Η εφαρμογή νέων ανθεκτικών στην φθορά κεραμικών υλικών σε βιομηχανικούς εξοπλισμούς και αγωγούς γίνεται όλο και πιο διαδεδομένη λόγω των εξαιρετικών επιδόσεων τους.Αντικαθιστώντας τα κοινά μεταλλικά υλικά, η διάρκεια ζωής και η συνεχής παραγωγική ικανότητα των εξοπλισμών βελτιώθηκαν σημαντικά.Σήμερα, τα ανθεκτικά στην φθορά κεραμικά εξαρτήματα στον τομέα της μηχανικής κεραμικής τόσο στο εσωτερικό όσο και στο διεθνές επίπεδο είναι κυρίως κατασκευασμένα από υλικά όπως αλουμίνη, ζιρκόνιο, καρβίδιο του πυριτίου,και νιτρικό πυρίτιο.

Μεταξύ αυτών, τα κεραμικά αλουμινίου έχουν καλή αντοχή στην φθορά, αντοχή στη διάβρωση, μηχανικές ιδιότητες, εξαιρετική παραγωγική ικανότητα και είναι πολύ προσιτά.Είναι αρκετά κατάλληλα για βιομηχανικές εφαρμογές και έχουν γίνει ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα ανθεκτικά στην φθορά υλικά σε αυτόν τον τομέαΜπορούν να βρεθούν παντού σε άγριες και ανεξέλεγκτες καταστάσεις όπως συστήματα θρυμματισμού και επεξεργασίας μεταλλεύματος, συστήματα άλεσης πρώτων υλών και υψηλής ταχύτητας κοπή.

Το μυστικό της αντοχής στην φθορά της κεραμικής αλουμινίου

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, και τα κεραμικά υλικά με υψηλή σκληρότητα και αντοχή σε σπασμούς έχουν χαμηλότερα ποσοστά φθοράς.Οι μελετητές από διάφορες χώρες έχουν διεξάγει εκτεταμένες έρευνες για τη βελτίωση της σκληρότητας και της αντοχής σε σπασμούς των κεραμικών υλικών, οι οποίες μπορούν να αναλυθούν στις ακόλουθες πτυχές:

1 Μέγεθος κεραμικού κόκκου

Υπάρχουν δύο τύποι κεραμικών υλικών αλουμινίου: κεραμικές μονοφασικών και κεραμικές πολυφασικών (δηλαδή, προσθήκη δεύτερης φάσης στη μήτρα).Στο πεδίο της έρευνας σχετικά με τη συσχέτιση μεταξύ του μεγέθους του κόκκου και των τριβολογικών ιδιοτήτων της κεραμικής, οι ερευνητές ερεύνησαν κυρίως την επίδραση του μεγέθους του κόκκου της φάσης μήτρας (ή δεύτερης φάσης) στις τριβολογικές ιδιότητες της κεραμικής.

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, και η εκτόξευση των κόκκων και οι μικροτρίχες στα όρια των κόκκων των κεραμικών υπομικρών ήταν σημαντικά μικρότερες από εκείνες των κεραμικών αλουμινίου με χοντρό κόκκο.Ο Sedlacek et al. ερεύνησε την επίδραση των διαφόρων μεγεθών κόκκων της μήτρας αλουμινίου στην απόδοση φθοράς, με τα μεγέθη κόκκων της μήτρας αλουμινίου να κυμαίνονται από 0,8 έως 4μΗ διαφορά μεταξύ m και της δεύτερης φάσης SiC είναι στη νανοκλίμακα.Η έρευνα έχει δείξει ότι η αντοχή στην φθορά της μήτρας αλουμινίου σε υπομικρομετρικό μέγεθος είναι καλύτερη από εκείνη της νανοσυσκευαστικής κεραμικής με μέγεθος κόκκου μικρομέτρου.Όταν οι κόκκοι της μήτρας βρίσκονται σε υπομικρομετρική κλίμακα, δεν υπάρχει σημαντική σχέση μεταξύ αντοχής στην φθορά και αντοχής σε κατάγματα,ενώ το ποσοστό φθοράς των κεραμικών συνθετικών αλουμινίου με μήτρα σε κλίμακα μικρομέτρων μειώνεται με την αύξηση της σκληρότητας.

