Использование новых износостойких керамических материалов в промышленном оборудовании и трубопроводах становится все более распространенным из-за их отличных характеристик.Заменив обычные металлические материалы, срок службы и непрерывная производственная способность оборудования значительно улучшились.В настоящее время износостойкие керамические компоненты в области инженерной керамики как внутри страны, так и за рубежом в основном изготавливаются из таких материалов, как алюминий, цирконий, карбид кремния,и нитрида кремния.

Среди них, алюминиевая керамика имеет хорошую износостойкость, коррозионную стойкость, механические свойства, отличную производственную способность и очень доступные цены.Они вполне подходят для промышленных применений и стали одним из наиболее часто используемых износостойких материалов в этой областиИх можно увидеть везде в диких и неконтролируемых ситуациях, таких как системы дробления и обработки руды, системы измельчения сырья и скоростной резки.

Секрет износостойкости алюминиевой керамики

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, а керамические материалы с высокой твердостью и прочностью на перелом имеют более низкий уровень износа.Ученые из разных стран провели обширные исследования по улучшению твердости и крепости при переломе керамических материалов, которые можно проанализировать в следующих аспектах:

1 Керамический размер зерна

Существует два типа алюминиевых керамических материалов: однофазная керамика и многофазная керамика (т. е. добавление второй фазы в матрицу).В области исследований корреляции между размером зерна и трибологическими свойствами керамики, исследователи в основном исследовали влияние размера зерна матричной фазы (или второй фазы) на трибологические свойства керамики.

Рой и др. 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, а микротрещины на границе зерна субмикронной керамики были значительно меньше, чем у грубозернистой алюминиевой керамики.Sedlacek et al. исследовали влияние различных размеров зерен матрицы алюминия на производительность износа, с размером зерен матрицы алюминия в диапазоне от 0,8 до 4μРазница между m и второй фазой SiC находится в наномасштабе.Исследования показали, что износостойкость матрицы алюминия в субмикронных размерах лучше, чем у нанокомпозитной керамики с микрометровыми зернами;Когда матричные зерна находятся на субмикронном уровне, нет значимой связи между износостойкостью и прочностью на перелом,в то время как скорость износа алюминиевой композитной керамики с матрицей в микрометровом масштабе уменьшается с увеличением твердости.

Очевидно, из приведенных выше примеров можно увидеть, что переработка зерен может эффективно помочь улучшить однородность структуры материала,включая увеличение плотности материала и уменьшение дефектов материала.

2 Материал второй фазы

В области исследований трибологических свойств многофазной глинозема, компонентное соединение, которое образует композитные материалы путем добавления различных вторых фаз, частиц (или усов),является также основным способом улучшения трибологических (или режущих) свойств алюминиевой керамики.Согласно различным механизмам воздействия, он может быть разделен на несколько типов, включая механизм самосмазки второй фазы, эффект укрепления границы зерна второй фазы,и механизм химической реакции трения второй фазы.

● Механизм самосмазки второй фазы.Внедрение твердых смазочных материалов второй фазы, таких как графит, CaF2, PbWO4, MoS2, BN,и мягких металлов в керамическую матрицу Al2O3 может эффективно уменьшить коэффициент трения материала и улучшить его трибологические свойства.В керамическую матрицу Al2O3 / TiC был введен 10% твердого смазочного вещества CaF2, а CaF2 был экструдирован и покрыт на поверхности трения, чтобы сформировать самосмазывающуюся пленку.Самосмазывающаяся пленка может эффективно предотвратить сцепление между материалом и парой трения, снижает коэффициент трения и играет роль самосмазки.

Эффект повышения границы зерна второй фазы.Ввод второй фазы (в основном частиц и усов) в глинозема керамической матрицы,используя разницу в коэффициенте теплового расширения между диспергированными частицами и матричным материалом, генерирует остаточное напряжение во время процесса охлаждения приготовления материала, достигая эффекта укрепления границ зерна.они не только должны преодолеть врожденную энергию границы зерна матричного материала, но также дополнительная энергия, принесенная остаточным нагрузкой на сжатие, тем самым увеличивая сопротивление распространению трещин.

