Nowe materiały ceramiczne odporne na zużycie są coraz częściej stosowane w urządzeniach przemysłowych i rurociągach ze względu na ich doskonałą wydajność.Zastępując zwykłe materiały metalowe, znacznie poprawiono żywotność i ciągłą zdolność produkcyjną urządzeń.W dzisiejszych czasach materiały ceramiczne odporne na zużycie w dziedzinie ceramiki inżynieryjnej zarówno w kraju, jak i na świecie są w większości wykonane z materiałów takich jak alumina, cyrkonia, węglik krzemu,i azotku krzemu.

Wśród nich ceramika aluminowa ma dobrą odporność na zużycie, odporność na korozję, właściwości mechaniczne, doskonałą zdolność produkcyjną i jest bardzo przystępna cenowo.Są one bardzo odpowiednie do zastosowań przemysłowych i stały się jednym z najczęściej stosowanych materiałów odpornych na zużycie w tej dziedzinieMożna je zobaczyć wszędzie w dzikich i niekontrolowanych sytuacjach, takich jak systemy kruszenia i przetwarzania rud, systemy szlifowania surowców i szybkie cięcie.

Sekret odporności ceramiki aluminowej na zużycie

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, a materiały ceramiczne o wysokiej twardości i wytrzymałości na złamanie mają mniejszy współczynnik zużycia.Naukowcy z różnych krajów przeprowadzili szeroko zakrojone badania dotyczące poprawy twardości i wytrzymałości na złamanie materiałów ceramicznych, które można przeanalizować w następujących aspektach:

1 Wielkość ziarna ceramicznego

Istnieją dwa rodzaje ceramicznych materiałów aluminowych: jednofazowa ceramika i wielofazowa ceramika (tj. dodanie drugiej fazy do macierzy).W dziedzinie badań nad korelacją między wielkością ziarna a właściwościami tribologicznymi ceramiki, badacze badali głównie wpływ wielkości ziarna fazy macierzystej (lub drugiej fazy) na właściwości tribologiczne ceramiki.

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, a wyciąganie ziarna i mikropęknięcia graniczne ziarna ceramiki submikronowej były znacznie mniejsze niż w przypadku ceramiki aluminiowej o grubych ziarnach.Sedlacek et al. zbadali wpływ różnych rozmiarów ziaren macierzy aluminium na wydajność zużycia, przy czym rozmiary ziaren macierzy aluminium wahały się od 0,8 do 4μZmiany między m a drugą fazą SiC występują w skali nanometrycznej.Badania wykazały, że odporność na zużycie matrycy aluminowej w wielkości submikronowej jest lepsza niż w przypadku nanokompozytowej ceramiki o wielkości ziarna mikrometrowej;Gdy ziarna macierzy są w skali submikronowej, nie ma znaczącego związku między odpornością na zużycie a wytrzymałością na złamanie,natomiast szybkość zużycia ceramiki kompozytowej aluminowej z matrycą w skali mikrometrowej zmniejsza się wraz ze wzrostem twardości.

Oczywiście z powyższych przykładów widać, że rafinowanie ziaren może skutecznie przyczynić się do poprawy jednolitości struktury materiału,w tym zwiększenie gęstości materiału i zmniejszenie wad materiału.

2 Materiał drugiej fazy

W dziedzinie badań dotyczących właściwości tribologicznych wielofazowej ceramiki aluminowej, kompozycja składników, która tworzy materiały złożone poprzez dodanie różnych drugich faz, cząstek (lub wąsów),jest również głównym sposobem poprawy właściwości tribologicznych (lub cięcia) ceramiki aluminiowej.W zależności od różnych mechanizmów wpływu można go podzielić na kilka rodzajów, w tym mechanizm samosmarowania drugiej fazy, efekt wzmacniania granicy ziarna drugiej fazy,i mechanizm chemicznej reakcji tarcia drugiej fazy.

