כיצד לבחור את החומר הנכון לאטם פיר מכני

בחירת החומר לאיטום שלכם חשובה מכיוון שהיא תשחק תפקיד בקביעת האיכות, אורך החיים והביצועים של יישום, ובהפחתת בעיות בעתיד. כאן, נבחן כיצד הסביבה תשפיע על בחירת חומרי האטם, כמו גם כמה מהחומרים הנפוצים ביותר ולאילו יישומים הם מתאימים ביותר.

גורמים סביבתיים

הסביבה אליה ייחשף האטם היא קריטית בבחירת העיצוב והחומר. ישנן מספר תכונות מפתח שחומרי אטם צריכים בכל סביבה, כולל יצירת משטח אטם יציב, יכולת הולכת חום, עמידות כימית ועמידות טובה בפני שחיקה.

בסביבות מסוימות, תכונות אלו יצטרכו להיות חזקות יותר מאשר באחרות. תכונות חומר נוספות שיש לקחת בחשבון בעת ​​בחינת הסביבה כוללות קשיות, נוקשות, התפשטות תרמית, עמידות בפני שחיקה וכימיקלים. התחשבות בתכונות אלו תעזור לכם למצוא את החומר האידיאלי לאיטום שלכם.

הסביבה יכולה גם לקבוע האם ניתן לתת עדיפות לעלות או לאיכות האטם. עבור סביבות שוחקות וקשות, אטמים עשויים להיות יקרים יותר עקב הצורך בחומרים להיות חזקים מספיק כדי לעמוד בתנאים אלה.

עבור סביבות כאלה, הוצאת הכסף על אטם איכותי תחזיר את עצמו לאורך זמן, שכן היא תסייע במניעת כיבויים, תיקונים ושיפוץ או החלפה יקרים של האטם שיגרמו עקב אטם באיכות נמוכה יותר. עם זאת, ביישומי שאיבה עם נוזל נקי מאוד בעל תכונות סיכה, ניתן לרכוש אטם זול יותר לטובת מיסבים באיכות גבוהה יותר.

חומרי אטימה נפוצים

פַּחמָן

פחמן המשמש בפני אטמים הוא תערובת של פחמן אמורפי וגרפיט, כאשר האחוזים של כל אחד מהם קובעים את התכונות הפיזיקליות של דרגת הפחמן הסופית. זהו חומר אינרטי ויציב שיכול להיות בעל יכולת שימון עצמי.

הוא נמצא בשימוש נרחב כאחד מזוגות פני הקצה באטמים מכניים, והוא גם חומר פופולרי לאטמים היקפיים מפולחים וטבעות בוכנה תחת שימון יבש או כמויות קטנות. תערובת פחמן/גרפיט זו יכולה גם להיות ספוגה בחומרים אחרים כדי להעניק לה מאפיינים שונים כגון נקבוביות מופחתת, ביצועי שחיקה משופרים או חוזק משופר.

אטם פחמן ספוג בשרף תרמוסטי הוא הנפוץ ביותר עבור אטמים מכניים, כאשר רוב הפחמנים הספוגים בשרף מסוגלים לפעול במגוון רחב של כימיקלים, מבסיסים חזקים ועד חומצות חזקות. יש להם גם תכונות חיכוך טובות ומודולוס מתאים המסייעים בבקרת עיוותי לחץ. חומר זה מתאים לעבודה כללית עד 260°C (500°F) במים, נוזלי קירור, דלקים, שמנים, תמיסות כימיות קלות ויישומי מזון ותרופות.

אטמי פחמן ספוגים באנטימון הוכחו גם הם כמוצלחים בזכות החוזק והמודול של האנטימון, מה שהופך אותם לטובים עבור יישומים בלחץ גבוה כאשר נדרש חומר חזק וקשיח יותר. אטמים אלה גם עמידים יותר בפני שלפוחיות ביישומים עם נוזלים בעלי צמיגות גבוהה או פחמימנים קלים, מה שהופך אותם לדרגה הסטנדרטית עבור יישומים רבים של בתי זיקוק.

ניתן גם להספיג פחמן בחומרים יוצרי שכבות כגון פלואורידים עבור יישומים בטמפרטורה יבשה, קריוגניים ויישומי ואקום, או מעכבי חמצון כמו פוספטים עבור יישומים בטמפרטורה גבוהה, במהירות גבוהה וטורבינות עד 800 רגל לשנייה וכ-537 מעלות צלזיוס (1,000 מעלות פרנהייט).

