A aplicação de novos materiais cerâmicos resistentes ao desgaste em equipamentos industriais e tubulações está a tornar-se cada vez mais difundida devido ao seu excelente desempenho.Substituindo materiais metálicos comuns, a vida útil e a capacidade de produção contínua dos equipamentos melhoraram consideravelmente.Hoje em dia, os componentes cerâmicos resistentes ao desgaste no campo da cerâmica de engenharia, tanto no país como internacionalmente, são fabricados principalmente de materiais como alumínio, zircônio, carburo de silício,e nitreto de silício.

Entre eles, a cerâmica de alumínio tem boa resistência ao desgaste, resistência à corrosão, propriedades mecânicas, excelente capacidade de produção e é muito acessível.São muito adequados para aplicações industriais e tornaram-se um dos materiais resistentes ao desgaste mais utilizados neste domínioPodem ser vistos em todas as partes em situações selvagens e desenfreadas, tais como sistemas de trituração e processamento de minério, sistemas de moagem de matérias-primas e corte de alta velocidade.

O segredo da resistência ao desgaste da cerâmica de alumínio

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 os materiais cerâmicos com alta dureza e resistência à fratura têm taxas de desgaste mais baixas.Os estudiosos de vários países realizaram extensas pesquisas sobre a melhoria da dureza e resistência à fratura de materiais cerâmicos, que podem ser analisados nos seguintes aspectos:

1 Tamanho do grão cerâmico

Existem dois tipos de materiais cerâmicos de alumina: cerâmica monofásica e cerâmica multifásica (ou seja, adicionando uma segunda fase à matriz).No domínio da investigação sobre a correlação entre o tamanho do grão e as propriedades tribológicas da cerâmica, os investigadores investigaram principalmente a influência do tamanho do grão da fase da matriz (ou segunda fase) nas propriedades tribológicas da cerâmica.

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, e as microfissuras de arranque de grãos e de limites de grãos das cerâmicas submicrônicas foram significativamente menores do que as cerâmicas de alumínio de grãos grosseiros.Sedlacek et al. investigaram o efeito de diferentes tamanhos de grãos da matriz de alumina no desempenho de desgaste, com tamanhos de grãos da matriz de alumina variando de 0,8 a 4μA variação entre m e a segunda fase SiC é na nanoescala.A pesquisa demonstrou que a resistência ao desgaste da matriz de alumina em tamanho submicrônico é melhor do que a da cerâmica nanocomposta com tamanho de grão de micrômetro;Quando os grãos da matriz estão na escala submicrônica, não há relação significativa entre resistência ao desgaste e resistência à fratura,enquanto a taxa de desgaste da cerâmica composta de alumínio com uma matriz na escala de micrômetros diminui com o aumento da dureza.

Obviamente, a partir dos exemplos acima, pode-se ver que o refinamento de grãos pode contribuir eficazmente para melhorar a uniformidade da estrutura do material,Incluindo o aumento da densidade do material e a redução dos defeitos do material.

2 Material da segunda fase

No domínio da investigação sobre as propriedades tribológicas da cerâmica multifase de alumina, composição de componentes, que forma materiais compostos através da adição de várias segundas fases, partículas (ou bigodes),É também a principal forma de melhorar as propriedades tribológicas (ou de corte) da cerâmica de alumínio.De acordo com diferentes mecanismos de influência, pode ser dividido em vários tipos, incluindo o mecanismo de auto-lubrificação de segunda fase, o efeito de fortalecimento do limite de grãos de segunda fase,e o mecanismo de reação química de fricção da segunda fase.

● Mecanismo de auto-lubrificação de segunda fase.Introdução de lubrificantes sólidos de segunda fase, tais como grafite, CaF2, PbWO4, MoS2, BN,e metais moles na matriz cerâmica Al2O3 pode efetivamente reduzir o coeficiente de atrito do material e melhorar suas propriedades tribológicas.O lubrificante sólido 10% CaF2 foi introduzido na matriz cerâmica composta Al2O3/TiC, e o CaF2 foi extrudido e revestido na superfície de atrito para formar um filme auto-lubrificante.O filme auto lubrificante pode efetivamente impedir a adesão entre o material e o par de atrito, reduzem o coeficiente de atrito e desempenham um papel auto lubrificante.

A segunda fase é o efeito de reforço dos limites dos grãos.Introdução de uma segunda fase (principalmente partículas e bigodes) na matriz cerâmica de alumínio,Utilizando a diferença no coeficiente de expansão térmica entre as partículas dispersas e o material da matriz, gera tensão residual durante o processo de arrefecimento da preparação do material, alcançando o efeito de reforçar os limites do grão.Eles não só precisam superar a energia de limite de grão inerente do material da matriz, mas também a energia adicional trazida pelo esforço de compressão residual, aumentando assim a resistência à propagação de rachaduras.

Por outro lado, devido ao menor coeficiente de expansão térmica das partículas da segunda fase em comparação com a matriz, ocorrerão efeitos de volume durante o resfriamento do material,levando a micro-fissuras em torno das partículas da segunda fase, induzindo a deflexão das fissuras e consumindo mais energia para a propagação das fissuras;Além disso, as partículas da segunda fase são geralmente de forma aproximadamente esférica, o que pasiva a ponta da rachadura, reduzindo a concentração de tensão e impedindo a propagação da rachadura,Melhorando assim as propriedades de atrito do material.

O mecanismo de reação química de fricção da segunda fase.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, produzindo uma película lubrificante e reduzindo o coeficiente de atrito do material, melhorando assim as propriedades de atrito do material.

