Azote liquide : Gaz d'azote à l'état liquide. Inerte, incolore, inodore, non corrosif, ininflammable, il se présente à des températures extrêmement cryogéniques. L'azote constitue la majeure partie de l'atmosphère (78,03 % en volume et 75,5 % en masse). Inerte, il n'entretient pas la combustion. Des gelures peuvent survenir en cas de contact endothermique excessif lors de sa vaporisation.
L'azote liquide est une source de froid pratique. Grâce à ses propriétés uniques, il a suscité un intérêt croissant et est de plus en plus reconnu. Son utilisation s'est largement répandue dans l'élevage, le secteur médical, l'industrie agroalimentaire et la recherche cryogénique. En électronique, en métallurgie, en aérospatiale, en construction mécanique et dans d'autres domaines, ses applications se développent et s'étendent.
supraconducteur cryogénique
Les supraconducteurs possèdent des caractéristiques uniques, ce qui laisse présager de nombreuses applications dans divers domaines. L'utilisation d'azote liquide comme fluide frigorigène supraconducteur, au lieu d'hélium liquide, ouvre la voie à de multiples applications de la technologie supraconductrice et est considérée comme l'une des plus grandes inventions scientifiques du XXe siècle.
La lévitation magnétique supraconductrice repose sur l'utilisation de la céramique supraconductrice YBCO. Lorsque ce matériau est refroidi à la température de l'azote liquide (78 K, soit environ -196 °C), il passe de l'état normal à l'état supraconducteur. Le champ magnétique généré par le courant blindé s'oppose au champ magnétique des rails. Si cette force est supérieure au poids du wagon, celui-ci peut être mis en suspension. Simultanément, une partie du champ magnétique est piégée dans le supraconducteur en raison de l'effet de blocage du flux magnétique lors du refroidissement. Ce champ magnétique piégé est attiré par le champ magnétique des rails, et cette interaction de répulsion et d'attraction maintient le wagon fermement suspendu au-dessus des rails. Contrairement à l'effet général de répulsion entre aimants de même signe et d'attraction entre aimants de signes opposés, l'interaction entre le supraconducteur et le champ magnétique externe est à la fois répulsive et attractive. Ainsi, le supraconducteur et l'aimant externe peuvent lutter contre leur propre gravité et se maintenir en suspension, voire suspendus la tête en bas, l'un sous l'autre.
Fabrication et test de composants électroniques
Le contrôle des contraintes environnementales consiste à sélectionner un certain nombre de facteurs environnementaux modèles, à appliquer le niveau de contrainte approprié aux composants ou à la machine entière, et à provoquer des défauts de fabrication (défauts survenant lors de la production et de l'installation), puis à procéder à leur correction ou à leur remplacement. Ce contrôle est utile pour tester les cycles de température et les vibrations aléatoires. Le test de cycle de température consiste à soumettre les composants à une vitesse de variation de température élevée et à une contrainte thermique importante, afin de mettre en évidence les défauts de fabrication (défauts d'assemblage, asymétries des matériaux, problèmes cachés et défaillances rapides) causés par des composants de matériaux différents. La vitesse de variation de température est de 5 °C/min. La température limite est de -40 °C à +60 °C. Le nombre de cycles est de 8. Cette combinaison de paramètres environnementaux permet de mieux visualiser les défauts de soudure, d'assemblage et les défauts inhérents aux composants. Pour les tests de cycles de température en série, la méthode des deux boîtes peut être envisagée. Dans ce cas, le contrôle doit être effectué selon un niveau élevé.
L'azote liquide est une méthode plus rapide et plus efficace pour le blindage et le test des composants électroniques et des cartes de circuits imprimés.
compétences en broyage cryogénique à billes
Le broyeur planétaire cryogénique à billes fonctionne grâce à un flux continu d'azote liquide. Équipé d'un couvercle isotherme, il absorbe en temps réel la chaleur générée par la rotation à grande vitesse des billes de broyage, maintenant ainsi les matériaux et les billes de broyage dans un environnement cryogénique constant. Ce procédé permet le mélange, le broyage fin, le développement de nouveaux produits et la production en petites séries de matériaux de haute technologie. Compact, performant, silencieux et d'une grande précision, il est largement utilisé dans les secteurs pharmaceutique, chimique, environnemental, de l'industrie légère, des matériaux de construction, métallurgique, céramique et minéralogique.
