Aplicación de la aleación de cobalto en entornos de temperatura ultrabaja

En el campo de la ingeniería de ultrabajas temperaturas, los materiales de los accesorios de los equipos deben poseer estabilidad mecánica, resistencia a la fragilización y resistencia a la corrosión a temperaturas extremas. Las aleaciones a base de cobalto ofrecen un excelente rendimiento integral en entornos de ultrabajas temperaturas gracias a su composición y microestructura únicas. Se han convertido en materiales clave para repuestos en los sectores aeroespacial, de GNL, de tecnología superconductora y otros.

Aleaciones de cobalto

Las aleaciones de cobalto se basan en cobalto, con cromo, tungsteno, carbono y otros elementos añadidos principalmente. La estructura cristalina hexagonal compacta del cobalto ofrece una excelente tenacidad a bajas temperaturas, y el denso Cr₂EL₃La película de óxido puede resistir eficazmente la corrosión. El tungsteno mejora la resistencia de la matriz mediante el fortalecimiento de la solución sólida, mientras que el carbono forma carburos de alta dureza con cromo y tungsteno, que se distribuyen uniformemente en la solución sólida a base de cobalto para formar una estructura de esqueleto extremadamente duro, que proporciona resistencia al desgaste y tenacidad. Esta compleja estructura de fase lo hace menos propenso a la fragilización a temperaturas ultrabajas y posee una excelente resistencia al impacto.

La principal ventaja de las aleaciones de cobalto en entornos de temperaturas ultrabajas

Las aleaciones de cobalto aún mantienen una alta resistencia y plasticidad a -196 °C, y la tenacidad a baja temperatura de su solución sólida a base de cobalto inhibe eficazmente la propagación de grietas. En contraste, el acero inoxidable común es propenso a la fragilización debido a la transformación martensítica a temperaturas ultrabajas. Al mismo tiempo, la aleación de cobalto evita el cambio de fase de la estructura cristalina mediante la optimización de la composición y garantiza la estabilidad organizativa.

En medios de temperatura ultrabaja como el GNL, la capa de revestimiento superficial de aleación de cobalto puede resistir entornos corrosivos con Cl⁻. Por ejemplo, una válvula de mariposa para GNL utiliza un cuerpo de válvula con revestimiento de aleación de cobalto, combinado con un proceso de tratamiento criogénico, de modo que la estructura flotante bidireccional del anillo de sellado logra un sellado de equilibrio dinámico radial, reduciendo significativamente el desgaste y prolongando la vida útil.

El carburo de alta dureza de la aleación de cobalto puede resistir eficazmente el desgaste abrasivo y por erosión a temperaturas ultrabajas. Por ejemplo, en las camisas y anillos de sellado de bombas de GNL, la resistencia al desgaste de la aleación de cobalto prolonga su vida útil de 3 a 5 veces más que la de los materiales convencionales. Además, su resistencia a la fatiga permite soportar frecuentes ciclos de temperatura.

Aplicación de la aleación de cobalto en el campo de temperaturas ultrabajas

Equipos de gas natural licuado (GNL)

La aleación de cobalto se ha convertido en un material ideal para superficies de sellado de válvulas, impulsores de bombas y cojinetes en componentes clave de tanques de almacenamiento de GNL, buques de transporte y tuberías de transmisión, gracias a su baja temperatura y resistencia al desgaste. Tras el tratamiento criogénico, los componentes de sellado preparados cumplen con los estrictos requisitos de las condiciones de trabajo a baja temperatura, reducen significativamente el par de apertura y cierre del equipo y prolongan su vida útil, garantizando así la operación segura y estable de la cadena de suministro de la industria del GNL.

Sistema de propulsión criogénica espacial

La aleación de cobalto desempeña un papel fundamental en las bombas de turbina, válvulas y componentes de tuberías de los motores de cohetes de hidrógeno líquido/oxígeno líquido. En un entorno de temperaturas extremadamente bajas de -253 °C, su excelente resistencia a la cavitación y al choque térmico garantiza que componentes centrales como los álabes y las juntas de la turbina mantengan un rendimiento fiable bajo cargas alternas de alta y baja temperatura. Este tipo de aleación ofrece resistencia a altas temperaturas y tenacidad a bajas temperaturas, y se adapta a las complejas condiciones termomecánicas del sistema de propulsión.

Tecnología superconductora e ingeniería criogénica

Las aleaciones de cobalto se han convertido en el material predilecto para estructuras de soporte y componentes de conexión gracias a su bajo coeficiente de expansión térmica en el diseño estructural de imanes superconductores y equipos de refrigeración criogénica. Esta característica le permite una buena adaptación térmica con los materiales superconductores, reduciendo eficazmente el impacto de la tensión térmica en entornos de baja temperatura. Incluso en condiciones de temperatura extremadamente bajas de -269 °C, sus propiedades mecánicas estables garantizan la fiabilidad e integridad de la estructura del equipo.

Análisis comparativo de las propiedades de los materiales

En comparación con el rendimiento, las aleaciones de cobalto destacan por su dureza, tenacidad a bajas temperaturas, resistencia a la corrosión y al desgaste. Su dureza a temperatura ambiente puede alcanzar entre 40 y 60 HRC, significativamente superior a la de las aleaciones de titanio y el acero inoxidable.

Respecto a la tenacidad a baja temperatura, las aleaciones de cobalto no presentan fenómeno de fragilización a -196 ℃, las aleaciones de titanio pueden mantener cierta plasticidad a -253 ℃ y el acero inoxidable común es propenso a la fractura frágil a -196 ℃.

Las aleaciones de cobalto tienen una excelente resistencia a la corrosión por Cl⁻, las aleaciones de titanio tienen buena resistencia a los medios oxidantes y el acero inoxidable necesita ser pasivado para mejorar la resistencia a la corrosión.

Respecto a la resistencia al desgaste, las aleaciones de cobalto tienen un rendimiento excelente debido al refuerzo del carburo, las aleaciones de titanio tienen una resistencia al desgaste moderada y dependen del tratamiento de la superficie, y el acero inoxidable tiene poca resistencia al desgaste y es propenso a problemas de desgaste durante el uso.