Penggunaan bahan keramik baru yang tahan terhadap keausan dalam peralatan industri dan pipa menjadi semakin luas karena kinerja mereka yang sangat baik.Dengan mengganti bahan logam biasa, umur layanan dan kapasitas produksi terus-menerus peralatan telah sangat meningkat.Saat ini, komponen keramik tahan aus di bidang keramik rekayasa baik di dalam negeri maupun internasional sebagian besar terbuat dari bahan seperti alumina, zirconia, silikon karbida,dan silikon nitrida.

Di antaranya, keramik alumina memiliki ketahanan haus yang baik, ketahanan korosi, sifat mekanik, kapasitas produksi yang sangat baik, dan sangat terjangkau.Mereka sangat cocok untuk aplikasi industri dan telah menjadi salah satu bahan tahan aus yang paling umum digunakan di bidang iniMereka dapat dilihat di mana-mana dalam situasi liar dan tidak terkendali seperti sistem penghancuran dan pengolahan bijih, sistem penggilingan bahan baku, dan pemotongan berkecepatan tinggi.

Rahasia Ketahanan Pakai Keramik Alumina

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, dan bahan keramik dengan kekerasan tinggi dan ketahanan fraktur memiliki tingkat keausan yang lebih rendah.Para sarjana dari berbagai negara telah melakukan penelitian ekstensif tentang peningkatan kekerasan dan ketahanan fraktur bahan keramik, yang dapat dianalisis dalam aspek berikut:

1 Ukuran butir keramik

Ada dua jenis bahan keramik alumina: keramik fase tunggal dan keramik multifase (yaitu, menambahkan fase kedua ke matriks).Dalam bidang penelitian tentang korelasi antara ukuran butir dan sifat tribologi keramik, para peneliti terutama menyelidiki pengaruh ukuran butir fase matriks (atau fase kedua) pada sifat tribologis keramik.

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, dan retakan mikro dari keramik submikron dan keramik aluminium dengan butiran kasar jauh lebih kecil.Sedlacek et al. menyelidiki efek dari ukuran butir matriks alumina yang berbeda pada kinerja keausan, dengan ukuran butir matriks alumina berkisar dari 0,8 hingga 4μVariasi antara m dan SiC fase kedua adalah pada skala nanometer.Penelitian telah menunjukkan bahwa ketahanan keausan matriks alumina dalam ukuran submikron lebih baik daripada keramik nanocomposite dengan ukuran butiran mikrometer;Ketika butiran matriks pada skala submikron, tidak ada hubungan yang signifikan antara ketahanan keausan dan ketahanan fraktur,sementara tingkat keausan keramik komposit alumina dengan matriks pada skala mikrometer menurun dengan meningkatnya kekerasan.

Jelas, dari contoh-contoh di atas dapat dilihat bahwa pengolahan biji-bijian dapat secara efektif membantu meningkatkan keseragaman struktur material,termasuk meningkatkan kepadatan material dan mengurangi cacat material.

2 Bahan fase kedua

Dalam bidang penelitian tentang sifat tribologis keramik multifase alumina, komposisi komponen, yang membentuk bahan komposit dengan menambahkan berbagai fase kedua, partikel (atau kumis),juga merupakan cara utama untuk meningkatkan sifat tribologis (atau pemotongan) keramik alumina.Menurut mekanisme pengaruh yang berbeda, dapat dibagi menjadi beberapa jenis, termasuk mekanisme pelumasan diri fase kedua, efek penguatan batas butir fase kedua,dan mekanisme reaksi kimia gesekan fase kedua.

● Fase kedua mekanisme pelumasan sendiri.Memperkenalkan pelumas padat fase kedua seperti grafit, CaF2, PbWO4, MoS2, BN,dan logam lunak ke dalam matriks keramik Al2O3 dapat secara efektif mengurangi koefisien gesekan bahan dan meningkatkan sifat tribologisnya.10% CaF2 pelumas padat dimasukkan ke dalam Al2O3 / TiC matriks keramik komposit, dan CaF2 diekstrusi dan dilapisi pada permukaan gesekan untuk membentuk film pelumas sendiri.Film pelumas sendiri dapat secara efektif mencegah adhesi antara bahan dan pasangan gesekan, mengurangi koefisien gesekan, dan memainkan peran pelumasan diri.

