SINTERIZZAZIONI
I sistemi Idroenergy per la generazione in site di idrogeno e azoto purissimo trovano largo impiego nel settore metallurgico, dove è fondamentale la purezza elevata delle atmosfere utilizzate e la loro costanza qualitativa nel tempo. Tra i trattamenti termici dei metalli che vengono realizzati impiegando l’azoto o l’idrogeno purissimi autoprodotti on site con i generatori Idroenergy, le sinterizzazioni occupano un posto di speciale rilievo.
In questa pagina vedremo brevemente che cos’è e in cosa consiste il processo di sinterizzazione; quali sono i principali metodi di sinterizzazione; quali prodotti si ottengono tramite sinterizzazioni e quali sono le principali applicazioni delle sinterizzazioni; qual è il contributo dei gas purificati come l’azoto e l’idrogeno prodotti on site tramite i generatori Idroenergy nel processo di sinterizzazione. Per qualsiasi curiosità relativa al processo di sinterizzazione o all’autoproduzione on site di azoto e idrogeno che non trovasse risposta in questo spazio, è possibile contattare lo staff Idroenergy tramite telefono o e-mail.
Sinterizzazioni: che cosa sono?
Il processo di sinterizzazione, parola che deriva dal tedesco ‘Sinter’ e di qui dall’inglese ‘cinder’, è un procedimento metallurgico consistente nella compattazione e trasformazione di polveri metalliche in un composto indivisibile: la sinterizzazione è infatti anche detta metallurgia delle polveri. Il materiale oggetto di trattamento viene riscaldato e portato a una temperatura più bassa rispetto al suo punto di fusione per far sì che le particelle aderiscano l’una all’altra.
La sinterizzazione è un procedimento ampiamente utilizzato nel campo della manifattura di ceramica, e trova svariati utilizzi nel settore della metallurgia delle polveri. Esiste anche una forma di sinterizzazione applicata alla fase liquida dei materiali, con un procedimento in cui almeno uno degli elementi si trova in stato liquido. La sinterizzazione con l’aiuto di fase liquida è utile in particolare nella produzione del carburo di tungsteno o di altri tipi di carburi.
I componenti realizzati tramite sinterizzazione si distinguono per l’estrema durezza della superficie di lavoro. Tale procedimento di lavorazione termica dei metalli è particolarmente diffusa e vantaggiosa per via della relativa economicità del procedimento che consente di produrre in serie numerosi pezzi.
Sinterizzazioni: quali prodotti?
Come si è visto, le sinterizzazioni sono procedimenti metallurgici estremamente fruttuosi e versatili, in quanto permettono l’ottenimento di diverse lavorazioni e, dunque, di diversi tipi di materiali, polimeri e prodotti. In particolare, il processo di sinterizzazione permette l’ottenimento di materiali compatti, tenaci e resistenti: miscelando due o più polveri di materiali diversi, dei quali almeno uno si trova in fase liquida, la sinterizzazione permette di ottenere un materiale compatto, che in un secondo tempo viene portato ad una temperatura prossima alla fusione. Dunque, applicando il processo di sinterizzazione con l’aiuto di fase liquida si ottengono materiali con eccellenti caratteristiche di robustezza e resistenza.
Inoltre la sinterizzazione permette l’ottenimento di oggetti con forma prestabilita che possono poi essere sottoposti ad altre lavorazioni, come l’estrusione o la forgiatura. In questo caso, le polveri vengono compresse e poi riscaldate (sempre a temperatura inferiore al punto di fusione del materiale) all’interno di uno stampo con la forma desiderata. Il processo di riscaldamento permette di compattare tra loro i grani di polvere metallica, per realizzare così un organo in grado di sottostare a diversi altri processi di lavorazione.
Un’altra importante applicazione delle sinterizzazioni riguarda la possibilità di ottenere particolari leghe dotate di proprietà eccellenti che non potrebbero essere ottenute applicando altre tecniche di lavorazione, come nel caso degli oggetti con forma prestabilita che possono essere realizzati, invece che tramite colata del materiale allo stato liquido in un calco, tramite sinterizzazione delle polveri saldate tra loro mediante l’aumento della temperatura. La sinterizzazione è uno dei trattamenti termici dei metallici più produttivi e sicuri.
La sinterizzazione viene inoltre utilizzata con materiali caratterizzati da un elevato punto di fusione (come ad esempio il Teflon e il tungsteno), come tecnica che ne permette la lavorazione in assenza di tecniche manifatturiere alternative. La sinterizzazione permette così di lavorare materiali altrimenti difficili. La sinterizzazione ad oggi è possibile con la maggior parte dei metalli, se non tutti. In particolare, è possibile sinterizzare qualsiasi metallo prodotto sotto vuoto senza contaminazioni di superficie. È persino possibile sottoporre a sinterizzazioni sostanze non metalliche quali il vetro, l’allumina, l’ossido di zirconio, il diossido di silicio, la magnesia, l’ossido di calcio, l’ossido di berillio e diversi altri polimeri organici.
