النيتروجين السائل: غاز النيتروجين في الحالة السائلة. خامل، عديم اللون والرائحة، غير قابل للتآكل، غير قابل للاشتعال، ودرجة حرارته منخفضة للغاية. يُشكل النيتروجين غالبية الغلاف الجوي (78.03% حجمًا و75.5% وزنًا). وهو غير نشط ولا يدعم الاحتراق. يحدث تجمد بسبب التلامس الحراري المفرط أثناء التبخير.
النيتروجين السائل مصدر تبريد عملي. بفضل خصائصه الفريدة، حظي النيتروجين السائل باهتمام متزايد واعتراف واسع النطاق من قبل الناس. ويُستخدم على نطاق واسع في تربية الحيوانات، والصناعات الطبية، والأغذية، ومجالات أبحاث التبريد العميق. كما شهد استخداماته توسعًا وتطورًا في مجالات الإلكترونيات، والمعادن، والفضاء، وصناعة الآلات، وغيرها.
الموصلية الفائقة المبردة
يتميز الموصل الفائق بخصائص فريدة، مما يجعله قابلاً للاستخدام على نطاق واسع في مختلف المجالات. يُحصل على الموصل الفائق باستخدام النيتروجين السائل بدلاً من الهيليوم السائل كمبرد فائق التوصيل، مما يفتح آفاقاً واسعة لتطبيقات تقنية الموصل الفائق، ويُعتبر من أهم الاختراعات العلمية في القرن العشرين.
مهارات الرفع المغناطيسي الفائق التوصيل هي مادة YBCO خزفية فائقة التوصيل، تُبرّد عند درجة حرارة النيتروجين السائل (78 كلفن، تتناسب طرديًا مع -196 درجة مئوية)، ثم تتحول من الحالة العادية إلى حالة فائقة التوصيل. يدفع المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المحمي المجال المغناطيسي للمسار، وإذا كانت القوة أكبر من وزن القطار، يُمكن تعليق العربة. في الوقت نفسه، يُحتجز جزء من المجال المغناطيسي في الموصل الفائق بسبب تأثير تثبيت التدفق المغناطيسي أثناء عملية التبريد. ينجذب هذا المجال المغناطيسي المُحتجز إلى المجال المغناطيسي للمسار، وبسبب التنافر والتجاذب، تبقى العربة معلقة بثبات فوق المسار. على عكس التأثير العام للتنافر بين الجنسين والتجاذب بين الجنسين، فإن التفاعل بين الموصل الفائق والمجال المغناطيسي الخارجي يدفع ويجذب بعضهما البعض، بحيث يمكن لكل من الموصل الفائق والمغناطيس الأبدي مقاومة جاذبيتهما الذاتية والتعليق أو التدحرج رأسًا على عقب تحت بعضهما البعض.
تصنيع واختبار المكونات الإلكترونية
فحص الإجهاد البيئي هو اختيار عدد من العوامل البيئية للنموذج، وتطبيق القدر المناسب من الإجهاد البيئي على المكونات أو الجهاز بأكمله، والتسبب في عيوب عملية المكونات، أي العيوب في عملية الإنتاج والتركيب، وإعطاء التصحيح أو الاستبدال. فحص الإجهاد المحيط مفيد لقبول دورة درجة الحرارة والاهتزاز العشوائي. اختبار دورة درجة الحرارة هو قبول معدل تغير درجة الحرارة العالي والإجهاد الحراري الكبير، بحيث تقبل مكونات المواد المختلفة، بسبب سوء المفصل، وعدم تناسق المادة نفسها، وعيوب العملية الناجمة عن المشكلة الخفية والفشل السريع، معدل تغير درجة الحرارة 5 درجات مئوية / دقيقة. درجة الحرارة الحدية هي -40 درجة مئوية، +60 درجة مئوية. عدد الدورات هو 8. هذا الجمع بين المعلمات البيئية يجعل اللحام الافتراضي، وقطع القطع، والمكونات من عيوبها الخاصة المكشوفة أكثر وضوحًا. بالنسبة لاختبارات دورة درجة حرارة الكتلة، يمكننا النظر في قبول طريقة الصندوقين. في هذه البيئة، يجب إجراء الفحص على المستوى.
يعد النيتروجين السائل طريقة أسرع وأكثر فائدة لحماية واختبار المكونات الإلكترونية ولوحات الدوائر.
مهارات طحن الكرات بالتبريد العميق
مطحنة الكرات الكوكبية المبردة هي مطحنة كروية مزودة بغطاء حراري، حيث يتم إدخال غاز النيتروجين السائل باستمرار إلى مطحنة الكرات الكوكبية، ويمتص الهواء البارد الحرارة الناتجة عن خزان طحن الكرات بسرعة عالية، مما يضمن بقاء المواد في خزان طحن الكرات وكرات الطحن في بيئة تبريد محددة. في بيئة التبريد، يتم خلط المواد وطحنها بدقة، مما يُسهم في تطوير منتجات جديدة وإنتاج كميات صغيرة من المواد عالية التقنية. يتميز المنتج بحجمه الصغير وفعاليته العالية وتوافقه العالي وانخفاض ضوضاءه، ويُستخدم على نطاق واسع في الطب والصناعات الكيميائية وحماية البيئة والصناعات الخفيفة ومواد البناء والمعادن والسيراميك والمعادن وغيرها.