Efek peningkatan batas biji-bijian fase kedua.Memperkenalkan fase kedua (terutama partikel dan kumis) ke dalam matriks alumina keramik,menggunakan perbedaan koefisien ekspansi termal antara partikel terdispersi dan bahan matriks, menghasilkan tekanan residu selama proses pendinginan persiapan bahan, mencapai efek memperkuat batas biji.mereka tidak hanya perlu mengatasi energi batas butir yang melekat dari bahan matriks, tetapi juga energi tambahan yang dibawa oleh tekanan kompresi residual, sehingga meningkatkan ketahanan penyebaran retakan.

Di sisi lain, karena koefisien ekspansi termal yang lebih kecil dari partikel fase kedua dibandingkan dengan matriks, efek volume akan terjadi selama pendinginan bahan,menyebabkan retakan mikro di sekitar partikel fase kedua, menginduksi penyimpangan retakan dan mengkonsumsi lebih banyak energi untuk penyebaran retakan;Selain itu, partikel fase kedua umumnya memiliki bentuk sekitar bulat, yang membuat ujung retakan menjadi pasif, mengurangi konsentrasi tegangan dan mencegah penyebaran retakan,Dengan demikian meningkatkan sifat gesekan bahan.

Fase kedua mekanisme reaksi kimia gesekan.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, menghasilkan film pelumas dan mengurangi koefisien gesekan bahan, sehingga meningkatkan sifat gesekan bahan.

Memperkenalkan partikel TiB2 ke dalam matriks keramik Al2O3 untuk mempersiapkan alat pemotong keramik komposit Al2O3/TiB2,ditemukan selama percobaan pemotongan dengan baja 45 # dimurnikan bahwa ketika kecepatan pemotongan lebih besar dari 120m / min, yaitu suhu pemotongan lebih dari 800 °C, TiB2 dalam alat pemotong keramik komposit Al2O3/TiB2 bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan TiO2 dan B2O3.Karena modulus elastisitas dan kekerasan TiO2 yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan bahan matriks, kekuatan geser alat berkurang, sehingga penurunan koefisien gesekan bahan, mengurangi keausan perekat alat, dan meningkatkan ketahanan keausan alat.

3 Mekanisme Tribologi

Di bawah skenario aplikasi yang berbeda, mekanisme gesekan yang ditunjukkan oleh keramik alumina sebenarnya berbeda,maka metode penguatan yang berbeda harus dikombinasikan untuk menyesuaikan pengobatan sesuai.

Mekanisme keausan alat pemotong keramik Al2O3/TiB2 selama pemotongan kering berkecepatan rendah ditandai dengan keausan perekat dan keausan abrasif;Dalam pemotongan kering berkecepatan tinggi, mekanisme keausan alat dimanifestasikan sebagai keausan oksidasi.Film reaksi yang dihasilkan pada permukaan alat melalui reaksi kimia gesekan memainkan peran pelumasan padatDengan peningkatan kandungan TiB2 dan kecepatan pemotongan, efek anti gesekan dan anti-pakai film reaksi ditingkatkan.

Sifat tribologis dari bahan alat keramik berbasis Al2O3 terkait dengan jenis aditif, dan ketahanan keausan mereka adalah dalam urutan menurun: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N), dan Al2O3/TiC;Sifat gesekan material terkait dengan kekerasan (H), modulus elastis (E), dan ketahanan fraktur (KIC).Tingkat keausan W meningkat dengan peningkatan E/H dan menurun dengan peningkatan KIC;Mekanisme keausan bahan alat keramik Al2O3/TiC terutama adalah keausan perekat, sedangkan mekanisme keausan bahan alat keramik Al2O3/Ti (C, N) dan Al2O3/SiCw terutama adalah keausan abrasif.

