L'application de nouveaux matériaux céramiques résistants à l'usure dans les équipements industriels et les conduites est de plus en plus répandue en raison de leurs excellentes performances.En remplaçant les métaux ordinaires, la durée de vie et la capacité de production continue des équipements ont été considérablement améliorées.Les composants céramiques résistants à l'usure dans le domaine de la céramique d'ingénierie tant au niveau national qu'international sont principalement fabriqués à partir de matériaux tels que l'alumine, zirconium, carbure de silicium et nitrure de silicium.

Parmi elles, les céramiques d'alumine présentent une bonne résistance à l'usure, une bonne résistance à la corrosion, des propriétés mécaniques, une excellente capacité de production et sont très abordables.Ils conviennent parfaitement aux applications industrielles et sont devenus l'un des matériaux résistants à l'usure les plus couramment utilisés dans ce domaine.Ils peuvent être vus partout dans des situations sauvages et sans entraves telles que les systèmes de concassage et de traitement du minerai, les systèmes de broyage des matières premières et la découpe à grande vitesse.

                                          Le secret de la résistance à l'usure des céramiques d'alumine

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, et les matériaux céramiques à haute dureté et résistance à la fracture ont des taux d'usure plus faibles.Des chercheurs de différents pays ont mené des recherches approfondies sur l'amélioration de la dureté et de la résistance à la fracture des matériaux céramiques, qui peuvent être analysées dans les aspects suivants:

1 Taille du grain en céramique
Il existe deux types de matériaux céramiques à base d'alumine: les céramiques monophasiques et les céramiques multiphasiques (c'est-à-dire l'ajout d'une deuxième phase à la matrice).Dans le domaine de la recherche sur la corrélation entre la taille du grain et les propriétés tribologiques de la céramique, les chercheurs ont principalement étudié l'influence de la taille des grains de la phase matricielle (ou deuxième phase) sur les propriétés tribologiques de la céramique.

Roy et al. 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, et les microparticules de détachement des grains et de la limite des grains des céramiques submicroniques étaient nettement inférieures à celles des céramiques d'alumine à grains grossiers.a étudié l'effet des différentes tailles de grains de matrice d'alumine sur les performances d'usure, où la taille des grains de la matrice d'alumine variait entre 0,8 et 4 μ m, tandis que la deuxième phase de SiC était à l'échelle nanométrique.Les recherches ont montré que la résistance à l'usure de la matrice d'alumine de taille submicrone est meilleure que celle de la céramique nanocomposite de taille de grain micrométriqueLorsque les grains de matrice sont à l'échelle sous-micronique, il n'y a pas de relation significative entre résistance à l'usure et ténacité à la fracture.tandis que le taux d'usure des céramiques composites d'alumine avec une matrice à l'échelle micrométrique diminue avec une dureté croissante.
Il est évident que les exemples ci-dessus montrent que le raffinage des grains peut contribuer efficacement à améliorer l'uniformité de la structure du matériau,y compris l'augmentation de la densité des matériaux et la réduction des défauts des matériaux.

