La potenza del plasma utilizzato nei giacimenti petroliferi

Nitrurazione al plasma pulsatomigliora la resistenza all'usura, la resistenza alla corrosione e riduce il coefficiente di attrito per i componenti OEM critici utilizzati nei giacimenti petroliferi

Negli ambienti difficili, corrosivi e abrasivi comuni alla trivellazione e all'esplorazione dei giacimenti petroliferi, vengono utilizzati prodotti OEM come tubi in acciaio senza saldatura, valvole e spintori o connettori per tubazioni. Per condizioni operative così estreme, la cementazione dell'acciaio al carbonio, dell'acciaio inossidabile ferritico, dell'acciaio inossidabile austenitico o dell'Inconel è spesso un requisito di progettazione. A tal fine, la nitrurazione e la nitrocarburazione rappresentano da decenni il trattamento superficiale preferito.

Con le parti altamente ingegnerizzate di oggi, i progettisti si rivolgono sempre più alla nitrurazione al plasma avanzata per un controllo più preciso della formazione dello strato di diffusione, della profondità di indurimento e della conservazione delle dimensioni dei componenti. L'elettronica e il software sofisticati forniscono un controllo superiore per il segnale pulsante CC, insieme a un design e una costruzione migliorati della camera. Ciò consente un controllo più preciso della temperatura e una distribuzione uniforme della zona di riscaldamento in tutta la camera a parete calda. Il risultato è una nitrurazione estremamente coerente e uniforme, lotto per lotto, con un consumo di gas inferiore rispetto alla nitrurazione a gas tradizionale.

“I vantaggi sono un controllo più preciso degli strati di diffusione e la capacità di trattare termicamente materiali più diversi oltre all’acciaio, tra cui acciaio inossidabile, titanio e persino alluminio”, afferma Thomas Palamides di PVA TePla America.

Di conseguenza, i produttori di componenti per giacimenti petroliferi hanno la capacità di produrre componenti con proprietà migliorate, quali maggiore resistenza all’usura, migliore resistenza alla corrosione e coefficiente di attrito ridotto. Inoltre, i produttori e gli ingegneri di processo possono ora scegliere tra più configurazioni di sistema e ricette di processo che offrono flessibilità, efficienza e ripetibilità.

Con i recenti progressi nella nitrurazione al plasma a impulsi, è possibile un nuovo livello di precisione e controllo, che si traduce in una tempra più uniforme e coerente. Insieme ai vantaggi derivanti dall'utilizzo esclusivo di gas rispettosi dell'ambiente, la nitrurazione basata sul plasma è diventata un punto focale per ulteriori innovazioni e un requisito per coloro che cercano una soluzione più sicura ed ecologica.

Nella nitrurazione PulsPlasma i pezzi vengono lavorati in una camera a vuoto riscaldata. Dopo aver caricato le parti su un dispositivo di supporto, viene utilizzata una camera a campana per coprire il dispositivo e la camera viene evacuata fino a una temperatura inferiore a 10 Pascal. Il processo inizia energizzando un generatore che pulsa una tensione continua di diverse centinaia di volt tra il catodo del carico di carica (-) e l'anodo della parete della camera (+). Nella camera vengono gradualmente aggiunti gas di processo che successivamente vengono ionizzati e diventano elettricamente conduttori. Per la nitrurazione al plasma a impulsi viene generalmente utilizzata una miscela di gas di azoto e idrogeno e si può aggiungere metano nel caso in cui si cerchi un processo di nitrocarburazione.

Durante il trattamento, il campo di plasma, illuminando la superficie esposta dei componenti, provoca la diffusione degli ioni di azoto nel materiale formando una zona di diffusione. Questa zona di diffusione rafforza il metallo. L'azoto atomico viene dissolto, atomo per atomo, nel materiale di base del reticolo di ferro.

Aggiungendo ulteriore precisione, gli innovatori nel plasma a impulsi hanno scoperto metodi per ottimizzare il processo attraverso un migliore controllo degli impulsi di potenza. Nel processo PulsPlasma sviluppato da PVA TePla Industrial Vacuum Systems, ad esempio, viene utilizzata una miscela di gas regolata con precisione composta da azoto, idrogeno e metano a base di carbonio. Un segnale pulsante di tensione continua di diverse centinaia di volt viene erogato in meno di 10 ms per impulso per ionizzare il gas. Ciò serve a massimizzare il tempo tra gli impulsi per un controllo superiore della temperatura in tutta la camera.

"Se si verifica una variazione di temperatura di +/- 10° all'interno di un lotto, si otterranno risultati di trattamento notevolmente diversi", afferma Dietmar Voigtländer del PlaTeG – Product Group con PVA Industry Vacuum Systems (IVS), il produttore dei sistemi di nitrurazione PulsPlasma. “Tuttavia, controllando la corrente di impulso mediante un’esatta gestione del tempo di accensione e spegnimento dell’impulso, la temperatura complessiva può essere gestita con precisione con una distribuzione uniforme, dall’alto verso il basso, in tutta la camera a parete calda.”