamond).

Möglicherweise finden Sie auch traditionellere Werkzeugbeschichtungen wie TiN oder TiAlN, die für Sie gut geeignet sind. Ich kann Ihnen keine Empfehlung für die beste Beschichtung für Ihre Anwendung geben. Ich bin kein Beschichtungsingenieur, sondern nur ein Ingenieur, der in der Vergangenheit gute Erfahrungen mit solchen Beschichtungen für meine eigenen Anwendungen gemacht hat :)

Der Hauptvorteil von 440C ist die hohe Härtbarkeit

440C ist mit einer maximalen Härte von ca. 60 rockwell C ein rostfreier Stahl, der mit vielen Werkzeugstählen mithalten kann.

Es hört sich so an, als ob Sie dieses Material im geglühten Zustand verwenden, was für mich fraglich ist. Dieses Material wird normalerweise aufgrund seiner hohen Härtbarkeit ausgewählt - es wird (nach meinem besten Wissen) im geglühten Zustand nicht häufig verwendet.

Es hört sich so an, als hätten Sie sich für dieses Material entschieden, da es häufig in ähnlichen Designs verwendet wird. Ich frage mich, unter welchen Bedingungen dieses Material in diesen Designs verwendet wird.

Wenn Sie einige 440C-Komponenten aus einem dieser anderen Designs in die Hände bekommen, würde ich einen Rockwell-Test durchführen, um festzustellen, ob sie wärmebehandelt sind oder nicht. Ich würde Geld in die Wärmebehandlung stecken. Das getemperte Material wird wahrscheinlich in den 20er bis 30er Jahren in Rockwell C sein, während das wärmebehandelte Material in den 50er Jahren sein wird.

Wenn Sie beabsichtigen, einen Rockwell-Test durchzuführen, versuchen Sie es mit einer flachen Komponente, da es schwierig sein kann, Kugeln zu testen und ungenaue Messwerte zu erhalten.

Um mit der Wärmebehandlung zu beginnen, finde ich, dass die Datenblätter von Carpenter normalerweise ziemlich zuverlässig sind. Ihre Empfehlungen für 440C sind:

• HÄRTEN: Auf 1010 / 1066ºC erhitzen; einweichen; In warmem Öl abschrecken oder an der Luft abkühlen lassen. Die Härte beträgt ~ 60 HRC. Nicht überhitzen, da sonst die maximale Härte nicht erreicht wird.
• TEMPERATUR: Um Spannungsspitzen zu beseitigen und gleichzeitig die maximale Härte zu erhalten, mindestens eine Stunde bei 149 / 177ºC (300 / 350ºF) temperieren.

Wenn Sie auf der Suche nach Wärmebehandlung sind, würde ich wahrscheinlich dort beginnen.

Ich glaube nicht, dass 316 eine gute Wahl wäre

Da es ein viel weicheres (gummierigeres) Material als 440C ist und ich denke, dass es das Problem des Materialtransfers verschlimmern würde.

Nun sagte ich, dies sei eine unvollständige Antwort.

weil ich nicht weiß, dass es deine Frage direkt beantwortet. Es bietet einen Weg zu einer möglichen Lösung, ist jedoch unvollständig, da Sie mit einem Beschichtungsexperten die genauen Anforderungen Ihrer Anwendung besprechen und sehen müssen, was sie sagen.

Ich habe zum Beispiel keine Ahnung, wie diese Beschichtungen bei kryogenen Temperaturen funktionieren oder welche Beschichtung mit den in Ihrem Kugelmahlprozess verwendeten Schleifmitteln am besten funktioniert.

Ich weiß, dass ich DLC-Beschichtungen verwendet habe, um einige einzigartige Probleme zu lösen, bei denen ich arbeite, und sie haben es mir ermöglicht, Dinge zu tun, für die ich keine Alternative hätte finden können.

Ich wollte auch sagen, dass es am schwierigsten war, einen seriösen und zuverlässigen Beschichtungshersteller zu finden, um diese Technologie für mich anzupassen. Da dies eine gewaltige Herausforderung sein kann, biete ich einen Vorschlag nur als Ausgangspunkt an, und ohne weitere Unterstützung, außer dass ich persönlich gute Erfahrungen mit Oerlikon Balzers gemacht habe. Ich kenne die Richtlinie zum Empfehlen von Anbietern nicht und habe keine Beziehung zu Anbietern. Bearbeiten Sie diese Antwort, um den Anbieternamen zu entfernen, wenn er gegen Richtlinien verstößt.

Unabhängig davon, mit wem Sie Geschäfte tätigen, kann ich Ihnen nur empfehlen, mit einem ihrer Anwendungsingenieure über die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung zu sprechen und zu erfahren, welche Beschichtung sie empfehlen.

Gedanken schließen

PVD / CVD-Beschichtungen sind tribologischer Natur - sie beeinflussen die Grenzfläche zu anderen Materialien, verändern jedoch nicht die Eigenschaften des Basissubstrats.

Wenn wir über die Lagerauslegung sprechen, gibt es eine Eigenschaft, die allgemein als Einbettbarkeit bezeichnet wird. Dies bezieht sich im Wesentlichen auf die Fähigkeit von Lagermaterialien, Fremdmaterialien aufzunehmen (oder in sich einzubetten).

Ohne mehr über die Natur Ihres Designs zu wissen, sagt mir mein Bauch, dass Sie dies nicht wollen würden, da dies bedeuten würde, dass Ihre Kugeln / Tassen usw. eine gewisse Menge der Legierungen einbetten würden , die Sie zu schleifen versuchten. Es scheint mir unwahrscheinlich, dass dies wünschenswert wäre. Dies ist ein weiterer Grund, warum ich denke, dass 316 eine schlechte Wahl wäre.

Um die Einbettbarkeit zu verringern, benötigen Sie einen härteren Untergrund.

Meine Empfehlung an Sie wäre, zuerst die 440C-Komponenten zu wärmebehandeln und anschließend eine PVD-Beschichtung aufzubringen, um die beste Kombination von Eigenschaften für Ihre Anwendung zu erhalten. Ich würde auf jeden Fall mit einem Beschichtungsingenieur darüber sprechen, welche Beschichtungen für Ihre Anwendung geeignet sind (z. B. Temperaturen, Materialverträglichkeit usw.).

Ich empfehle Aluminiumoxidkugeln (allerdings keine Stahllegierungen).

Ich verwendete Kugelmühlen mit einer Kapazität von 5 Tonnen und eine Topfmühle im Labor (250 Gramm) unter Verwendung von Aluminiumoxidkugeln.

Ich denke, Aluminiumoxidkugeln sind inert (bereits oxidiert), so dass ich nicht glaube, dass dies Ihre Legierung chemisch wie Fe und Cr beeinflusst, obwohl sie Verunreinigungen verursachen können.

Bei Aluminiumoxidkugeln ist die Verschleißrate sehr gering. Für den täglichen Gebrauch ist nur ein regelmäßiges Auffüllen der Bälle alle 3 Monate erforderlich.

Aluminiumoxidkugeln können auch für die Tieftemperatur (CMIIW) verwendet werden. Beachten Sie jedoch Folgendes: Die Temperatur der Topfmühle wird nach dem Mahlen sehr heiß (fast siedend), daher kann es schwierig sein, die Kryogenität aufrechtzuerhalten.