Από τα παραπάνω παραδείγματα προφανώς φαίνεται ότι η διύλιση των κόκκων μπορεί να συμβάλει αποτελεσματικά στη βελτίωση της ομοιομορφίας της δομής του υλικού,συμπεριλαμβανομένης της αύξησης της πυκνότητας υλικού και της μείωσης των ελαττωμάτων υλικού.

2 Υλικό δεύτερης φάσης

Στο πεδίο της έρευνας σχετικά με τις τριβολογικές ιδιότητες της πολυφασικής κεραμικής αλουμινίου, σύνθεση συστατικών, η οποία σχηματίζει σύνθετα υλικά με την προσθήκη διαφόρων δεύτερων φάσεων, σωματιδίων (ή μουστάκων),είναι επίσης ο κύριος τρόπος βελτίωσης των τριβολογικών (ή κοπής) ιδιοτήτων της κεραμικής αλουμινίου.Σύμφωνα με τους διαφορετικούς μηχανισμούς επιρροής, μπορεί να διαιρεθεί σε διάφορους τύπους, συμπεριλαμβανομένου του μηχανισμού αυτολύμανσης δεύτερης φάσης, του αποτελέσματος ενίσχυσης του ορίου κόκκων δεύτερης φάσης,και του μηχανισμού της δεύτερης φάσης της αλληλεπίδρασης με τριβή.

● Μηχανισμός αυτολύμανσης δεύτερης φάσης.Εισαγωγή στερεών λιπαντικών δεύτερης φάσης, όπως γραφίτης, CaF2, PbWO4, MoS2, BN,και μαλακά μέταλλα στην κεραμική μήτρα Al2O3 μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τον συντελεστή τριβής του υλικού και να βελτιώσει τις τριβολογικές του ιδιότητες.Το 10% του στερεού λιπαντικού CaF2 εισήχθη στην κεραμική σύνθετη μήτρα Al2O3/TiC, και το CaF2 εκβλήθηκε και επικαλύφθηκε στην επιφάνεια τριβής για να σχηματιστεί μια αυτο- λιπαντική ταινία.Η αυτοβλύσσιμη ταινία μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά την προσκόλληση μεταξύ του υλικού και του ζεύγους τριβής, μειώνει τον συντελεστή τριβής και διαδραματίζει ρόλο αυτολύμανσης.

Η δεύτερη φάση είναι η βελτίωση των ορίων των σιτηρών.Η εισαγωγή μιας δεύτερης φάσης (κυρίως σωματιδίων και μαυριτών) στη κεραμική μήτρα αλουμινίου,χρησιμοποιώντας τη διαφορά του συντελεστή θερμικής διαστολής μεταξύ των διασκορπισμένων σωματιδίων και του υλικού μήτρας, δημιουργεί υπολειμματική πίεση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψύξης της προετοιμασίας του υλικού, επιτυγχάνοντας την επίδραση της ενίσχυσης των ορίων του κόκκου.Δεν χρειάζεται μόνο να ξεπεράσουν την εγγενή ενέργεια ορίου κόκκων του υλικού μήτρας., αλλά και την πρόσθετη ενέργεια που παρέχεται από την υπολειπόμενη πίεση συμπίεσης, αυξάνοντας έτσι την αντίσταση της διάχυσης των ρωγμών.

Από την άλλη πλευρά, λόγω του μικρότερου συντελεστή θερμικής διαστολής των σωματιδίων δεύτερης φάσης σε σύγκριση με τη μήτρα, θα εμφανιστούν επιδράσεις όγκου κατά την ψύξη του υλικού,που οδηγεί σε μικροτρίχες γύρω από τα σωματίδια της δεύτερης φάσης, προκαλώντας εκτροπή ρωγμών και καταναλώνοντας περισσότερη ενέργεια για την εξάπλωση των ρωγμώνΕπιπλέον, τα σωματίδια της δεύτερης φάσης έχουν γενικά περίπου σφαιρικό σχήμα, το οποίο πασιμίζει την άκρη της ρωγμής, μειώνοντας τη συγκέντρωση άγχους και εμποδίζοντας την εξάπλωση των ρωγμών,βελτιώνοντας έτσι τις ιδιότητες τριβής του υλικού.

Ο δεύτερος μηχανισμός αλληλεπίδρασης.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, παράγοντας μια λιπαντική ταινία και μειώνοντας τον συντελεστή τριβής του υλικού, βελτιώνοντας έτσι τις ιδιότητες τριβής του υλικού.

