يزداد استخدام المواد السيرامية الجديدة المقاومة للاستعمال في المعدات الصناعية وأنابيب الأنابيب على نطاق واسع بسبب أدائها الممتاز.من خلال استبدال المواد المعدنية العادية، تم تحسين عمر الخدمة وقدرة الإنتاج المستمرة للمعدات بشكل كبير.في الوقت الحاضر، المكونات السيراميكية المقاومة للارتداء في مجال السيراميك الهندسية على الصعيدين المحلي والدولي مصنوعة في الغالب من مواد مثل الألومينا، الزركونيا، كربيد السيليكون،ونيتريد السيليكون.

من بينها، السيراميك الألومينا لديها مقاومة جيدة للارتداء، ومقاومة للتآكل، والخصائص الميكانيكية، والقدرة على الإنتاج الممتازة، وأنها بأسعار معقولة جدا.فهي مناسبة تماما للتطبيقات الصناعية وأصبحت واحدة من أكثر المواد المقاومة للاستخدام المستخدمة في هذا المجاليمكن رؤيتهم في كل مكان في الحالات البرية وغير المقيدة مثل أنظمة كسارة المعدن ومعالجته، وأنظمة طحن المواد الخام، والقطع عالية السرعة.

سر مقاومة السيراميك من الألومينا

Evans has conducted a systematic study on the factors affecting the wear rate of ceramic materials and found that the hardness and fracture toughness of ceramic materials are the key factors affecting their wear rate، والمواد السيراميكية ذات القسوة العالية وقوة الكسر لديها معدلات ارتداء أقل.قام علماء من مختلف البلدان بإجراء أبحاث مكثفة حول تحسين صلابة و صلابة الكسور للمواد السيراميكية ، والتي يمكن تحليلها في الجوانب التالية:

1 حجم الحبوب السيراميكية

هناك نوعان من مواد السيراميك الألومينا: السيراميك أحادي المرحلة والسيراميك متعددة المراحل (أي إضافة مرحلة ثانية إلى المصفوفة).في مجال البحوث حول العلاقة بين حجم الحبوب والخصائص التريبولوجية للسيراميك، قام الباحثون بشكل رئيسي بالتحقيق في تأثير حجم الحبوب من مرحلة المصفوفة (أو المرحلة الثانية) على الخصائص التريبولوجية للسيراميك.

روى وآخرون studied the friction and wear performance of submicron and micrometer scale single-phase alumina ceramics in biological environments and found that the wear rate of submicron ceramics in bovine serum albumin environment was much lower than that of micrometer scale ceramics، وكانت الشقوق الدقيقة للحبوب والحدود الدقيقة للحبوب من السيراميك تحت الميكرون أقل بكثير من تلك من السيراميك الألومينا ذات الحبوب الخام.دراسة Sedlacek et al. تأثير مختلف أحجام حبوب مصفوفة الألومينا على أداء الارتداء، مع أحجام حبوب مصفوفة الألومينا تتراوح من 0.8 إلى 4μالاختلاف بين m و SiC في المرحلة الثانية هو على نطاق نانوي.وقد أظهرت الأبحاث أن مقاومة ارتداء مصفوفة الألومينا في حجم ما دون الميكرون أفضل من مقاومة ارتداء السيراميك النانو المركب بحجم حبة ميكرومتر.عندما تكون حبات المصفوفة على نطاق ما دون الميكرون، لا توجد علاقة كبيرة بين مقاومة الارتداء وصلابة الكسر،في حين أن معدل ارتداء السيراميك المركب من الألومينا مع مصفوفة على نطاق الميكرومتر ينخفض مع زيادة القسوة.

من الواضح، من الأمثلة المذكورة أعلاه، يمكن أن نرى أن حبات التكرير يمكن أن تساعد بفعالية على تحسين توحيد بنية المواد،بما في ذلك زيادة كثافة المواد وتقليل عيوب المواد.

2 مادة المرحلة الثانية

في مجال البحوث حول الخصائص التريبولوجية لسيراميك الألومينا متعددة المراحل، المركبات المكونة، التي تشكل مواد مركبة عن طريق إضافة مختلف المراحل الثانية، والجسيمات (أو الشارب),هي أيضاً الطريقة الرئيسية لتحسين خصائص التريبولوجيا (أو القطع) لسيراميك الألومينا.وفقا لآليات التأثير المختلفة ، يمكن تقسيمها إلى عدة أنواع ، بما في ذلك آلية التشحيم الذاتي في المرحلة الثانية ، وآلية تعزيز حدود الحبوب في المرحلة الثانيةوآلية التفاعل الكيميائي الاحتكاكي للمرحلة الثانية.