● Mechanizm samoczmywania drugiej fazy.Wprowadzenie płynów smarowych stałych drugiej fazy, takich jak grafyt, CaF2, PbWO4, MoS2, BN,i metali miękkich do matrycy ceramicznej Al2O3 może skutecznie zmniejszyć współczynnik tarcia materiału i poprawić jego właściwości tribologiczne.W macierzynowej kompozycji ceramicznej Al2O3/TiC wprowadzono 10% smaru CaF2, a CaF2 wytłaczano i powleczone na powierzchni tarcia w celu utworzenia samoczystej folii smarowej.Film samosmarowujący może skutecznie zapobiegać przyczepieniu się między materiałem a parą tarcia, zmniejsza współczynnik tarcia i odgrywa rolę samopośmierzania.

Efekt wzmacniania granicy ziarna w drugiej fazie.Wprowadzenie drugiej fazy (głównie cząstek i wąsów) do matrycy ceramicznej aluminiowej,wykorzystując różnicę współczynnika rozszerzenia termicznego między cząstkami rozproszonymi a materiałem macierzystym, wytwarza pozostałe naprężenie podczas procesu chłodzenia przygotowania materiału, osiągając efekt wzmocnienia granic ziarna.nie tylko muszą pokonać nieodłączną energię graniczną ziarna materiału macierzysty, ale także dodatkową energię przyniesioną przez pozostałe naprężenie ciśnieniowe, zwiększając tym samym odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć.

Z drugiej strony, ze względu na mniejszy współczynnik rozszerzenia cieplnego cząstek drugiej fazy w porównaniu z matrycą, podczas chłodzenia materiału wystąpią efekty objętościowe,powodujące mikropęknięcia wokół cząstek drugiej fazy, wywołując odchylenie pęknięć i zużywając więcej energii do rozprzestrzeniania się pęknięć;Ponadto cząstki drugiej fazy mają zazwyczaj kształt w przybliżeniu kulisty, co pasywuje końcówkę pęknięcia, zmniejszając stężenie naprężeń i zapobiegając rozprzestrzenianiu się pęknięć,w ten sposób poprawia się właściwości tarcia materiału.

Mechanizm reakcji chemicznej w drugiej fazie.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, tworząc folie smarową i zmniejszając współczynnik tarcia materiału, a tym samym poprawiając właściwości tarcia materiału.

Wprowadzenie cząstek TiB2 do macierzy ceramicznej Al2O3 w celu przygotowania narzędzi do cięcia kompozytowej ceramiki Al2O3/TiB2,W czasie eksperymentów z cięciem stali wytrzymałej 45 # stwierdzono, że gdy prędkość cięcia jest większa niż 120 m/min, tj. temperatura cięcia jest większa niż 800 °C, TiB2 w kompozytowych narzędziach ceramicznych do cięcia Al2O3/TiB2 reaguje z tlenem w celu wytworzenia TiO2 i B2O3.Ze względu na znacznie niższy moduł elastyczności i twardość TiO2 w porównaniu z materiałem macierzystym, siła cięcia narzędzia jest zmniejszona, co powoduje zmniejszenie współczynnika tarcia materiału, zmniejszenie zużycia kleju narzędzia i poprawienie odporności na zużycie narzędzia.

3 Mechanizm tribologiczny

W różnych scenariuszach zastosowań mechanizmy tarcia wykazywane przez ceramikę aluminiową są w rzeczywistości różne,Dlatego należy połączyć różne metody wzmocnienia, aby odpowiednio dostosować leczenie..

Mechanizm zużycia ceramicznych narzędzi do cięcia Al2O3/TiB2 podczas cięcia na sucho o niskiej prędkości charakteryzuje się zużyciem kleju i zużyciem ścierania;W szybkim cięciu na sucho mechanizm zużycia narzędzia przejawia się jako zużycie utleniania.Film reakcyjny wytwarzany na powierzchni narzędzia w wyniku reakcji chemicznych w wyniku tarcia odgrywa rolę smaru stałegoWraz ze wzrostem zawartości TiB2 i prędkości cięcia wzrasta działanie przeciwtarcia i przeciwtarcia folii reakcyjnej.

Właściwości tribologiczne ceramicznych materiałów narzędziowych na bazie Al2O3 zależą od rodzaju dodatków, a ich odporność na zużycie jest w porządku malejącym: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N) i Al2O3/TiC;Właściwości tarcia materiału zależą od jego twardości (H), modułu elastyczności (E) i wytrzymałości na złamanie (KIC).Wskaźnik zużycia W wzrasta wraz ze wzrostem E/H i maleje wraz ze wzrostem WIC;Mechanizm zużycia ceramicznych materiałów narzędziowych Al2O3/TiC jest głównie zużyciem klejącym, podczas gdy mechanizm zużycia ceramicznych materiałów narzędziowych Al2O3/Ti (C, N) i Al2O3/SiCw jest głównie zużyciem ścierającym.