קֵרָמִי

קרמיקה היא חומר אנאורגני לא מתכתי העשוי מתרכובות טבעיות או סינתטיות, לרוב אלומינה אוקסיד. יש לה נקודת התכה גבוהה, קשיות גבוהה, עמידות גבוהה בפני שחיקה ועמידות גבוהה בפני חמצון, ולכן היא נמצאת בשימוש נרחב בתעשיות כמו מכונות, כימיקלים, נפט, תרופות ורכב.

יש לו גם תכונות דיאלקטריות מצוינות והוא משמש בדרך כלל עבור מבודדים חשמליים, רכיבים עמידים בפני שחיקה, מדיות טחינה ורכיבים בטמפרטורה גבוהה. בטוהר גבוה, לאלומינה עמידות כימית מצוינת לרוב נוזלי התהליך מלבד חומצות חזקות מסוימות, מה שמוביל לשימוש בו ביישומי אטמים מכניים רבים. עם זאת, אלומינה יכולה להישבר בקלות תחת הלם תרמי, מה שהגביל את השימוש בה ביישומים מסוימים שבהם זה יכול להיות בעיה.

סיליקון קרביד

סיליקון קרביד מיוצר על ידי מיזוג סיליקה וקוק. מבחינה כימית הוא דומה לקרמיקה, אך בעלת תכונות סיכה טובות יותר והוא קשה יותר, מה שהופך אותו לפתרון עמיד וטוב לסביבות קשות.

ניתן גם ללטש ולחש אותו מחדש כך שניתן לשפץ אטם מספר פעמים במהלך חייו. הוא משמש בדרך כלל יותר מבחינה מכנית, כמו באטמים מכניים בשל עמידותו הטובה בפני קורוזיה כימית, חוזק גבוה, קשיות גבוהה, עמידות טובה בפני שחיקה, מקדם חיכוך קטן ועמידות בטמפרטורה גבוהה.

כאשר משתמשים בו עבור אטמים מכניים, סיליקון קרביד מביא לשיפור הביצועים, הארכת חיי האטם, עלויות תחזוקה נמוכות יותר ועלויות תפעול נמוכות יותר עבור ציוד מסתובב כגון טורבינות, מדחסים ומשאבות צנטריפוגליות. סיליקון קרביד יכול להיות בעל תכונות שונות בהתאם לאופן ייצורו. סיליקון קרביד קשור בתגובה נוצר על ידי חיבור חלקיקי סיליקון קרביד זה לזה בתהליך תגובה.

תהליך זה אינו משפיע באופן משמעותי על רוב התכונות הפיזיקליות והתרמיות של החומר, אולם הוא מגביל את העמידות הכימית של החומר. הכימיקלים הנפוצים ביותר המהווים בעיה הם קאוסטיקס (וכימיקלים אחרים בעלי pH גבוה) וחומצות חזקות, ולכן אין להשתמש בסיליקון קרביד ריאקטיבי ביישומים אלה.

סיליקון קרביד מסונטר עצמית מיוצר על ידי סינטור של חלקיקי סיליקון קרביד יחד ישירות באמצעות עזרי סינטור שאינם תחמוצתיים בסביבה אינרטית בטמפרטורות מעל 2,000 מעלות צלזיוס. בשל היעדר חומר משני (כגון סיליקון), החומר המסונטר ישירות עמיד כימית כמעט לכל תנאי נוזל ותהליך שעשויים להופיע במשאבה צנטריפוגלית.

טונגסטן קרביד

טונגסטן קרביד הוא חומר רב-תכליתי מאוד כמו סיליקון קרביד, אך הוא מתאים יותר ליישומים בלחץ גבוה מכיוון שיש לו גמישות גבוהה יותר המאפשרת לו להתכופף מעט מאוד ולמנוע עיוות פני השטח. כמו סיליקון קרביד, ניתן לליטוש מחדש ולחשוף אותו.

טונגסטן קרבידים מיוצרים לרוב כקרבידים צמנטיים, כך שאין ניסיון לחבר טונגסטן קרביד לעצמו. מתכת משנית מתווספת כדי לאגד או לחבר את חלקיקי הטונגסטן קרביד יחד, וכתוצאה מכך נוצר חומר בעל תכונות משולבות של טונגסטן קרביד ושל מתכת הקושר.

