Азот в металлургии, электронике и нефтехимии

Азот – один из наиболее распространенных элементов на Земле. Он составляет около 78% атмосферы. В обычных условиях газ инертен. Но продажи азота динамично растут, так как он востребован в различных отраслях, включая металлургию, производство электроники и нефтехимической сфере.

Применение азота в металлургии

В металлургии азот используется из-за сочетания инертности и способности создавать защитную среду. Он применяется при выплавке и обработке металлов, особенно реакционноспособных, таких как титан, алюминий и специальные стали. Без контакта с кислородом удается избежать окисления металла при высоких температурах. Это критически важно для производства качественной продукции.

Азотирование стали

Процесс диффузионного насыщения поверхности стали азотом (азотирование) значительно улучшает механические свойства металла:

• повышает твердость поверхности;

• повышает износостойкость;

• повышает усталостную прочность;

• повышает коррозионную стойкость.

При азотировании образуются нитриды железа и легирующих элементов (Cr, Mo, V). Они формируют особо прочный поверхностный слой, который может достигать твердости до 1200 HV (по Виккерсу).

Порошковая металлургия

Азот используется в производстве металлических порошков как среда распыления расплава. Кроме того, он применяется в процессах спекания порошковых заготовок для предотвращения окисления частиц металла.

Легирование азотом

В современной металлургии азот используется как легирующий элемент. При содержании 0,1–0,5% он дает следующие эффекты:

• стабилизирует аустенитную структуру;

• повышает прочность;

• повышает сопротивление питтинговой коррозии;

• снижает содержание дорогостоящего никеля в составе сплавов.

Из аустенитной азотистой стали изготавливаются конструкции, оборудование для эксплуатации под воздействием агрессивных сред, а также криогенная техника.

Азот в электронике

В производстве электроники азот применяется на разных этапах. При изготовлении полупроводников он используется для создания контролируемой инертной атмосферы в процессах:

• выращивания монокристаллов кремния;

• эпитаксиального наращивания слоев;

• фотолитографии;

• плазмохимического травления.

В некоторых технологических процессах используются соединения азота. Например, нитрид кремния (Si₃N₄) применяется как диэлектрик и защитный слой.

Пайка компонентов

Азот создает инертную среду при пайке электронных компонентов, что позволяет:

• минимизировать окисление припоя и металлизированных поверхностей;

• улучшить смачиваемость поверхностей припоем;

• повысить надежность паяных соединений;

• снизить количество дефектов.

Современные линии поверхностного монтажа (SMT) часто оснащаются системами подачи азота в зону пайки.

Хранение компонентов

Чувствительные к окислению компоненты, такие как некоторые типы светодиодов, хранятся в азотной среде для предотвращения деградации. Жидкий азот применяется для охлаждения чувствительных детекторов и сверхпроводящих элементов специализированной электроники.

Азот в нефтехимии

Нефтехимическая промышленность – один из крупнейших потребителей технического азота. Его закачка в нефтяные пласты повышает отдачу углеродов за счет:

• поддержания пластового давления;

• вытеснения нефти из пористой среды;

• снижения вязкости нефти;

• создания газовой шапки в резервуаре.

Азот также используется для:

• продувки трубопроводов и емкостей перед ремонтными работами;

• создания инертной среды в резервуарах с горючими веществами;

• тушения пожаров на объектах нефтепереработки;

• опрессовки оборудования в ходе испытаний.

Азот применяется для регенерации катализаторов в установках каталитического крекинга, а также:

• транспортировки сыпучих катализаторов в реакторы;

• барботирования жидкостей для интенсификации перемешивания;

• создания избыточного давления в системах управления.

Азот применяется для синтеза аммиака по процессу Габера-Боша. Он играет важную роль в производстве удобрений.