油田で利用されるプラズマの力

パルスプラズマ窒化処理油田で使用される重要な OEM コンポーネントの耐摩耗性、耐食性を向上させ、摩擦係数を低減します。

油田の掘削や探査によくある過酷で腐食性、摩耗性の高い環境では、シームレス鋼管、バルブ、プッシャーやパイプライン コネクタなどの OEM 製品が使用されます。 このような極端な動作条件では、多くの場合、炭素鋼、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、またはインコネルの肌焼きが設計要件となります。 この目的を達成するために、窒化と軟窒化が数十年にわたって表面処理として選択されてきました。

今日の高度に設計された部品では、拡散層の形成、硬化の深さ、部品寸法の維持をより正確に制御するために、設計者は高度なプラズマ窒化処理にますます注目しています。 洗練された電子機器とソフトウェアにより、チャンバーの設計と構造が改善され、DC パルス信号の優れた制御が可能になります。 これにより、より正確な温度制御と、ホットウォール チャンバー全体にわたる加熱ゾーンの均一な分布が可能になります。 その結果、従来のガス窒化よりも少ないガス消費量で、バッチ間で非常に一貫した均一な窒化が実現します。

「利点は、拡散層のより正確な制御と、ステンレス鋼、チタン、さらにはアルミニウムを含む鋼以外のより多様な材料を熱処理できることです」と PVA TePla America の Thomas Palamides 氏は述べています。

その結果、油田部品製造業者は、より高い耐摩耗性、改善された耐食性、低減された摩擦係数などの特性が強化された部品を製造する能力を得ることができる。 さらに、メーカーやプロセス エンジニアは、柔軟性、効率性、再現性を提供する複数のシステム構成やプロセス レシピから選択できるようになりました。

最近のパルスプラズマ窒化処理の進歩により、新たなレベルの精度と制御が可能になり、より均一で一貫した肌焼きが可能になります。 環境に優しいガスのみを使用するという利点と合わせて、プラズマベースの窒化はさらなる技術革新の焦点となっており、より安全で環境に優しいソリューションを求める人々の要件となっています。

パルスプラズマ窒化では、部品は加熱された真空チャンバー内で処理されます。 部品を支持固定具に載せた後、ベルチャンバーを使用して固定具を覆い、チャンバーは 10 パスカル未満まで排気されます。 このプロセスは、充電負荷 (-) の陰極とチャンバー壁 (+) の陽極の間に数百ボルトの DC 電圧をパルスする発電機に通電することで始まります。 プロセスガスがチャンバー内に徐々に追加され、その後イオン化されて導電性になります。 パルスプラズマ窒化には通常、窒素と水素の混合ガスが使用されますが、浸炭窒化プロセスが必要な場合にはメタンを追加できます。

処理中、コンポーネントの露出表面で輝くプラズマ場により、窒素イオンが材料内に拡散して拡散ゾーンを形成します。 この拡散ゾーンは金属を強化します。 原子状窒素は、原子ごとに鉄格子ベース材料に溶解されます。

パルス プラズマの革新者は、精度をさらに高めて、パワー パルスをより適切に制御することでプロセスを最適化する方法を発見しました。 たとえば、PVA TePla Industrial Vacuum Systems が開発した PulsPlasma プロセスでは、精密に調整された窒素、水素、炭素ベースのメタンの混合ガスが使用されます。 数百ボルトの脈動 DC 電圧信号が 1 パルスあたり 10 ミリ秒未満で送られ、ガスがイオン化されます。 これにより、パルス間の時間を最大化し、チャンバー全体の優れた温度制御を実現します。

「バッチ内で +/-10° の温度変動がある場合、大幅に異なる処理結果が得られます」と、PulsPlasma 窒化システムのメーカーである PVA Industry Vacuum Systems (IVS) の製品グループである PlaTeG の Dietmar Voigtländer 氏は述べています。 「しかし、正確なパルスオンおよびオフ時間管理によってパルス電流を制御することにより、ホットウォールチャンバー全体にわたって上から下まで均一な分布で全体の温度を正確に管理することができます。」