2 Matériau de deuxième phase
Dans le domaine de la recherche sur les propriétés tribologiques de la céramique multiphase à base d'alumine, composition des composants, qui forme des matériaux composites en ajoutant diverses secondes phases, particules (ou moustaches),est également le principal moyen d'améliorer les propriétés tribologiques (ou de coupe) de la céramique d'alumine.y compris le mécanisme d'auto-lubrification de deuxième phase, l'effet de renforcement de la limite des grains de deuxième phase, et le mécanisme de réaction chimique de friction de deuxième phase.
● Mécanisme d'auto-lubrification de deuxième phase: introduction de graphite dans la matrice céramique Al2O3 CaF2、PbWO4、MoS2、BN、Les lubrifiants solides de deuxième phase tels que les métaux mous peuvent réduire efficacement le coefficient de frottement des matériaux, améliorant ainsi leurs propriétés tribologiques. 10% de lubrifiant solide CaF2 a été introduit dans la matrice céramique composite Al2O3/TiC,et CaF2 ont été extrudés et revêtus sur la surface de frottement pour former un film auto-lubrifiant. Le film autolubrifiant peut empêcher efficacement l'adhérence entre le matériau et la paire de friction, réduire le coefficient de friction et jouer un rôle autolubrifiant.
L'effet d'amélioration de la limite des grains de la deuxième phase: l'introduction d'une deuxième phase (principalement des particules et des moustaches) dans la matrice céramique d'alumine,en utilisant la différence de coefficient de dilatation thermique entre les particules dispersées et le matériau de matrice, génère un stress résiduel pendant le processus de refroidissement de la préparation du matériau, obtenant ainsi l'effet de renforcement des bordures des grains.Ils ont non seulement besoin de surmonter l'énergie de limite de grain inhérente du matériau de matrice, mais aussi l'énergie supplémentaire apportée par la contrainte de compression résiduelle, augmentant ainsi la résistance à la propagation des fissures.

D'autre part, en raison du coefficient d'expansion thermique plus faible des particules de deuxième phase par rapport à la matrice, des effets de volume se produiront lors du refroidissement du matériau,conduisant à des micro-fissures autour des particules de deuxième phaseEn outre, les particules de deuxième phase ont généralement une forme approximativement sphérique, ce qui passive l'extrémité de la fissure,réduire la concentration de contrainte et prévenir la propagation des fissures, améliorant ainsi les propriétés de frottement du matériau.
Le deuxième mécanisme de réaction chimique de friction. The 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, produisant un film lubrifiant et réduisant le coefficient de friction du matériau, améliorant ainsi les propriétés de friction du matériau.
Introduction de particules de TiB2 dans la matrice céramique Al2O3 pour préparer des outils de découpe en céramique composite Al2O3/TiB2,Il a été constaté lors d'expériences de coupe avec de l'acier trempé 45 # que lorsque la vitesse de coupe est supérieure à 120 m/min, c'est-à-dire que la température de coupe est supérieure à 800 °C, le TiB2 dans les outils de coupe en céramique composite Al2O3/TiB2 réagit avec l'oxygène pour générer du TiO2 et du B2O3.En raison du modul élastique et de la dureté beaucoup plus faibles du TiO2 par rapport au matériau matrice, la résistance au cisaillement de l'outil est réduite, ce qui entraîne une diminution du coefficient de frottement du matériau, réduit l'usure de l'adhésif de l'outil et améliore la résistance à l'usure de l'outil.

3 Mécanisme tribologique
Dans différents scénarios d'application, les mécanismes de frottement présentés par les céramiques d'alumine sont en fait différents,Il convient donc de combiner différentes méthodes de renforcement pour adapter le traitement en conséquence..
Le mécanisme d'usure des outils de découpe en céramique Al2O3/TiB2 lors de la découpe à sec à basse vitesse est caractérisé par l'usure adhésive et l'usure abrasive.le mécanisme d'usure de l'outil se manifeste par usure d'oxydationLe film de réaction généré sur la surface de l'outil par des réactions chimiques de friction joue un rôle de lubrification solide, améliorant la résistance à l'usure de l'outil.Avec l'augmentation de la teneur en TiB2 et de la vitesse de coupe, l'effet anti-friction et anti-usure du film de réaction est amélioré.
Les propriétés tribologiques des matériaux d'outils de découpe en céramique à base d'Al2O3 sont liées au type d'additif et leur résistance à l'usure est en ordre décroissant: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N), Al2O3/TiC;et les propriétés tribologiques du matériau sont liées à sa dureté (H), à son module d'élasticité (E) et à sa résistance à la fracture (KIC).Le taux d'usure W augmente avec l'augmentation de l'E/H et diminue avec l'augmentation de la CCI; le mécanisme d'usure des matériaux d'outil en céramique Al2O3/TiC est principalement l'usure adhésive, tandis que le mécanisme d'usure des matériaux d'outil en céramique Al2O3/Ti (C, N) et Al2O3/SiCw est principalement l'usure abrasive.