טכנולוגיה זו נוצלה ביתרון בכך שהיא מספקת קשיחות וחוזק פגיעה גדולים יותר מאשר טונגסטן קרביד בלבד. אחת החולשות של טונגסטן קרביד צמנטי היא צפיפותו הגבוהה. בעבר, נעשה שימוש בטונגסטן קרביד הקשור לקובלט, אולם הוא הוחלף בהדרגה בטונגסטן קרביד הקשור לניקל עקב חוסר טווח התאימות הכימית הנדרש לתעשייה.

טונגסטן קרביד הקשור לניקל נמצא בשימוש נרחב עבור משטחי אטם בהם נדרשות תכונות חוזק וקשיחות גבוהות, ויש לו תאימות כימית טובה המוגבלת בדרך כלל על ידי הניקל החופשי.

GFPTFE

ל-GFPTFE עמידות כימית טובה, והזכוכית הנוספת מפחיתה את החיכוך של משטחי האיטום. הוא אידיאלי ליישומים נקיים יחסית והוא זול יותר מחומרים אחרים. קיימות גרסאות משנה זמינות כדי להתאים טוב יותר את האטם לדרישות ולסביבה, ובכך לשפר את הביצועים הכוללים שלו.

בונה

בונה (הידוע גם כגומי ניטריל) הוא אלסטומר חסכוני עבור טבעות O, חומרי איטום ומוצרים יצוקים. הוא ידוע בביצועיו המכניים ובעל ביצועים טובים ביישומים מבוססי נפט, פטרוכימיה וכימיה. הוא נמצא בשימוש נרחב גם עבור נפט גולמי, מים, אלכוהול שונים, גריז סיליקון ונוזלים הידראוליים בשל חוסר גמישותו.

מכיוון שבונה הוא קופולימר מגומי סינתטי, הוא מתפקד היטב ביישומים הדורשים הידבקות מתכתית וחומר עמיד בפני שחיקה, והרקע הכימי הזה הופך אותו לאידיאלי גם ליישומי איטום. יתר על כן, הוא יכול לעמוד בטמפרטורות נמוכות הודות לעמידות נמוכה לחומצות ולבסיסים קלים.

בונה מוגבל ביישומים עם גורמים קיצוניים כגון טמפרטורות גבוהות, מזג אוויר, אור שמש ועמידות בפני קיטור, ואינו מתאים לחומרי חיטוי לניקוי במקום (CIP) המכילים חומצות ומי חמצן.

EPDM

EPDM הוא גומי סינתטי המשמש בדרך כלל ביישומים רכב, בנייה ומכניקה עבור אטמים וטבעות O, צינורות ודיסקיות. הוא יקר יותר מבונה, אך יכול לעמוד במגוון תכונות תרמיות, מזג אוויר ומכניות הודות לחוזק המתיחה הגבוה שלו לאורך זמן. הוא רב-תכליתי ואידיאלי ליישומים הכוללים מים, כלור, אקונומיקה וחומרים אלקליים אחרים.

בשל תכונותיו האלסטיות וההדבקה, לאחר מתיחה, EPDM חוזר לצורתו המקורית ללא קשר לטמפרטורה. EPDM אינו מומלץ לשימוש בנפט, נוזלים, פחמימנים כלוריים או ממסים פחמימניים.

ויטון

ויטון הוא מוצר גומי פחמימני פלואורני עמיד, בעל ביצועים גבוהים, הנפוץ ביותר בטבעות O ואטמים. הוא יקר יותר מחומרי גומי אחרים, אך זוהי האפשרות המועדפת לצורכי האיטום המאתגרים והתובעניים ביותר.

עמיד בפני אוזון, חמצון ותנאי מזג אוויר קיצוניים, כולל חומרים כגון פחמימנים אליפטיים וארומטיים, נוזלים הלוגניים וחומרים חומציים חזקים, זהו אחד הפלואורואלסטומרים החזקים יותר.

בחירת החומר הנכון לאיטום חשובה להצלחת יישום. בעוד שחומרי איטום רבים דומים, כל אחד מהם משרת מגוון מטרות כדי לענות על כל צורך ספציפי.