Εισήγηση σωματιδίων TiB2 σε κεραμική μήτρα Al2O3 για την παρασκευή εργαλείων κοπής κεραμικής σύνθεσης Al2O3/TiB2,Βρέθηκε κατά τη διάρκεια πειραμάτων κοπής με 45 # σβησμένο χάλυβα ότι όταν η ταχύτητα κοπής είναι μεγαλύτερη από 120m/min, δηλαδή η θερμοκρασία κοπής είναι μεγαλύτερη από 800 °C, το TiB2 στα σύνθετα κεραμικά εργαλεία κοπής Al2O3/TiB2 αντιδρά με οξυγόνο για να παράγει TiO2 και B2O3.Λόγω του πολύ χαμηλότερου ελαστικού μοδίου και της σκληρότητας του TiO2 σε σύγκριση με το υλικό μήτρας, μειώνεται η αντοχή του εργαλείου στην κοπή, με αποτέλεσμα να μειώνεται ο συντελεστής τριβής του υλικού, να μειώνεται η φθορά της κόλλας του εργαλείου και να βελτιώνεται η αντοχή του εργαλείου στην φθορά.

3 Τριβολογικός μηχανισμός

Σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογής, οι μηχανισμοί τριβής που παρουσιάζονται από κεραμική αλουμινίου είναι στην πραγματικότητα διαφορετικοί,Επομένως, πρέπει να συνδυάζονται διαφορετικές μεθόδους ενίσχυσης για να προσαρμόζεται η θεραπεία ανάλογα..

Ο μηχανισμός φθοράς των κεραμικών εργαλείων κοπής Al2O3/TiB2 κατά τη διάρκεια ξηρής κοπής χαμηλής ταχύτητας χαρακτηρίζεται από φθορά από αυτοκόλληση και από φθορά από αθρεπτικό μέσο.Στην ξηρή κοπή υψηλής ταχύτητας, ο μηχανισμός φθοράς του εργαλείου εκδηλώνεται ως φθορά οξείδωσης.Η ταινία αντίδρασης που παράγεται στην επιφάνεια του εργαλείου μέσω χημικών αντιδράσεων τριβής παίζει ρόλο στερεού λιπαντικούΜε την αύξηση της περιεκτικότητας σε TiB2 και της ταχύτητας κοπής, ενισχύεται η επίδραση κατά της τριβής και κατά της φθοράς του φιλμ αντίδρασης.

Οι τριβολογικές ιδιότητες των κεραμικών υλικών εργαλείων με βάση το Al2O3 σχετίζονται με τον τύπο των πρόσθετων υλών και η αντοχή τους στην φθορά είναι σε φθίνουσα σειρά: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N) και Al2O3/TiC.Οι ιδιότητες τριβής του υλικού σχετίζονται με τη σκληρότητά του (H), το ελαστικό του όγκο (E) και την αντοχή του σε σπασμούς (KIC).Το ποσοστό φθοράς W αυξάνεται με την αύξηση των E/H και μειώνεται με την αύξηση των ΚΓΚ;Ο μηχανισμός φθοράς των κεραμικών υλικών εργαλείων Al2O3/TiC είναι κυρίως η κολλητική φθορά, ενώ ο μηχανισμός φθοράς των κεραμικών υλικών εργαλείων Al2O3/Ti (C, N) και Al2O3/SiCw είναι κυρίως η αθρεπτική φθορά.

Η εφαρμογή ανθεκτικών στην φθορά κεραμικών υλών από αλουμίνη

1 Εφαρμογή σε συστήματα μεταφοράς υλικών και άνθρακα

Η φθορά του εξοπλισμού των συστημάτων μεταφοράς άνθρακα και υλικών προκαλείται κυρίως από τη δύναμη της πρόσκρουσης και τη τριβή, με τα μέρη φθοράς να είναι διαχωριστικά φραγίσματα, σχοινιά και καλώδιο άνθρακα.Αυτά τα μέρη είναι εξαιρετικά επιρρεπή στην φθορά και ακόμη και στην φθορά.Όταν τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και τα εργοστάσια τσιμέντου χρησιμοποιούν πλακέτες από σιδηρούχο χαλύβδινο με επικάλυψη, ο χρόνος χρήσης είναι γενικά περίπου 6 μήνες και είναι επιρρεπείς σε προσκόλληση άνθρακα και απόφραξη σκόνης.Παρόλο που η χρήση πολυαιθυλενικών φύλλων πολύ υψηλού μοριακού βάρους δεν είναι εύκολο να μπλοκαριστεί, η αντοχή τους στην πρόσκρουση και την αντοχή στην φθορά δεν είναι τόσο καλή όσο οι πλάκες χαλκού από μαγγάνιο,ειδικά όταν υπάρχουν σωματίδια σκόνης άνθρακα και τσιμέντου που πιέζονται και πέφτουν στη σύνδεση μεταξύ της πλάκας επένδυσης και της πλάκας χάλυβα.Η χρήση ανθεκτικών στην φθορά κεραμικών από αλουμίνιο θα βελτιώσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής, θα φέρει σημαντικές βελτιώσεις στην ασφάλεια της παραγωγής και οικονομικά οφέλη.