Introdução de partículas de TiB2 na matriz cerâmica Al2O3 para preparar ferramentas de corte cerâmicas compostas Al2O3/TiB2,verificou-se durante os experimentos de corte com aço temperado 45 # que, quando a velocidade de corte é superior a 120 m/min, ou seja, a temperatura de corte é superior a 800 °C, TiB2 em ferramentas de corte cerâmicas compostas Al2O3/TiB2 reage com oxigénio para gerar TiO2 e B2O3.Devido ao módulo elástico e à dureza muito mais baixos do TiO2 em comparação com o material de matriz, a resistência ao cisalhamento da ferramenta é reduzida, o que resulta numa diminuição do coeficiente de atrito do material, reduzindo o desgaste adesivo da ferramenta e melhorando a resistência ao desgaste da ferramenta.

3 Mecanismo tribológico

Em diferentes cenários de aplicação, os mecanismos de atrito apresentados pelas cerâmicas de alumínio são realmente diferentes,Portanto, diferentes métodos de fortalecimento devem ser combinados para adaptar o tratamento em conformidade..

O mecanismo de desgaste das ferramentas de corte cerâmicas Al2O3/TiB2 durante o corte a seco a baixa velocidade é caracterizado pelo desgaste por adesivos e pelo desgaste por abrasivos;No corte a seco de alta velocidade, o mecanismo de desgaste da ferramenta manifesta-se como desgaste por oxidação.O filme de reação gerado na superfície da ferramenta através de reações químicas de atrito desempenha um papel de lubrificação sólidaCom o aumento do teor de TiB2 e da velocidade de corte, o efeito anti-atração e anti-desgaste da película de reação é reforçado.

As propriedades tribológicas dos materiais cerâmicos para ferramentas à base de Al2O3 estão relacionadas com o tipo de aditivos e a sua resistência ao desgaste é em ordem decrescente: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N) e Al2O3/TiC;As propriedades de atrito do material estão relacionadas com a sua dureza (H), módulo elástico (E) e resistência à fratura (KIC).A taxa de desgaste W aumenta com o aumento da E/H e diminui com o aumento da CIQ;O mecanismo de desgaste dos materiais cerâmicos de ferramentas Al2O3/TiC é principalmente o desgaste adesivo, enquanto o mecanismo de desgaste dos materiais cerâmicos de ferramentas Al2O3/Ti (C, N) e Al2O3/SiCw é principalmente o desgaste abrasivo.

Aplicação de cerâmica resistente ao desgaste da alumina

1 Aplicação em sistemas de transporte de materiais e carvão

O desgaste do equipamento dos sistemas de transporte de carvão e materiais é causado principalmente pela força de impacto e atrito, sendo as peças de desgaste defletores de separador, tees e paralelepípedos de carvão.Estas peças são extremamente propensas ao desgaste e até mesmo ao desgaste.Quando as centrais elétricas e as centrais de cimento utilizam chapas de aço de manganês revestidas, o tempo de utilização é geralmente de cerca de 6 meses e elas são propensas a aderência de carvão e bloqueio de pó;Apesar de não ser fácil bloquear folhas de polietileno de peso molecular ultra-alto, a sua resistência ao impacto e à desgaste não é tão boa como as chapas de aço manganês,especialmente quando há partículas de pó de carvão e cimento comprimidas e caindo na junção entre a placa de revestimento e a placa de aço.A utilização de cerâmicas resistentes ao desgaste da alumina irá melhorar muito a vida útil, trazer melhorias significativas na segurança da produção e benefícios económicos.

2 Aplicação no sistema de fresagem

O desgaste do sistema de produção de pó de carvão em centrais elétricas a carvão é causado principalmente pela colisão de pó de carvão e pelo desgaste por impacto.O fluxo de ar de pó de carvão de alta velocidade causa desgaste grave na saída do moinho de carvão, entrada e saída do separador de pó grosso e fino e cotovelo do ducto de ar primário do equipamento de pulverização.O mesmo fenómeno ocorre na curva do conduto de ar do sistema de selecção de pó da fábrica de cimento.A utilização de cerâmicas de alumínio resistentes ao desgaste terá um impacto positivo na produção real.

3 Aplicação em sistemas de cinzas e escórias

Nas centrais elétricas que usam sistemas hidráulicos de remoção de cinzas e descarga de escória, os tubos de entrada e saída, como bombas de cinzas, valas de cinzas e bocas, são severamente desgastados.Após utilização de cerâmica de alumínio resistente ao desgaste, a vida útil é longa e a resistência ao desgaste é boa, resolvendo problemas como tarefas de manutenção mecânica pesadas e ambiente ruim.

4 Como meio de moagem

Devido à sua alta dureza, densidade moderada, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e baixo preço,As bolas de moagem de alumina são amplamente utilizadas na moagem e processamento de matérias-primas em indústrias como cimentoOs materiais de moldagem são de alta qualidade, sendo utilizados para a fabricação de revestimentos, revestimentos e tintas.Na indústria da cerâmica de construção, a eficiência de desgaste das bolas de moagem de alumina é 20% a 40% superior à do pedregulho natural.Com a redução dos recursos de pedra de esferas naturais de alta qualidade e a alta taxa de desgaste das esferas de cerâmica comuns, as esferas de moagem de alumina serão cada vez mais utilizadas por mais e mais fabricantes.

5 Extracção de petróleo e gás

A cerâmica resistente ao desgaste de alumínio pode adaptar-se a ambientes adversos, especialmente aqueles com um teor de alumínio superior a 97% (em massa), que podem ser utilizados em equipamentos de perfuração para petróleo e gás natural.As aplicações típicas incluem bocas, bancos de válvulas, dispositivos de regulação, acessórios de bomba e até mesmo acessórios de broca que podem vibrar em ambientes de alta pressão, em petróleo e argamassa de lama,e, por vezes, trabalhar na presença de ácidos e sais, com requisitos mais rigorosos em matéria de resistência ao desgaste e à corrosão.