                                                             L'application de céramiques résistantes à l'usure à l'alumine

1 Application dans les systèmes de transport de matériaux et de charbon
L'usure de l'équipement des systèmes de transport de charbon et de matériaux est principalement causée par la force d'impact et le frottement, les pièces d'usure étant des déflecteurs de séparation, des étriers et une chute de charbon.Ces pièces sont extrêmement sujettes à l'usure et même à l'usureLorsque les centrales électriques et les cimenteries utilisent des plaques d'acier au manganèse revêtues, le temps d'utilisation est généralement d'environ 6 mois et elles sont sujettes à l'adhérence du charbon et au blocage de la poudre;Bien que l'utilisation de feuilles de polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé ne soit pas facile à bloquer, leur résistance aux chocs et à l'usure n'est pas aussi bonne que celle des plaques d'acier au manganèse,en particulier lorsque des particules de poudre de charbon et de ciment sont pressées et tombent à la jonction entre la plaque de doublure et la plaque d'acierL'utilisation de céramiques résistantes à l'usure à l'alumine améliorera considérablement la durée de vie, apportera des améliorations significatives à la sécurité de la production et des avantages économiques.
2 Application dans le système de fraisage
L'usure du système de production de poudre de charbon dans les centrales électriques au charbon est principalement causée par la collision de la poudre de charbon et l'usure par choc.Le flux d'air de poudre de charbon à grande vitesse provoque une usure sévère sur la sortie de l'usine de charbon, l'entrée et la sortie du séparateur de poudre grossière et fine, et le coude du conduit d'air principal de l'équipement de pulvérisation.Le même phénomène se produit dans la courbure des conduits d'air du système de sélection des poudres de l'usine de cimentL'utilisation de céramiques d'alumine résistantes à l'usure aura un impact positif sur la production réelle.
3 Application dans les systèmes de cendres et de scories
Dans les centrales électriques qui utilisent des systèmes hydrauliques d'élimination des cendres et de décharge des scories, les tuyaux d'entrée et de sortie tels que les pompes à cendres, les fosses à cendres et les buses sont gravement usés.Après utilisation de céramiques d'alumine résistantes à l'usure, la durée de vie est longue et la résistance à l'usure est bonne, résolvant des problèmes tels que les tâches d'entretien mécanique lourdes et le mauvais environnement.
4 En tant que matériau de broyage
En raison de sa haute dureté, de sa densité modérée, de sa résistance à l'usure, de sa résistance à la corrosion et de son bas prix,les boules de meulage en aluminium sont largement utilisées dans le meulage et le traitement des matières premières dans des industries telles que le cimentDans l'industrie de la céramique de construction, les matériaux sont utilisés pour la fabrication de matériaux en acier, de matériaux minéraux, de céramiques, de matériaux électroniques, de matériaux magnétiques, de revêtements et de peintures.l'efficacité d'usure des boules de meulage en aluminium est de 20% à 40% supérieure à celle du silex naturel et des caillouxAvec la réduction des ressources en pierre à billes naturelles de haute qualité et le taux d'usure élevé des billes céramiques ordinaires, les billes de meulage en aluminium seront de plus en plus utilisées par de plus en plus de fabricants.

5 Extraction de pétrole et de gaz
Les céramiques résistantes à l'usure à l'alumine peuvent s'adapter à des environnements difficiles, en particulier celles dont la teneur en alumine est supérieure à 97% (en masse), et peuvent être utilisées dans les équipements de forage pour le pétrole et le gaz naturel.Les applications typiques incluent les buses, sièges de vannes, dispositifs de régulation, accessoires de pompes, et même accessoires de perceuse qui peuvent vibrer dans des environnements à haute pression, dans le pétrole et le mortier de boue,et parfois travailler en présence d'acides et de sels, avec des exigences plus strictes en matière de résistance à l'usure et à la corrosion.