Anwendungen von Kobaltlegierungen in Homogenisatoren

Homogenisatoren werden in der Lebensmittel-, Pharma-, Chemie- und anderen Industriezweigen häufig eingesetzt, um Materialien durch physikalische Verfahren wie Hochdruckscheren und Aufprall zu homogenisieren. Die Leistung der Kernkomponenten bestimmt unmittelbar die Lebensdauer und Betriebseffizienz des Geräts. Kobaltlegierungen haben sich aufgrund ihrer einzigartigen Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität zum Kernmaterial der wichtigsten Komponenten des Homogenisators entwickelt.

Die Hauptanwendung von Kobaltlegierungen in Homogenisatorteilen

Ventilsitz und Ventilkegel

Ventilsitz und -kegel des Homogenisators müssen hohen Druckbelastungen und Materialreibung lange standhalten. Die Härte von Alloy 20 kann bis zu HRC 56–60 betragen. Die hohe Härte und Abriebfestigkeit der Karbidphase widersteht dem Verschleiß durch hohe Beanspruchung effektiv und verlängert die Lebensdauer der Teile. In der Lebensmittelindustrie kommen diese Armaturen häufig mit säurehaltigen Fruchtsäften oder enzymhaltigen Milchprodukten in Berührung. Die Korrosionsbeständigkeit der Legierung verhindert die Migration von Metallionen und gewährleistet die Lebensmittelsicherheit.

Homogenisierungsventile

Homogenisierungsventile sind die Kernkomponente von Hochdruckhomogenisatoren und halten extremen Drücken (oft über 1.000 bar) und hohen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten stand. Homogenisierungsventile aus Kobaltlegierungen (z. B. W-Ventile, Wellenventilkombinationen) sind optimiert, um die Schereffizienz der Flüssigkeit zu verbessern und den Energieverbrauch zu senken. Gleichzeitig wird eine geringe Oberflächenrauheit beibehalten und Materialrückstände reduziert. Beispielsweise verbessert das sekundäre Homogenisierungsventil in Emulgiersystemen die Produktstabilität erheblich, indem es die Gleichmäßigkeit der Partikelverteilung kontrolliert.

Kolben und Dichtungskomponenten

Kolben für Homogenisatoren müssen robust und verschleißfest sein. Die durch Oberflächenschweißen oder Spritzen (z. B. Plasmaplattieren) gebildete metallurgische Verbindungsschicht aus Kobaltlegierung widersteht langfristiger Reibung. Ihre hohe Temperaturbeständigkeit (≤ 480 °C) verhindert Dichtungsversagen und gewährleistet die Luftdichtheit in Hochdruckumgebungen.

Wesentliche Leistungsvorteile von Kobaltlegierungen

Hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit

Die von Chrom, Wolfram und anderen Elementen in Kobaltlegierungen gebildeten Carbide widerstehen abrasivem Verschleiß und chemischer Korrosion. Beispielsweise kann der durch Chrom erzeugte dichte Oxidfilm (Cr₂O₃) saure und alkalische Medien isolieren, was insbesondere in der petrochemischen Industrie bei der Behandlung hochviskoser, partikelhaltiger Materialien von herausragender Bedeutung ist.

Hochtemperaturstabilität und mechanische Festigkeit

Kobaltlegierungen behalten ihre hohe Festigkeit und Kriechfestigkeit auch bei hohen Temperaturen, wobei lokale Reibung im Homogenisatorbetrieb zu Temperaturen über 480 °C führen kann. Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient gewährleistet Dimensionsstabilität unter Hochtemperaturbedingungen und verhindert Dichtungsleckagen durch thermische Verformung.

Biokompatibilität und Verarbeitbarkeit

Kobaltlegierungen sind frei von toxischen Elementen (z. B. Blei, Cadmium) und weisen eine hohe Oberflächengüte auf, die den Hygienestandards der Lebensmittel- und Pharmaindustrie entspricht. Darüber hinaus können sie durch Gießen, Plattieren, Laserplattieren und andere Verfahren bearbeitet werden, um den Anforderungen unterschiedlicher Arbeitsbedingungen gerecht zu werden. Beispielsweise ermöglicht die Plasmaplattierungstechnologie die Herstellung einer nanoskaligen, dichten Beschichtung auf der Oberfläche des Ventilsitzes zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit.

Industrielle Anwendungen

Lebensmittelverarbeitung

Beim Homogenisierungsprozess von Fruchtsäften können Ventilverteiler aus Kobaltlegierungen über 8.000 Stunden im Dauerbetrieb laufen, also mehr als dreimal länger als herkömmliche Armaturen aus Edelstahl. Gleichzeitig wird das Risiko einer Metallverunreinigung vermieden.

Biopharmazeutika

Homogenisatoren werden zum Aufbrechen von Zellen oder zur Herstellung von Liposomen verwendet. Die Korrosionsbeständigkeit von Kobaltlegierungen kann der Erosion durch biologische Enzyme und organische Lösungsmittel widerstehen und so die Sauberkeit und Konsistenz des Produktionsprozesses gewährleisten.

Chemikalien und Beschichtungen

Beim Umgang mit Beschichtungen, die abrasive Partikel enthalten, reduziert die hohe Härte von Kobaltlegierungen den Verschleiß der Armaturen drastisch und minimiert so Ausfallzeiten und Wartungsaufwand.