Aplikasi keramik tahan aus alumina

1 Aplikasi dalam sistem transportasi bahan dan batubara

Penggunaan peralatan sistem transportasi batubara dan material terutama disebabkan oleh kekuatan benturan dan gesekan, dengan bagian-bagian penggunaan adalah penghalang pemisah, tees, dan selokan batubara.Bagian-bagian ini sangat rentan terhadap keausan dan bahkan usang.Ketika pembangkit listrik dan pabrik semen menggunakan pelat baja mangan berlapis, waktu penggunaan umumnya sekitar 6 bulan, dan mereka rentan terhadap perekat batubara dan penyumbatan bubuk;Meskipun menggunakan lembaran polietilena berat molekul ultra tinggi tidak mudah untuk diblokir, ketahanan benturan dan ketahanan haus mereka tidak sebaik plat baja mangan,terutama ketika ada bubuk batubara dan partikel semen yang ditekan dan jatuh di sendi antara pelat lapisan dan pelat baja.Penggunaan keramik tahan aus alumina akan sangat meningkatkan umur pakai, membawa peningkatan signifikan terhadap produksi yang aman dan manfaat ekonomi.

2 Aplikasi dalam sistem penggilingan

Kerusakan sistem produksi bubuk batubara di pembangkit listrik batubara terutama disebabkan oleh tabrakan bubuk batubara dan kerusakan akibat benturan.Aliran udara bubuk batubara berkecepatan tinggi menyebabkan keausan yang parah pada outlet pabrik batubara, inlet dan outlet pemisah bubuk kasar dan halus, dan siku saluran udara utama dari peralatan pulverizing.Fenomena yang sama terjadi pada tikungan saluran udara dari sistem pemilihan bubuk pabrik semen.Penggunaan keramik alumina tahan aus akan berdampak positif pada produksi yang sebenarnya.

3 Aplikasi dalam sistem abu dan slag

Di pembangkit listrik yang menggunakan sistem penghapusan abu dan pembuangan slag hidrolik, pipa masuk dan keluar seperti pompa abu, parit abu, dan nozel sangat aus.Setelah menggunakan keramik alumina tahan aus, masa pakai yang panjang dan ketahanan aus yang baik, memecahkan masalah seperti tugas pemeliharaan mekanik berat dan lingkungan yang buruk.

4 Sebagai media penggilingan

Karena kekerasan tinggi, kepadatan sedang, ketahanan haus, ketahanan korosi, dan harga rendah,bola penggilingan alumina banyak digunakan dalam penggilingan dan pengolahan bahan baku di industri seperti semen, mineral, keramik, bahan elektronik, bahan magnetik, pelapis, dan cat.Dalam industri keramik konstruksi, efisiensi keausan bola penggilingan alumina adalah 20% sampai 40% lebih tinggi daripada batu kerikil dan kerikil alami.Dengan berkurangnya sumber daya batuan bola alami berkualitas tinggi dan tingkat keausan bola keramik biasa yang tinggi, bola penggiling aluminasi akan semakin banyak digunakan oleh semakin banyak produsen.

5 Pengeluaran minyak dan gas

Keramik tahan aus alumina dapat beradaptasi dengan lingkungan yang keras, terutama yang memiliki kandungan alumina lebih dari 97% (menurut massa), yang dapat digunakan dalam peralatan pengeboran untuk minyak dan gas alam.Aplikasi khas termasuk nozzles, kursi katup, perangkat pengatur, aksesori pompa, dan bahkan aksesori bor bit yang dapat bergetar di lingkungan bertekanan tinggi, di minyak bumi dan mortir lumpur,dan kadang-kadang bekerja di hadapan asam dan garam, dengan persyaratan yang lebih ketat untuk ketahanan haus dan ketahanan korosi.