مهارات التصنيع الخضراء
القطع بالتبريد العميق هو استخدام سوائل التبريد العميق مثل النيتروجين السائل وثاني أكسيد الكربون السائل ورذاذ الهواء البارد في نظام القطع في منطقة القطع، مما يؤدي إلى منطقة قطع في حالة تبريد موضعي أو فائق التبريد. باستخدام الهشاشة المبردة لقطعة العمل في ظل ظروف التبريد العميق، مما يحسن قابلية تشغيل قطعة العمل وعمر الأداة وجودة سطحها. وفقًا لاختلاف وسيط التبريد، يمكن تقسيم القطع بالتبريد العميق إلى قطع بالهواء البارد وقطع تبريد النيتروجين السائل. طريقة القطع بالتبريد العميق هي رش تدفق هواء التبريد العميق من -20 درجة مئوية إلى -30 درجة مئوية (أو أقل) إلى جزء المعالجة من طرف الأداة، وخلطه مع مواد تشحيم المصنع النزرة (10 إلى 20 مترًا مربعًا في الساعة)، وذلك للعب دور التبريد وإزالة الرقائق والتزييت. بالمقارنة مع القطع التقليدي، يمكن للقطع بالتبريد العميق تحسين توافق المعالجة وتحسين جودة سطح قطعة العمل، مع الحد الأدنى من التلوث البيئي. يعتمد مركز المعالجة التابع لشركة Japan Yasuda Industry تصميم قناة هواء عازلة للحرارة مُدمجة في منتصف عمود المحرك وعمود القاطع، وتتصل مباشرةً بالشفرة باستخدام رياح تبريد مُبَرِّدة بدرجة حرارة -30 درجة مئوية. يُحسّن هذا التصميم ظروف القطع بشكل كبير، ويُفيد في تطبيق تقنية القطع بالهواء البارد. أجرى كازوهيكو يوكوكاوا بحثًا حول تبريد الهواء البارد في الخراطة والطحن. في اختبار الطحن، استُخدم سائل القطع المائي، ورياح بدرجة حرارة عادية (+10 درجات مئوية) وهواء بارد (-30 درجة مئوية) لمقارنة القوة. أظهرت النتائج تحسنًا ملحوظًا في متانة الأداة عند استخدام الهواء البارد. في اختبار الخراطة، كان معدل تآكل الأداة للهواء البارد (-20 درجة مئوية) أقل بكثير من معدل تآكل الأداة للهواء العادي (+20 درجة مئوية).
للقطع بالتبريد بالنيتروجين السائل تطبيقان مهمان. الأول هو استخدام ضغط الزجاجة لرش النيتروجين السائل مباشرةً في منطقة القطع، مثل سائل القطع. والثاني هو تبريد الأداة أو قطعة العمل بشكل غير مباشر باستخدام دورة تبخر النيتروجين السائل تحت الحرارة. يُعد القطع بالتبريد العميق الآن مهمًا في معالجة سبائك التيتانيوم، والفولاذ عالي المنغنيز، والفولاذ المقسى، وغيرها من المواد صعبة المعالجة. اعتمد KPRaijurkar أداة كربيد H13A، واستخدم أداة تبريد بدورة النيتروجين السائل لإجراء تجارب القطع بالتبريد العميق على سبائك التيتانيوم. أظهرت نتائج الاختبار أنه مقارنةً بطرق القطع التقليدية، تم القضاء على تآكل الأداة بشكل واضح، وانخفضت درجة حرارة القطع بنسبة 30%، وتحسنت جودة تشغيل سطح قطعة العمل بشكل كبير. اعتمد وان غوانغمين طريقة التبريد غير المباشر لإجراء تجارب القطع بالتبريد العميق على الفولاذ عالي المنغنيز، وقد تم التعليق على النتائج. عند استخدام طريقة التبريد غير المباشر لمعالجة الفولاذ عالي المنغنيز بالتبريد العميق، يتم التخلص من قوة الأداة، وتقليل تآكلها، وتحسين علامات التصلب، وتحسين جودة سطح قطعة العمل أيضًا. اعتمد وانغ ليانبينغ وآخرون طريقة رش النيتروجين السائل في التشغيل الآلي منخفض الحرارة للفولاذ المُخمّد 45 على آلات CNC، وعلّقوا على نتائج الاختبار. ويمكن تحسين متانة الأداة وجودة سطح قطعة العمل من خلال استخدام طريقة رش النيتروجين السائل في التشغيل الآلي منخفض الحرارة للفولاذ المُخمّد 45.