2 Εφαρμογή στο σύστημα άλεσης

Η φθορά του συστήματος παραγωγής σκόνης άνθρακα σε εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα οφείλεται κυρίως στην σύγκρουση σκόνης άνθρακα και την φθορά από την πρόσκρουση.Η υψηλής ταχύτητας ροή αέρα από σκόνη άνθρακα προκαλεί σοβαρή φθορά στην έξοδο του εργοστασίου άνθρακα, την είσοδο και την έξοδο του χωριστή σκόνης και του πρωτογενούς αέρα του εξοπλισμού σκόνης.Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει και στην καμπύλη του αεραγωγού του συστήματος επιλογής σκόνης σε εργοστάσιο τσιμέντου.Η χρήση ανθεκτικών στην φθορά κεραμικών αλουμινίου θα έχει θετική επίδραση στην πραγματική παραγωγή.

3 Εφαρμογή σε συστήματα στάχτης και σκωρίας

Στα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούν υδραυλικά συστήματα απομάκρυνσης στάχτης και αποδέσμευσης σκωρίας, οι σωλήνες εισόδου και εξόδου, όπως οι αντλίες στάχτης, οι τάφροι στάχτης και οι ακροφύσια, είναι σοβαρά φθαρμένοι.Μετά τη χρήση ανθεκτικών στην φθορά κεραμικών από αλουμίνιο, η διάρκεια ζωής είναι μεγάλη και η αντοχή στην φθορά είναι καλή, λύνοντας προβλήματα όπως βαριές εργασίες μηχανικής συντήρησης και κακό περιβάλλον.

4 Ως μέσο άλεσης

Λόγω της υψηλής σκληρότητάς του, της μέτριας πυκνότητας, της αντοχής στην φθορά, της αντοχής στη διάβρωση και της χαμηλής τιμής,οι σφαίρες άλεσης αλουμινίου χρησιμοποιούνται ευρέως στην άλεση και επεξεργασία πρώτων υλών σε βιομηχανίες όπως το τσιμέντοΤα υλικά αυτά αποτελούν υψηλής ποιότητας μέσο άλεσης.Στην κατασκευαστική κεραμική βιομηχανία, η απόδοση φθοράς των σφαιρών άλεσης αλουμινίου είναι 20% έως 40% υψηλότερη από εκείνη του φυσικού πυρίτιθου και των βότσαλων.Με τη μείωση των πόρων φυσικών σφαιρικών πετρωμάτων υψηλής ποιότητας και τον υψηλό ρυθμό φθοράς των συνηθισμένων κεραμικών σφαιρών, οι σφαιρίδες άλεσης αλουμινίου θα χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο από όλο και περισσότερους κατασκευαστές.

5 Εξόρυξη πετρελαίου και φυσικού αερίου

Οι ανθεκτικές στην φθορά κεραμικές ύλες από αλουμίνιο μπορούν να προσαρμοστούν σε σκληρά περιβάλλοντα, ιδίως εκείνες με περιεκτικότητα σε αλουμίνιο άνω του 97% (με βάση τη μάζα), οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εξοπλισμό γεωτρήσεις πετρελαίου και φυσικού αερίου.Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν ακροφύσια, καθίσματα βαλβίδων, ρυθμιστικές συσκευές, αξεσουάρ αντλίας, ακόμη και αξεσουάρ τρυπών που μπορούν να δονούνται σε περιβάλλον υψηλής πίεσης, σε πετρέλαιο και σόγια λάσπης,και μερικές φορές εργάζονται στην παρουσία οξέων και αλάτων, με αυστηρότερες απαιτήσεις για την αντοχή στην φθορά και τη διάβρωση.