Wykorzystanie ceramiki odpornej na zużycie z tlenku glinu

1 Stosowanie w systemach transportu materiałów i węgla

zużycie sprzętu w systemach transportu węgla i materiałów jest głównie spowodowane siłą uderzeniową i tarciem, a częściami zużycia są rozdzielacze, szpilki i szpilki węglowe.Te części są bardzo podatne na zużycie, a nawet zużycie.W przypadku elektrowni i cementówek, w których stosowane są wyłożone płyty stalowe z manganu, czas ich użytkowania wynosi zazwyczaj około 6 miesięcy i są one podatne na klejenie się węgla i zatrzymywanie się proszku;Chociaż użycie ultrawysokiej masy molekularnej arkuszy polietylenowej nie jest łatwe do zablokowania, ich odporność na uderzenia i zużycie nie jest tak dobra jak w przypadku płyt stalowych z manganu,zwłaszcza w przypadku, gdy cząstki proszku węglowego i cementu są wciskane i odpadają w połączeniu między płytą wyściółkową a płytą stalową.Wykorzystanie ceramiki aluminowej odpornej na zużycie znacznie poprawi żywotność, znacząco poprawi bezpieczeństwo produkcji i przyniesie korzyści ekonomiczne.

2 Stosowanie w systemie frezowania

Zaniedbanie systemu produkcji proszku węglowego w elektrowniach węglowych jest głównie spowodowane kolizją proszku węglowego i zużyciem z powodu uderzenia.Wysokiej prędkości przepływ powietrza węglowego powodujące silne zużycie na wyjściu młyna węglowego, wlewu i wyjściach grubo i drobnego separatora proszku oraz pierwotnego łokcia kanału powietrza sprzętu pulwerującego.To samo zjawisko występuje w zakręcie kanału powietrza w systemie selekcji proszku w zakładzie cementowym.Wykorzystanie ceramiki aluminiowej odpornej na zużycie będzie miało pozytywny wpływ na rzeczywistą produkcję.

3 Stosowanie w systemach popiołu i złomu

W elektrowniach wykorzystujących hydrauliczne systemy usuwania popiołów i zrzutów ścieków, rury wejściowe i wyjściowe, takie jak pompy popiołowe, rowy popiołowe i dysze, są poważnie zużyte.Po zastosowaniu ceramiki aluminiowej odpornej na zużycie, długość użytkowania i dobra odporność na zużycie, rozwiązując problemy takie jak ciężkie zadania konserwacji mechanicznej i złe środowisko.

4 Jako środek do szlifowania

Ze względu na wysoką twardość, umiarkowaną gęstość, odporność na zużycie, odporność na korozję i niską cenę,kulki szlifujące aluminowe są szeroko stosowane w szlifowaniu i przetwarzaniu surowców w gałęziach przemysłu takich jak cementSą to wysokiej jakości materiały szlifujące.W przemyśle ceramicznym budowlanym efektywność zużycia kul szlifowych aluminiowych jest o 20% do 40% wyższa niż w przypadku naturalnego krzemienia i kamienia.W związku ze zmniejszeniem ilości wysokiej jakości naturalnych kamieni kulkowych i wysokim stopniem zużycia zwykłych kul ceramicznych, coraz więcej producentów będzie coraz częściej stosować kule szlifujące z aluminu.

5 Wydobycie ropy i gazu

Ceramika aluminowa odporna na zużycie może przystosować się do trudnych warunków, zwłaszcza tych, w których zawartość aluminu przekracza 97% (w masie), co może być stosowane w sprzęcie wiertniczym do wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego.Typowe zastosowania obejmują dysze, siedzenia zaworów, urządzenia regulacyjne, akcesoria do pomp, a nawet akcesoria do wiertarków, które mogą wibrować w środowiskach o wysokim ciśnieniu, w ropie naftowej i mięczaku błotowym,i czasami pracują w obecności kwasów i soli, z bardziej rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi odporności na zużycie i korozję.