● آلية التشحيم الذاتي للمرحلة الثانية.إدخال مواد تزيين صلبة من المرحلة الثانية مثل الجرافيت، CaF2، PbWO4، MoS2، BN،والمعادن الناعمة في مصفوفة السيراميك Al2O3 يمكن أن تقلل بشكل فعال من معامل الاحتكاك للمادة وتحسين خصائصها التريبولوجية.تم إدخال 10٪ من المزلق الصلب CaF2 في مصفوفة السيراميك المركبة Al2O3 / TiC ، وتم طحن CaF2 وتغطيتها على سطح الاحتكاك لتشكيل فيلم مُزلق ذاتيًا.يمكن لفيلم التشحيم الذاتي منع الالتصاق بين المادة وزوج الاحتكاك بفعالية، يقلل من معامل الاحتكاك ، ويلعب دورًا في التشحيم الذاتي.

المرحلة الثانية تأثير تعزيز حدود الحبوب.بإدخال مرحلة ثانية (أساساً الجسيمات والشوارب) في مصفوفة السيراميك الألوميناباستخدام الفرق في معامل التوسع الحراري بين الجسيمات المنبثقة ومواد المصفوفة، يولد التوتر المتبقي أثناء عملية تبريد إعداد المواد، وتحقيق تأثير تقوية حدود الحبوب. عندما تنتشر الشقوق على طول حدود الحبوب،لا يحتاجون فقط للتغلب على الطاقة الحدودية الحبوب المتأصلة للمادة مصفوفة، ولكن أيضا الطاقة الإضافية التي يجلبها الضغط الضغطية المتبقية، وبالتالي زيادة مقاومة انتشار الشق.

من ناحية أخرى ، بسبب معامل التوسع الحراري الأصغر للجسيمات في المرحلة الثانية مقارنة بالمصفوفة ، ستحدث تأثيرات الحجم أثناء تبريد المواد ،مما يؤدي إلى التشققات الدقيقة حول جزيئات المرحلة الثانية، مما يؤدي إلى انحناء الشقوق ويستهلك المزيد من الطاقة لنشر الشقوقوبالإضافة إلى ذلك، فإن الجزيئات في المرحلة الثانية عادة ما تكون كروية تقريبًا، مما يجعل رأس الشق غير فعال، مما يقلل من تركيز الإجهاد ويمنع انتشار الشق،وبالتالي تحسين خصائص الاحتكاك للمادة.

المرحلة الثانية آلية التفاعل الكيميائيThe mechanism of the second phase frictional chemical reaction refers to the chemical reaction between the second phase doped in the Al2O3 matrix and the gas in the air (mainly oxygen) or with the friction pair material during friction، مما ينتج فيلم تزيين ويقلل من معامل الاحتكاك للمادة ، وبالتالي تحسين خصائص الاحتكاك للمادة.

إدخال جزيئات TiB2 في مصفوفة Al2O3 السيراميكية لإعداد أدوات القطع السيراميكية المركبة Al2O3/TiB2تم العثور على خلال تجارب القطع مع 45 # الصلب المكثف أن عندما سرعة القطع أكبر من 120m / min، أي أن درجة حرارة القطع أكبر من 800 درجة مئوية ، فإن TiB2 في أدوات القطع السيراميكية المركبة Al2O3 / TiB2 تتفاعل مع الأكسجين لتوليد TiO2 و B2O3.بسبب انخفاض معدل المرونة وقسوة TiO2 مقارنة بمادة المصفوفة، يتم تقليل قوة القطع للأداة ، مما يؤدي إلى انخفاض في معامل الاحتكاك للمادة ، والحد من ارتداء الملصق للأداة ، وتحسين مقاومة ارتداء الأداة.

3 الآلية التجريبية

تحت سيناريوهات تطبيق مختلفة، آليات الاحتكاك التي تظهر من السيراميك الألومينا هي في الواقع مختلفة،لذلك يجب الجمع بين طرق تقوية مختلفة لتخصيص العلاج وفقا لذلك.

آلية التآكل لأدوات القطع السريرية Al2O3 / TiB2 أثناء القطع الجاف منخفض السرعة تتميز بالتآكل اللاصق والتكسير اللاصق.في القطع الجاف عالي السرعة ، تظهر آلية ارتداء الأداة على أنها ارتداء الأكسدة.فيلم التفاعل الذي يتم إنشاؤه على سطح الأداة من خلال التفاعلات الكيميائية الاحتكاكية يلعب دور التشحيم الصلبمع زيادة محتوى TiB2 وسرعة القطع ، يتم تعزيز تأثير مكافحة الاحتكاك ومكافحة الارتداء لفيلم التفاعل.

