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.Os componentes cerâmicos resistentes ao desgaste no campo da cerâmica de engenharia, tanto no mercado interno como internacionalmente, são fabricados principalmente de materiais como alumina, 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 micro-fissuras de arranque de grãos e de limites de grãos das cerâmicas submicrônicas foram significativamente menores do que as cerâmicas de alumina de grãos grosseiros.Investigou o efeito dos diferentes tamanhos de grãos da matriz de alumina no desempenho de desgaste, onde o tamanho do grão da matriz de alumina variava entre 0,8 e 4 μ m, enquanto a segunda fase SiC era em nanoescala.A pesquisa mostrou que a resistência ao desgaste da matriz de alumina em tamanho submicron é melhor do que a da cerâmica nanocomposite com tamanho de grão de micrômetroQuando os grãos da matriz estão na escala submicrônica, não há relação significativa entre a resistência ao desgaste e a 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.incluindo o mecanismo de auto-lubrificação de segunda fase, o efeito de fortalecimento do limite de grãos da segunda fase e o mecanismo de reação química de atrito da segunda fase.
● Mecanismo de auto-lubrificação de segunda fase: introdução de grafite na matriz cerâmica Al2O3 CaF2、PbWO4、MoS2、BN、Os lubrificantes sólidos de segunda fase, como os metais moles, podem reduzir efetivamente o coeficiente de atrito dos materiais, melhorando assim as suas propriedades tribológicas. Foi introduzido 10% de lubrificante sólido CaF2 na matriz cerâmica composta Al2O3/TiC,e CaF2 foi extrudido e revestido na superfície de atrito para formar um filme auto lubrificanteO filme auto-lubrificante pode prevenir eficazmente a adesão entre o material e o par de atrito, reduzir o coeficiente de atrito e desempenhar um papel auto-lubrificante.
A segunda fase do efeito de reforço da fronteira dos grãos, introduzindo uma segunda fase (principalmente partículas e bigodes) na matriz cerâmica de alumina,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 pela tensão de compressão residual, aumentando assim a resistência à propagação da rachadura.

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 faseAlém disso, as partículas da segunda fase são geralmente de forma aproximadamente esférica, o que pasiva a ponta da fissura,Reduzir a concentração de tensão e prevenir a propagação de rachaduras, 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 de baixa velocidade é caracterizado por desgaste adesivo e desgaste abrasivo; 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 sólida, melhorando a resistência ao desgaste da ferramenta.Com o aumento do teor de TiB2 e da velocidade de corte, o efeito anti-atração e anti-desgaste do filme de reação é reforçado.
As propriedades tribológicas dos materiais de ferramentas de corte cerâmicas à base de Al2O3 estão relacionadas com o tipo de aditivo e a sua resistência ao desgaste está em ordem decrescente: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N), Al2O3/TiC;e as propriedades tribológicas do material estão relacionadas com a sua dureza (H), módulo elástico (E) e resistência à fractura (KIC).A taxa de desgaste W aumenta com o aumento da E/H e diminui com o aumento da CIQO mecanismo de desgaste dos materiais cerâmicos de ferramentas Al2O3/TiC é principalmente o desgaste por adesão, 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 a desgastar-se e até mesmo desgastarQuando as centrais eléctricas 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;Embora o uso de folhas de polietileno de peso molecular ultra-alto não seja fácil de bloquear, a sua resistência ao impacto e à desgaste não são tão boas como as chapas de aço de 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 açoA utilização de cerâmicas resistentes ao desgaste da alumina irá melhorar consideravelmente 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 da fábrica de carvão, entrada e saída do separador de pó grosso e fino, e o cotovelo do conduto 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 cimentoA 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 cimentoA indústria cerâmica de construção é um meio de moagem de alta qualidade.A eficiência de desgaste das bolas de moagem de alumínio é 20% a 40% superior à do pedregulho natural e dos seixosCom a redução dos recursos de pedra de bolas naturais de alta qualidade e a alta taxa de desgaste das bolas cerâmicas comuns, as bolas 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.Aplicações típicas incluem bicos, assentos de válvulas, dispositivos de regulação, acessórios de bomba e até 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.