熱交換器用プラズマ電解窒化コーティング：表面工学の進歩

コンフラックス、研究開発責任者、イアン・フォーダイス博士による。

金属アディティブ・マニュファクチャリングでは、サーフェスエンジニアリングが設計と製造の革新に追いつくことがよくあります。ここコンフラックスでは、私たちが製造する構造体と、それを強化する方法の両方において、可能性の限界を押し広げることに深くコミットしています。コンフラックスの最新の研究開発のブレークスルーは、画期的な表面処理です：プラズマ電解窒化（PEN）コーティングです。

この前途有望な進歩は、「ヴェネチア国際映画祭」を通じて大きな支援を得た。 オーストラリア研究評議会'のリンケージ・プロジェクト助成金スキームである。当初はディーキン大学で開拓され、現在はRMIT大学で進行中のPENは、3Dプリントされた金属に、迅速でエネルギー効率が高く、非常に効果的な保護を提供する。

レベルを上げる：熱交換器コーティングの改善が不可欠な理由

陽極酸化やプラズマ電解酸化（PEO）のような従来の後処理コーティングには、特に複雑な3Dプリント形状に適用する場合、明確な限界があります。アディティブ・マニュファクチャリングでよく使用される）高シリコンアルミニウム合金では、陽極酸化は均一性と密着性に苦労する。さらに重要なのは、目詰まりや性能低下のリスクなしに、内部チャネルやマイクロフィンに到達できないことである。

PENは、そのような制限に対する我々の回答である。PEOの核となる科学をベースに、さらに一歩進んで窒素を方程式に導入し、金属窒化物の緻密で薄い層を形成する。この層は、熱伝導性を犠牲にすることなく、耐食性、表面硬度、耐摩耗性を大幅に向上させる。また、極めて重要なのは、正確かつ迅速に塗布できることである。

コンフラックスPENコーティングのSEM（走査型電子顕微鏡）画像。PENコーティングは、サイズに関係なく、複雑な形状に強力に接着する。

プラズマ電解窒化コーティングとは？

プラズマ電解窒化は、窒素を含む電解液中で高電圧プラズマ放電を行い、金属表面に窒素イオンを導入します。その結果、厚さわずか2～5ミクロンのセラミックのような窒化物層が形成される。これは、内部の特徴をふさがないほど薄いが、耐食性を劇的に高めるには十分な緻密さである。

これは、コンフラックスの高性能熱交換器のように、内部に超薄壁や高密度のフィンアレイを含むものにとって特に重要です。PENを使用することで、外部表面を腐食、侵食、機械的摩耗から保護しながら、内部流路の完全性を維持することができます。

どうすれば プラズマ電解窒化 熱交換器における材料選択の自由度を高める？

熱交換器の設計と製造において、材料の選択は非常に重要です。アルミニウムは、その入手のしやすさ、柔軟性、製造のしやすさから、AMでは長い間人気のある選択肢でした。熱交換器では、アルミニウムは優れた熱伝導性、高い性能対質量比、費用対効果、軽量性を提供します。これらの特性により、アルミ合金は航空宇宙、自動車、電気自動車、産業用途で人気があります。

PENコーティングの利点は、アルミニウムやその他の合金の耐食性、耐久性を向上させ、耐用年数を延ばすことができることです。 これにより、熱交換器用途に選択される可能性のある材料の幅が広がります。内部清浄度、外部耐久性、長期信頼性が要求される熱交換器にとって、この結果は非常に有望である。 これはまた、これまでは過酷な環境には適さなかったアルミベースのAM熱交換器の潜在的用途の拡大にもつながっている。

PENがアルミニウム部品／基材とガス／流体との間に表面コーティングバリアを形成する様子をクローズアップして示す。

の主な利点とは？ プラズマ電解窒化 コーティング？

• 優れた耐食性： PENは、アルマイト処理と標準的なPEOの両方を凌駕し、特に過酷な熱環境や化学環境において優れた性能を発揮します。
• 表面硬度と耐摩耗性の向上： 窒化物層は、ベース形状を変えることなくコンポーネントの耐久性を向上させる。
• 高速で効率的な処理： PENコーティングは数分で形成され、従来の方法よりも化学薬品の使用量とエネルギー投入量が少ない。
• より広い合金適合性： 陽極酸化に適さない合金にも対応し、エンジニアの設計や材料の選択肢を広げる。
• 環境に配慮している： 有害な化学物質の使用を減らし、持続可能な製造目標をサポートします。

なぜ プラズマ電解窒化 コーティングは、顧客に価値を提供するための戦略的飛躍である

この技術は、特に航空宇宙、自動車、エネルギー、防衛産業など、高価値で高性能な部品向けに調整されています。研究開発プロジェクトとして、より良い表面はより良い熱性能、より長いライフサイクル、より大きな設計の自由度を意味するというコンフラックスのシステムレベルの考え方に合致しています。PENコーティングは単なる技術的な進歩ではなく、長寿命、高性能部品、メンテナンスの低減、総所有コストの削減を通じて、お客様により大きな価値を提供するというコンフラックスの原動力の一部なのです。

エンジニアにとって、PENは信頼性と最適化に向けた競争において、新たなテコを提供してくれます。私たちのチームにとって、PENは熱交換技術の最先端を押し進め、絶えず革新し続けるという私たちの文化とコミットメントの一部なのです。

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