compétences en usinage vert
La découpe cryogénique consiste à utiliser un fluide cryogénique, tel que l'azote liquide, le dioxyde de carbone liquide ou un jet d'air froid, pour refroidir la zone de coupe. Ce procédé permet d'atteindre localement un état cryogénique ou ultra-cryogénique, exploitant la fragilité cryogénique de la pièce. Il améliore ainsi l'usinabilité, la durée de vie de l'outil et la qualité de surface de la pièce. Selon le fluide de refroidissement utilisé, on distingue la découpe à l'air froid et la découpe à l'azote liquide. La découpe à l'air froid consiste à pulvériser un flux d'air cryogénique à -20 °C à -30 °C (voire moins) sur la zone de coupe, au niveau de l'outil, mélangé à une faible quantité de lubrifiant (10 à 20 m³/h). Ce flux d'air assure le refroidissement, l'évacuation des copeaux et la lubrification. Comparée aux techniques de découpe traditionnelles, la découpe cryogénique améliore la précision d'usinage, la qualité de surface de la pièce et est quasiment non polluante. Le centre d'usinage de la société japonaise Yasuda Industry Company utilise un conduit d'air adiabatique inséré entre l'arbre moteur et l'arbre de coupe, acheminant directement l'air froid cryogénique à -30 °C vers la lame. Cette configuration améliore considérablement les conditions de coupe et favorise la mise en œuvre de la technologie de coupe à air froid. Kazuhiko Yokokawa a mené des recherches sur le refroidissement par air froid en tournage et en fraisage. Lors d'un essai de fraisage, l'efficacité de l'huile de coupe aqueuse, d'air à température ambiante (+10 °C) et d'air froid (-30 °C) a été comparée. Les résultats ont montré une amélioration significative de la durabilité de l'outil avec l'air froid. Lors d'un essai de tournage, le taux d'usure de l'outil avec l'air froid (-20 °C) est nettement inférieur à celui obtenu avec l'air ambiant (+20 °C).
Le refroidissement à l'azote liquide lors de la coupe présente deux applications importantes. La première consiste à pulvériser de l'azote liquide sous pression directement dans la zone de coupe, à la manière d'un fluide de coupe. La seconde repose sur le refroidissement indirect de l'outil ou de la pièce par évaporation de l'azote liquide sous l'effet de la chaleur. La coupe cryogénique est aujourd'hui essentielle pour l'usinage des alliages de titane, des aciers à haute teneur en manganèse, des aciers trempés et d'autres matériaux difficiles à usiner. KPRaijurkar a utilisé un outil en carbure H13A et un système de refroidissement par évaporation d'azote liquide pour réaliser des essais de coupe cryogénique sur un alliage de titane. Les résultats ont montré que, comparativement aux méthodes de coupe traditionnelles, l'usure de l'outil était considérablement réduite, la température de coupe diminuée de 30 % et la qualité d'usinage de la surface de la pièce nettement améliorée. Wan Guangmin a quant à lui appliqué la méthode de refroidissement indirect pour mener des essais de coupe cryogénique sur de l'acier à haute teneur en manganèse et commenté les résultats obtenus. Cette méthode permet d'éliminer l'effort sur l'outil, de réduire son usure, d'améliorer l'écrouissage et d'obtenir une meilleure qualité de surface de la pièce. Wang Lianpeng et al. Nous avons adopté la méthode de pulvérisation d'azote liquide pour l'usinage à basse température de l'acier trempé 45 sur des machines-outils à commande numérique et commenté les résultats des essais. Cette méthode a permis d'améliorer la durabilité de l'outil et la qualité de surface de la pièce.
