La puissance du plasma utilisée dans les champs pétrolifères

Nitruration par plasma pulséaméliore la résistance à l'usure et à la corrosion et réduit le coefficient de frottement pour les composants OEM critiques utilisés dans les champs pétrolifères

Dans les environnements difficiles, corrosifs et abrasifs communs au forage et à l’exploration des champs pétrolifères, des produits OEM tels que des tubes en acier sans soudure, des vannes et des connecteurs de poussoir ou de pipeline sont utilisés. Pour des conditions de fonctionnement aussi extrêmes, la cémentation de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable ferritique, de l'acier inoxydable austénitique ou de l'Inconel est souvent une exigence de conception. À cette fin, la nitruration et la nitrocarburation constituent le traitement de surface de choix depuis des décennies.

Avec les pièces de haute technologie d'aujourd'hui, les concepteurs se tournent de plus en plus vers la nitruration plasma avancée pour un contrôle plus précis de la formation de la couche de diffusion, de la profondeur de durcissement et de la préservation des dimensions des composants. L'électronique et les logiciels sophistiqués offrent un contrôle supérieur du signal d'impulsion CC, ainsi qu'une conception et une construction améliorées de la chambre. Cela permet un contrôle plus précis de la température et une répartition uniforme de la zone de chauffage dans toute la chambre à paroi chaude. Le résultat est une nitruration extrêmement cohérente et uniforme, d'un lot à l'autre, avec une consommation de gaz inférieure à celle de la nitruration au gaz traditionnelle.

« Les avantages sont un contrôle plus précis des couches de diffusion et la possibilité de traiter thermiquement des matériaux plus divers au-delà de l'acier, notamment l'acier inoxydable, le titane et même l'aluminium », explique Thomas Palamides de PVA TePla America.

En conséquence, les producteurs de pièces pour champs pétrolifères ont la capacité de fabriquer des pièces avec des propriétés améliorées telles qu'une résistance à l'usure plus élevée, une résistance à la corrosion améliorée et un coefficient de frottement réduit. De plus, les fabricants et les ingénieurs de procédés peuvent désormais choisir parmi plusieurs configurations de système et recettes de procédés offrant flexibilité, efficacité et répétabilité.

Grâce aux récents progrès en matière de nitruration par plasma pulsé, un nouveau niveau de précision et de contrôle est possible, ce qui se traduit par une cémentation plus uniforme et plus cohérente. Outre les avantages de l'utilisation exclusive de gaz respectueux de l'environnement, la nitruration par plasma est devenue un point central d'innovations supplémentaires et une exigence pour ceux qui recherchent une solution plus sûre et plus respectueuse de l'environnement.

Dans la nitruration PulsPlasma, les pièces sont traitées dans une chambre à vide chauffée. Après avoir chargé les pièces sur un support, une cloche est utilisée pour recouvrir le support et la chambre est évacuée en dessous de 10 Pascals. Le processus commence par la mise sous tension d'un générateur qui envoie une tension continue de plusieurs centaines de volts entre la cathode de la charge de charge (-) et l'anode (+) de la paroi de la chambre. Les gaz de procédé sont progressivement ajoutés dans la chambre, puis ionisés et deviennent électriquement conducteurs. Pour la nitruration par plasma pulsé, un mélange gazeux d'azote et d'hydrogène est généralement utilisé, et du méthane peut être ajouté si un processus de nitrocarburation est recherché.

Lors du traitement, le champ plasma, brillant sur la surface exposée des composants, provoque la diffusion d'ions azote dans le matériau formant une zone de diffusion. Cette zone de diffusion renforce le métal. L’azote atomique est dissous, atome par atome, dans le matériau de base du réseau de fer.

Pour ajouter encore plus de précision, les innovateurs dans le domaine du plasma pulsé ont découvert des méthodes permettant d'optimiser le processus grâce à un meilleur contrôle des impulsions de puissance. Dans le procédé PulsPlasma développé par PVA TePla Industrial Vacuum Systems, par exemple, un mélange gazeux régulé avec précision composé d'azote, d'hydrogène et de méthane à base de carbone est utilisé. Un signal de tension continue pulsé de plusieurs centaines de volts est délivré en moins de 10 ms par impulsion pour ioniser le gaz. Cela sert à maximiser le temps entre les impulsions pour un contrôle supérieur de la température dans toute la chambre.

« Si vous avez un écart de température de +/-10° au sein d'un lot, vous obtiendrez des résultats de traitement très différents », explique Dietmar Voigtländer de PlaTeG – Groupe de produits avec PVA Industry Vacuum Systems (IVS), le fabricant des systèmes de nitruration PulsPlasma. "Cependant, en contrôlant le courant d'impulsion au moyen d'une gestion précise du temps d'activation et de désactivation des impulsions, la température globale peut être gérée avec précision avec une répartition uniforme, de haut en bas, dans toute la chambre à paroi chaude."