L'applicazione di nuovi materiali ceramici resistenti all'usura nelle attrezzature industriali e nelle condotte si sta diffondendo sempre più a causa delle loro eccellenti prestazioni.Sostituendo materiali metallici ordinari, la durata di vita e la capacità di produzione continua delle attrezzature sono state notevolmente migliorate.i componenti in ceramica resistenti all'usura nel campo della ceramica di ingegneria sia a livello nazionale che internazionale sono per lo più realizzati in materiali come l'alumina, zirconia, carburo di silicio e nitruro di silicio.

Tra queste, le ceramiche di allumina hanno una buona resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, proprietà meccaniche, eccellente capacità produttiva e sono molto convenienti.Sono molto adatti alle applicazioni industriali e sono diventati uno dei materiali resistenti all'usura più comunemente utilizzati in questo settoreEssi possono essere visti ovunque in situazioni selvagge e sfrenate come sistemi di frantumazione e lavorazione del minerale, sistemi di rettifica delle materie prime e taglio ad alta velocità.

                                          Il segreto della resistenza all'usura della ceramica di alluminio

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, e i materiali ceramici con alta durezza e resistenza alla frattura hanno tassi di usura inferiori.Gli studiosi di vari paesi hanno condotto ampie ricerche sul miglioramento della durezza e della resistenza alla frattura dei materiali ceramici, che possono essere analizzati nei seguenti aspetti:

1 Dimensione del grano ceramico
Esistono due tipi di materiali in ceramica allumina: ceramica monofase e ceramica multifase (cioè aggiungendo una seconda fase alla matrice).Nel campo della ricerca sulla correlazione tra dimensione del grano e proprietà tribologiche della ceramica, i ricercatori hanno principalmente studiato l'influenza della dimensione del grano della fase matrice (o seconda fase) sulle proprietà tribologiche della ceramica.

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 ceramicsSedlacek et al. hanno dimostrato che le microfratture delle ceramiche submicroniche sono significativamente inferiori a quelle delle ceramiche di allumina a grana grossolana.ha studiato l'effetto delle diverse dimensioni dei grani della matrice di allumina sulla prestazione di usura, in cui la dimensione dei granelli della matrice di allumina variava tra 0,8 e 4 μm, mentre la seconda fase SiC era su scala nanometrica.La ricerca ha dimostrato che la resistenza all'usura della matrice di allumina in dimensioni submicroniche è migliore di quella della ceramica nanocomposita con dimensioni di granello di micrometroQuando i grani della matrice sono a scala submicrona, non vi è alcuna relazione significativa tra resistenza all'usura e resistenza alla frattura.mentre il tasso di usura delle ceramiche composite di allumina con una matrice a scala micrometrica diminuisce con l'aumento della durezza.
Ovviamente, dagli esempi di cui sopra si può vedere che la raffinazione dei grani può contribuire efficacemente a migliorare l'uniformità della struttura del materiale,compresa l'aumento della densità del materiale e la riduzione dei difetti del materiale.

2 Materiale della seconda fase
Nel campo della ricerca sulle proprietà tribologiche delle ceramiche multifase di allumina, composizione di componenti, che forma materiali compositi aggiungendo varie seconde fasi, particelle (o baffi),è anche il modo principale per migliorare le proprietà tribologiche (o di taglio) delle ceramiche di allumina.compresa la seconda fase del meccanismo di auto-lubrificazione, il secondo effetto di rinforzo del confine del grano e il secondo meccanismo di reazione chimica di attrito.
● Meccanismo di autolubrificazione di seconda fase: introduzione di grafite nella matrice ceramica Al2O3 CaF2、PbWO4、MoS2、BN、I lubrificanti solidi di seconda fase come i metalli molli possono ridurre efficacemente il coefficiente di attrito dei materiali, migliorando così le loro proprietà tribologiche.e CaF2 è stato estruso e rivestito sulla superficie di attrito per formare un film autolubrificanteIl film auto lubrificante può impedire efficacemente l'adesione tra il materiale e la coppia di attrito, ridurre il coefficiente di attrito e svolgere un ruolo auto lubrificante.
L'effetto di potenziamento del confine dei grani della seconda fase, che consiste nell'introduzione di una seconda fase (principalmente di particelle e muscoli) nella matrice ceramica di allumina,utilizzando la differenza di coefficiente di espansione termica tra le particelle disperse e il materiale di matrice, genera uno stress residuo durante il processo di raffreddamento della preparazione del materiale, ottenendo l'effetto di rafforzare i confini del grano.non solo devono superare l'energia di confine del grano intrinseca del materiale di matrice, ma anche l'energia aggiuntiva prodotta dalla tensione di compressione residua, aumentando così la resistenza alla propagazione delle crepe.