Lors du refroidissement à l'azote liquide, les matériaux en carbure présentent une résistance à la flexion, une ténacité à la rupture et une résistance à la corrosion élevées. Leur dureté augmente avec la température, mais reste faible. Par conséquent, les outils de coupe en carbure cémenté refroidis à l'azote liquide offrent probablement d'excellentes performances de coupe, comparables à celles obtenues à température ambiante. Ces performances sont déterminées par le nombre de phases liantes. Pour l'acier rapide, le refroidissement cryogénique augmente la dureté et diminue la résistance aux chocs, mais permet globalement d'obtenir de meilleures performances de coupe. Une étude a été menée sur l'amélioration de l'usinabilité de certains matériaux par refroidissement cryogénique. Cinq matériaux ont été sélectionnés : l'acier à faible teneur en carbone AIS11010, l'acier à haute teneur en carbone AIS1070, l'acier à roulement AIS1E52100, l'alliage de titane Ti-6A 1-4V et l'alliage d'aluminium moulé A390. Les résultats de la recherche et de l'évaluation montrent que, grâce à leur excellente fragilité à basse température, les résultats d'usinage souhaités peuvent être obtenus par coupe cryogénique. Pour l'acier à haute teneur en carbone et l'acier à roulement, l'élévation de température dans la zone de coupe et le taux d'usure de l'outil sont limités par le refroidissement à l'azote liquide. Lors de la coupe d'alliages d'aluminium coulés, l'application d'un refroidissement cryogénique peut améliorer la dureté de l'outil et sa résistance à l'usure abrasive par la phase silicium. Dans le traitement des alliages de titane, le refroidissement cryogénique simultané de l'outil et de la pièce permet d'obtenir une température de coupe basse et d'éliminer l'affinité chimique entre le titane et le matériau de l'outil.
Autres applications de l'azote liquide
Le satellite Jiuquan a envoyé la station centrale de production de carburant spécial pour fabriquer de l'azote liquide, un propulseur pour le carburant de fusée, qui est injecté dans la chambre de combustion à haute pression.
Câble d'alimentation supraconducteur haute température. Il est utilisé pour congeler les canalisations de liquides lors d'interventions d'urgence. Il sert à la stabilisation et à la trempe cryogéniques des matériaux. Les techniques de refroidissement à l'azote liquide (dilatation thermique et contraction à froid, applications industrielles) sont également largement utilisées. Techniques d'ensemencement des nuages à l'azote liquide. Les techniques de drainage à l'azote liquide par jet de gouttelettes en temps réel font l'objet de recherches approfondies. L'utilisation de l'azote liquide pour l'extinction des incendies souterrains permet une destruction rapide du feu et élimine les dommages causés par les explosions de gaz. Pourquoi choisir l'azote liquide ? Parce qu'il refroidit plus rapidement que les autres méthodes, ne réagit pas chimiquement avec d'autres substances, réduit considérablement l'encombrement et crée une atmosphère sèche, est respectueux de l'environnement (l'azote liquide se volatilise directement dans l'atmosphère après utilisation, sans laisser de traces de pollution), et est simple et pratique à utiliser.
Équipement cryogénique HL
Équipement cryogénique HLqui a été fondée en 1992 est une marque affiliée àHL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., LtdHL Cryogenic Equipment se spécialise dans la conception et la fabrication de systèmes de tuyauterie cryogénique à isolation sous vide poussé et d'équipements de support associés, afin de répondre aux besoins variés de ses clients. Les tuyaux et flexibles à isolation sous vide sont fabriqués à partir de matériaux isolants spéciaux multicouches à écrans multiples et sous vide poussé. Ils subissent une série de traitements techniques extrêmement rigoureux, notamment un traitement sous vide poussé, et sont utilisés pour le transport d'oxygène liquide, d'azote liquide, d'argon liquide, d'hydrogène liquide, d'hélium liquide, d'éthylène gazeux liquéfié (LEG) et de gaz naturel liquéfié (GNL).
La gamme de produits de séparateurs de phases, de tuyaux à vide, de flexibles à vide et de vannes à vide de HL Cryogenic Equipment Company, ayant subi une série de traitements techniques extrêmement rigoureux, est utilisée pour le transfert d'oxygène liquide, d'azote liquide, d'argon liquide, d'hydrogène liquide, d'hélium liquide, de GNL et de LEG. Ces produits sont destinés aux équipements cryogéniques (réservoirs de stockage cryogéniques, cryostats, chambres froides, etc.) dans les secteurs de la séparation de l'air, des gaz, de l'aéronautique, de l'électronique, des supraconducteurs, des semi-conducteurs, de la pharmacie, des biobanques, de l'agroalimentaire, de l'assemblage automatisé, du génie chimique, de la sidérurgie, du caoutchouc, de la fabrication de nouveaux matériaux et de la recherche scientifique, etc.
Date de publication : 24 novembre 2021