Le sinterizzazioni e le lavorazioni successive permettono l’ottenimento di una vasta gamma di materiali con diverse proprietà. Grazie al cambiamento di densità, alla formazione di leghe e ai trattamenti termici dei metalli è infatti possibile alterarne le caratteristiche fisiche per ottenere nuovi composti dotati delle caratteristiche fisiche richieste dalle varie lavorazioni. L’applicazione dell’idrogeno e dell’azoto autoprodotti on site tramite i generatori di gas ad atmosfere purissime realizzati e installati da Idroenergy permette l’ottenimento di ingenti risparmi sulle procedure di sinterizzazione, che vengono inoltre effettuate riducendo l’inquinamento atmosferico e i rischi per il personale.
Processo di sinterizzazione: in che cosa consiste
Per ottenere le polveri necessarie al processo di sinterizzazione è necessario applicare specifici processi fisico-chimici e meccanici. Si distinguono dunque polveri ottenute tramite:
- processi meccanici: per ottenere le polveri si procede alla frantumazione di materiale fragile tramite martelli posizionati all’interno di buratti ruotanti con sfere, oppure tramite coltelli rotanti in grado di polverizzare bave di materiale fuso. Nella sinterizzazione termica o meccano-termica è necessario raggiungere temperature di circa 0,7 e 0,9 volte la temperatura di fusione.
- processi fisico-chimici: per ottenere le polveri necessarie al processo di sinterizzazione è possibile procedere in diversi modi:
- bagni salini per azione elettrolitica: l’urto permette di ottenere la polvere, essiccatasi dopo essersi depositata sotto forma spugnosa;
- atomizzazione di bave di materiale fuso tramite un potente getto di gas inerte;
- riduzione degli ossidi tramite idrogeno ad alta pressione;
- dissociazione dei composti carboniosi volatili di ferro o nichel tramite monossido di carbonio ad alta pressione;
- tramite scintillio elettrico;
- tramite ossidazione di trucioli finemente sminuzzati che vengono ridotti in polvere impalpabile; vaporizzazione e condensazione sotto vuoto del materiale tramite cannello al plasma.
L’applicazione di idrogeno e azoto purissimi ad alta pressione ai metalli è dunque un modo estremamente pratico, sicuro ed economico di ridurli in polvere per poi sottoporli ai processi di sinterizzazione e alle lavorazioni conseguenti. In particolare, nel processo di sinterizzazione è essenziale evitare la formazione di ossidazioni del metallo che, riducendo la capacità di aggregazione delle polveri, potrebbero compromettere la buona riuscita del processo di sinterizzazione.
Grazie all’azoto e all’idrogeno ad elevatissime atmosfere di purezza, autoprodotti on site dai generatori di gas purissimi realizzati e installati da Idroenergy in tutta Italia e all’estero, si garantisce la completa protezione dalle ossidazioni del metallo, che vengono eventualmente eliminate tramite reazioni di ossidoriduzione, per ottenere pezzi caratterizzati da superiori doti di brillantezza e meccanica.
Sinterizzazioni: il contributo di idrogeno e azoto
Come si è visto, la sinterizzazione è un processo per la produzione in serie di manufatti metallici, particolari meccanici o metalloceramici a partire da polveri metalliche premiscelate e pressate nella forma desiderata, mediante riscaldamento e compattazione in un forno ad alta temperatura. Parallelamente al processo di riscaldamento, le particelle metalliche si saldano fra loro realizzando pezzi metallici particolarmente robusti e dotati delle caratteristiche meccaniche richieste.
Il processo di sinterizzazione avviene generalmente all’interno di forni continui nei quali si susseguono diverse fasi, ognuna delle quali caratterizzata da una specifica atmosfera:
- la prima fase della sinterizzazione, mirante alla rimozione totale dei lubrificanti, deve essere caratterizzata da un’atmosfera ossidante;
- la seconda fase della sinterizzazione, caratterizzata dal riscaldamento, ha bisogno di un’atmosfera riducente e non decarburante;
- la terza fase della sinterizzazione, che consente di prevenire la formazione di ossidazioni e di ottenere una superficie brillante, avviene nella zona di raffreddamento del forno in un’atmosfera non ossidante.
Per ottenere un corretto e produttivo processo di sinterizzazione è fondamentale conoscere e controllare l’esatta composizione dell’atmosfera di ogni zona del forno, ed essere in grado di regolarla in base alle caratteristiche dei materiali trattati.
Grazie all’utilizzo dell’idrogeno e dell’azoto ad atmosfere purissime autoprodotti on site tramite i generatori Idroenergy, è possibile ridurre i costi e semplificare le procedure per il trattamento delle polveri metalliche nei processi di sinterizzazione. I tecnici specializzati dell’azienda Idroenergy sono in grado di fornire installazioni complete e assistenza ai clienti nella decisione dei parametri di trattamento per le sinterizzazioni e gli altri trattamenti termici dei metalli.
Grazie ai sistemi per l’autoproduzione on site di azoto e idrogeno è possibile massimizzare la sicurezza di gestione e applicazione delle atmosfere, riducendo le necessità di manutenzioni degli impianti e semplificando i sistemi di controllo e supervisione dei trattamenti dei metalli. I generatori di azoto e idrogeno forniti da Idroenergy permettono di semplificare e sveltire le procedure industriali, massimizzando la sicurezza del personale e delle strutture coinvolte.