في حالة معالجة تبريد النيتروجين السائل، تجمع مادة الكربيد بين قوة الانحناء، ومتانة الكسر، ومقاومة التآكل. تزداد صلابتها مع انخفاض درجة الحرارة، مما يُمكّن أداة قطع الكربيد الأسمنتية من تحقيق أداء قطع ممتاز، كما هو الحال في درجة حرارة الغرفة، ويعتمد ذلك على عدد أطوار الربط. بالنسبة للفولاذ عالي السرعة، مع التبريد العميق، تزداد صلابته وتقل قوة تأثيره، ولكن بشكل عام، يُمكن تحسين أداء القطع. أجرى دراسة حول تحسين قابلية القطع باستخدام التبريد العميق لبعض المواد، حيث اختار خمس مواد: الفولاذ منخفض الكربون AISll010، والفولاذ عالي الكربون AISl070، والفولاذ الحامل AISIE52100، وسبائك التيتانيوم Ti-6A 1-4V، وسبائك الألومنيوم المصبوب A390. وُجد أن هشاشتها الممتازة في التبريد العميق تُمكّن من الحصول على نتائج التشغيل المطلوبة. بالنسبة للفولاذ عالي الكربون والفولاذ الحامل، يُمكن الحد من ارتفاع درجة حرارة منطقة القطع ومعدل تآكل الأداة باستخدام التبريد العميق. في سبائك الألومنيوم المصبوبة المقطوعة، يمكن أن يؤدي تطبيق التبريد بالتبريد العميق إلى تحسين صلابة الأداة ومقاومة الأداة لقدرة التآكل الكاشطة في مرحلة السيليكون، وفي معالجة سبائك التيتانيوم، في نفس الوقت، يمكن للأداة وقطعة العمل التبريد بالتبريد العميق، مما يوفر درجة حرارة قطع منخفضة مفيدة ويزيل التقارب الكيميائي بين التيتانيوم ومادة الأداة.
تطبيقات أخرى للنيتروجين السائل
أرسل القمر الصناعي جيوكوان محطة وقود مركزية خاصة لإنتاج النيتروجين السائل، وهو دافع لوقود الصواريخ، والذي يتم دفعه إلى غرفة الاحتراق تحت ضغط عالٍ.
كابل طاقة فائق التوصيل عالي الحرارة. يُستخدم لتجميد أنابيب السوائل في حالات الصيانة الطارئة. يُستخدم لتثبيت المواد بالتبريد العميق والتبريد العميق. تُستخدم مهارات أجهزة تبريد النيتروجين السائل (علامات التمدد الحراري والانكماش البارد في التطبيقات الصناعية) على نطاق واسع. مهارات استمطار السحب بالنيتروجين السائل. مهارات تصريف النيتروجين السائل باستخدام نفث قطرات السائل في الوقت الفعلي، تخضع لبحوث معمقة باستمرار. يُستخدم النيتروجين في إطفاء الحرائق تحت الأرض، مما يُمكّن من إخماد الحرائق بسرعة، ويقضي على أضرار انفجار الغاز. لماذا تختار النيتروجين السائل؟ لأنه يبرد أسرع من الطرق الأخرى، ولا يتفاعل كيميائيًا مع المواد الأخرى، ويُقلل المساحة بشكل كبير، ويوفر جوًا جافًا، وهو صديق للبيئة (يتطاير النيتروجين السائل مباشرة في الغلاف الجوي بعد الاستخدام، دون أي تلوث)، وسهل الاستخدام.
معدات التبريد عالي الكفاءة
معدات التبريد عالي الكفاءةوالتي تأسست في عام 1992 وهي علامة تجارية تابعة لـشركة HL للمعدات المبردة المحدودةتلتزم شركة HL Cryogenic Equipment بتصميم وتصنيع أنظمة الأنابيب المبردة المعزولة عالية التفريغ ومعدات الدعم ذات الصلة لتلبية احتياجات العملاء المتنوعة. تُصنع الأنابيب المعزولة عالية التفريغ والخراطيم المرنة من مواد عازلة خاصة عالية التفريغ ومتعددة الطبقات والشاشات، وتخضع لسلسلة من المعالجات التقنية الدقيقة للغاية، بالإضافة إلى المعالجة عالية التفريغ، والتي تُستخدم لنقل الأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، والهيدروجين السائل، والهيليوم السائل، وغاز الإيثيلين المسال (LEG)، والغاز الطبيعي المسال (LNG).
سلسلة منتجات فاصل الطور، أنبوب التفريغ، خرطوم التفريغ وصمام التفريغ في شركة HL Cryogenic Equipment Company، والتي مرت بسلسلة من المعالجات التقنية الصارمة للغاية، تُستخدم لنقل الأكسجين السائل، النيتروجين السائل، الأرجون السائل، الهيدروجين السائل، الهيليوم السائل، LEG وLNG، ويتم صيانة هذه المنتجات للمعدات المبردة (مثل خزان التخزين المبرد، ديوار وصندوق التبريد وما إلى ذلك) في صناعات فصل الهواء والغازات والطيران والإلكترونيات والموصلات الفائقة والرقائق والصيدلة والبنك الحيوي والأغذية والمشروبات وتجميع الأتمتة والهندسة الكيميائية والحديد والصلب والمطاط وتصنيع المواد الجديدة والبحث العلمي وما إلى ذلك.
وقت النشر: ٢٤ نوفمبر ٢٠٢١