D'altra parte, a causa del minore coefficiente di espansione termica delle particelle di seconda fase rispetto alla matrice, si verificheranno effetti di volume durante il raffreddamento del materiale,che porta a micro-fissure intorno alle particelle di seconda fase, inducendo la deformazione delle crepe e consumando più energia per la propagazione delle crepe; inoltre, le particelle di seconda fase hanno generalmente una forma approssimativamente sferica, il che passiva la punta della crepa,riducendo la concentrazione di stress e prevenendo la propagazione delle crepe, migliorando così le proprietà di attrito del materiale.
Il secondo meccanismo di reazione chimica di attrito. 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, producendo un film lubrificante e riducendo il coefficiente di attrito del materiale, migliorando così le proprietà di attrito del materiale.
Introduzione di particelle di TiB2 nella matrice ceramica Al2O3 per la preparazione di utensili di taglio in ceramica composita Al2O3/TiB2,Si è riscontrato durante gli esperimenti di taglio con acciaio temperato 45 # che quando la velocità di taglio è superiore a 120 m/min, ossia la temperatura di taglio è superiore a 800 °C, il TiB2 negli utensili di taglio in ceramica composita Al2O3/TiB2 reagisce con l'ossigeno per generare TiO2 e B2O3.A causa del modulo elastico e della durezza molto inferiori del TiO2 rispetto al materiale di matrice, la resistenza al taglio dell'utensile è ridotta, con conseguente diminuzione del coefficiente di attrito del materiale, riducendo l'usura dell'utensile e migliorando la resistenza all'usura dell'utensile.

3 Meccanismo tribologico
Sotto diversi scenari di applicazione, i meccanismi di attrito presentati dalle ceramiche di alluminio sono in realtà diversi,quindi diversi metodi di rafforzamento devono essere combinati per adattare il trattamento di conseguenza.
Il meccanismo di usura degli utensili di taglio in ceramica Al2O3/TiB2 durante il taglio a secco a bassa velocità è caratterizzato da usura adesiva e abrasiva; nel taglio a secco ad alta velocità,il meccanismo di usura dello strumento si manifesta come usura da ossidazioneIl film di reazione generato sulla superficie dell'utensile mediante reazioni chimiche di attrito svolge un ruolo di lubrificazione solida, migliorando la resistenza all'usura dell'utensile.Con l'aumento del contenuto di TiB2 e della velocità di taglio, l'effetto antiattrito e antiusura della pellicola di reazione è migliorato.
Le proprietà tribologiche dei materiali ceramici per utensili da taglio a base di Al2O3 sono correlate al tipo di additivo e la loro resistenza all'usura è in ordine decrescente: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N), Al2O3/TiC;e le proprietà tribologiche del materiale sono correlate alla sua durezza (H), al suo modulo di elasticità (E) e alla sua resistenza alla frattura (KIC).Il tasso di usura W aumenta con l'aumento dell'E/H e diminuisce con l'aumento della CICIl meccanismo di usura dei materiali ceramici per utensili Al2O3/TiC è principalmente l'usura adesiva, mentre il meccanismo di usura dei materiali ceramici per utensili Al2O3/Ti (C, N) e Al2O3/SiCw è principalmente l'usura abrasiva.