الخصائص التريبولوجية لمواد الأدوات السيراميكية القائمة على Al2O3 مرتبطة بنوع المواد المضافة ، ومقاومتها للارتداء هي بالترتيب المتناقص: Al2O3 / SiCw ، Al2O3 / Ti (C ، N) ، و Al2O3 / TiC ؛خصائص الاحتكاك للمادة مرتبطة بقسوة (H) ، وحدة المرونة (E) ، وقوة الكسر (KIC).معدل التآكل W يزداد مع زيادة E / H و ينخفض مع زيادة KIC;آلية التآكل لمواد الأدوات السيرامية Al2O3/TiC هي أساسًا التآكل اللاصق ، في حين أن آلية التآكل لمواد الأدوات السيرامية Al2O3/Ti (C ، N) و Al2O3/SiCw هي أساسًا التآكل اللاصق.

تطبيق السيراميك المقاوم للكسور من الألومينا

1 تطبيق في أنظمة نقل المواد والفحم

يسبب ارتداء المعدات في أنظمة نقل الفحم والمواد أساسًا بقوة الاصطدام والاحتكاك ، حيث تكون أجزاء الارتداء هي حواجز الفصل والشرائح والشريط الفحم.هذه الأجزاء عرضة للغاية للارتداء وحتى التآكل.عندما تستخدم محطات توليد الكهرباء ومحطات الأسمنت ألواح الفولاذ المنغنيزي المغطاة ، يكون وقت الاستخدام عموما حوالي 6 أشهر ، وهي عرضة لتمسك الفحم وتخنق المسحوق.على الرغم من أن استخدام أوراق البولي إيثيلين ذات الوزن الجزيئي العالي للغاية ليس من السهل حجبها ، إلا أن مقاومة الصدمة ومقاومة الارتداء ليست جيدة مثل ألواح الفولاذ المنغنيزي ،خاصة عندما يكون هناك جسيمات مسحوق الفحم والسمنت المضغوطة وتسقط في المفاصل بين لوحة الغطاء واللوحة الصلبة.سيؤدي استخدام السيراميك المقاوم للالبس من الألومينا إلى تحسين عمر الخدمة بشكل كبير ، ويجلب تحسينات كبيرة في سلامة الإنتاج والفوائد الاقتصادية.

2 التطبيق في نظام الطحن

يسبب ارتداء نظام إنتاج مسحوق الفحم في محطات توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم بشكل رئيسي بسبب اصطدام مسحوق الفحم وتآكل الاصطدام.يؤدي تدفق هواء مسحوق الفحم عالي السرعة إلى التآكل الشديد في منفذ مصنع الفحم ، وإدخال منفصل المسحوق الخام والطيب ومخرج ، ومرفق قناة الهواء الأساسية لمعدات التكسير.تحدث نفس الظاهرة في انحناء قناة الهواء لنظام اختيار مسحوق مصنع الاسمنت.سيؤثر استخدام السيراميك الألومينا المقاوم للارتداء بشكل إيجابي على الإنتاج الفعلي.

3 التطبيق في أنظمة الرماد والخامات

في محطات توليد الطاقة التي تستخدم أنظمة إزالة الرماد الهيدروليكية وتفريغ الحطام ، فإن أنابيب الدخول والخروج مثل مضخات الرماد وخنادق الرماد والفوهات تتآكل بشدة.بعد استخدام السيراميك الألومينا المقاوم للارتداء، عمر الخدمة طويل ومقاومة الارتداء جيدة ، وحل مشاكل مثل مهام الصيانة الميكانيكية الثقيلة والبيئة السيئة.

4 كوسيلة للطحن

بسبب صلابتها العالية، الكثافة المتوسطة، مقاومة الارتداء، مقاومة التآكل، والسعر المنخفضيتم استخدام كرات طحن الألومينا على نطاق واسع في طحن ومعالجة المواد الخام في الصناعات مثل الاسمنت، المعادن، السيراميك، المواد الإلكترونية، المواد المغناطيسية، الطلاء، والطلاء.في صناعة السيراميك البناء، كفاءة ارتداء كرات طحن الألومينا هي أعلى بنسبة 20٪ إلى 40٪ من الصخر الطبيعي والحصى.مع انخفاض موارد حجر الكرات الطبيعية عالية الجودة ومعدل ارتداء كرات السيراميك العادية العالي ، سيتم استخدام كرات طحن الألومينا بشكل متزايد من قبل المزيد والمزيد من الشركات المصنعة.

5 استخراج النفط والغاز

السيراميك المقاوم للالبس من الألومينا يمكن أن يتكيف مع البيئات القاسية ، وخاصة تلك التي تحتوي على محتوى الألومينا أكثر من 97 ٪ (من حيث الكتلة) ، والتي يمكن استخدامها في معدات الحفر للنفط والغاز الطبيعي.تتضمن التطبيقات النموذجية فوهات، مقاعد الصمامات، أجهزة تنظيم، ملحقات المضخة، وحتى ملحقات الحفر التي يمكن أن تهتز في بيئات عالية الضغط، في البترول والخرسانة الطينية،وأحياناً تعمل في وجود الأحماض والملحات، مع متطلبات أكثر صرامة لمقاومة التآكل ومقاومة التآكل.