                                                             L'applicazione di ceramiche resistenti all'usura dell'alumina

1 Applicazione nei sistemi di trasporto di materiali e carbone
L'usura delle apparecchiature dei sistemi di trasporto del carbone e dei materiali è principalmente causata dalla forza di impatto e dall'attrito, con le parti di usura che sono le spalle separatrici, le tees e la cascata del carbone.Queste parti sono estremamente soggette all'usura e persino all'usuraQuando le centrali elettriche e le impianti di cemento utilizzano piastre di acciaio a manganese rivestite, il tempo di utilizzo è generalmente di circa 6 mesi e sono soggette a aderenza al carbone e blocco di polvere;Sebbene l'uso di fogli di polietilene ad altissimo peso molecolare non sia facile da bloccare, la loro resistenza agli urti e alla resistenza all'usura non sono buone quanto quelle delle lamiere di acciaio al manganese,specialmente quando le particelle di polvere di carbone e di cemento vengono compresse e cadono nella giunzione tra la piastra di rivestimento e la piastra di acciaioL'uso di ceramiche resistenti all'usura dell'alumina migliorerà notevolmente la durata di vita, porterà significativi miglioramenti alla sicurezza della produzione e benefici economici.
2 Applicazione nel sistema di fresatura
L'usura del sistema di produzione di polvere di carbone nelle centrali elettriche a carbone è causata principalmente dalla collisione di polvere di carbone e dall'usura da impatto.Il flusso d'aria di polvere di carbone ad alta velocità provoca un forte usura all'uscita del mulino di carbone, l'ingresso e l'uscita del separatore di polvere grossa e fine e il gomito del condotto d'aria primario dell'apparecchiatura di polverizzazione.Lo stesso fenomeno si verifica nella curva del condotto d'aria del sistema di selezione della polvere dell'impianto di cementoL'impiego di ceramiche di allumina resistenti all'usura avrà un impatto positivo sulla produzione effettiva.
3 Applicazione nei sistemi di cenere e scorie
Nelle centrali elettriche che utilizzano sistemi idraulici di rimozione delle ceneri e scarico delle scorie, i tubi di entrata e uscita come pompe per le ceneri, fossati e ugelli sono gravemente usurati.Dopo l'uso di ceramiche di allumina resistenti all'usura, la durata di vita è lunga e la resistenza all'usura è buona, risolvendo problemi come compiti di manutenzione meccanica pesante e ambiente povero.
4 Come mezzo di macinazione
A causa della sua alta durezza, densità moderata, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e basso prezzo,Le sfere di rettifica dell'alluminio sono ampiamente utilizzate nella rettifica e nella lavorazione di materie prime in industrie come il cementoIn questo settore, la produzione di ceramiche per la costruzione è molto diffusa.l'efficienza di usura delle sfere di rottura in allumina è dal 20% al 40% superiore a quella del selce naturale e dei ciottoliCon la riduzione delle risorse di pietra a sfera naturale di alta qualità e l'elevato tasso di usura delle sfere ceramiche ordinarie, le sfere di rottura in allumina saranno sempre più utilizzate da un numero sempre maggiore di produttori.

5 Estrazione di petrolio e gas
La ceramica resistente all'usura dell'alluminio può adattarsi a ambienti difficili, in particolare quelli con un contenuto di alluminio superiore al 97% (in massa), che può essere utilizzato nelle attrezzature di perforazione per il petrolio e il gas naturale.Le applicazioni tipiche includono ugelli, sedili di valvole, dispositivi di regolazione, accessori per pompe e persino accessori per trapano che possono vibrare in ambienti ad alta pressione, nel petrolio e nel malto di fango,e talvolta lavorano in presenza di acidi e sali, con requisiti più severi per la resistenza all'usura e alla corrosione.