С другой стороны, из-за меньшего коэффициента теплового расширения частиц второй фазы по сравнению с матрицей, во время охлаждения материала произойдут эффекты объема,что приводит к микротрещинам вокруг частиц второй фазы, вызывая отклонение трещин и потребляя больше энергии для распространения трещин;Кроме того, частицы второй фазы, как правило, имеют примерно сферическую форму, что пассивирует наконечник трещины, уменьшая концентрацию напряжения и предотвращая распространение трещин.тем самым улучшая свойства трения материала.

Второй фазы механизм трения химической реакции.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, создавая смазочную пленку и уменьшая коэффициент трения материала, тем самым улучшая трения материала.

Введение частиц TiB2 в керамическую матрицу Al2O3 для приготовления керамических режущих инструментов Al2O3/TiB2,Было обнаружено во время резки экспериментов с 45 # охлажденной стали, что когда скорость резки больше 120 м / мин, то есть температура резки превышает 800 °C, TiB2 в композитных керамических режущих инструментах Al2O3/TiB2 реагирует с кислородом для получения TiO2 и B2O3.Из-за гораздо более низкого модуля эластичности и твердости TiO2 по сравнению с матричным материалом, режущая прочность инструмента уменьшается, что приводит к снижению коэффициента трения материала, уменьшению износа клейкого инструмента и улучшению износостойкости инструмента.

3 Трибологический механизм

При различных сценариях применения механизмы трения, проявляемые алюминиевой керамикой, на самом деле различны.поэтому различные методы усиления должны быть объединены, чтобы соответственно адаптировать лечение.

Механизм износа керамических режущих инструментов Al2O3/TiB2 при низкоскоростной сухой резке характеризуется износом клея и абразивным износом;При высокоскоростной сухой резке механизм износа инструмента проявляется в виде окислительного износа.Реакционная пленка, полученная на поверхности инструмента в результате трения химических реакций играет роль твердой смазкиС увеличением содержания TiB2 и скорости резки усиливается антитревожное и антиносительное действие реакционной пленки.

Трибологические свойства керамических инструментальных материалов на основе Al2O3 связаны с типом добавок, а их износостойкость в порядке убывания: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N) и Al2O3/TiC;Свойства трения материала связаны с его твердостью (H), модулем эластичности (E) и прочностью на перелом (KIC).Уровень износа W увеличивается с увеличением E/H и уменьшается с увеличением KIC;Механизм износа керамических материалов инструментов Al2O3/TiC в основном является адгезивным износом, в то время как механизм износа керамических материалов инструментов Al2O3/Ti (C, N) и Al2O3/SiCw в основном является абразивным износом.

Применение износостойкой керамики из алюминия

1 Применение в системах транспортировки материалов и угля

Износ оборудования систем транспортировки угля и материалов в основном обусловлен силой удара и трением, а износными частями являются разделительные баффлы, тис и угольный шлагбаум.Эти детали чрезвычайно склонны к износу и даже изнашиванию.Если электростанции и цементные заводы используют облицованные марганцевые стальные плиты, время использования обычно составляет около 6 месяцев, и они склонны к прилипанию угля и блокировке порошка;Хотя использование полиэтиленовых листов с чрезвычайно высокой молекулярной массой нелегко блокировать, их устойчивость к ударам и износостойкость не так хороша, как у магнитной стали,Особенно, когда частицы угольного порошка и цемента сжимаются и отпадают в соединении между облицовочной пластиной и стальной пластиной..Использование износостойкой керамики из алюминия значительно улучшит срок службы, принесет значительные улучшения безопасности производства и экономические выгоды.

2 Применение в фрезерной системе

Износ системы производства угольного порошка на угольных электростанциях в основном вызван столкновением угольного порошка и износ от удара.Высокоскоростной поток воздуха порошка угля вызывает сильное износ на выходе угольного завода, входе и выходе грубого и мелкого порошкоотделителя, а также первичного воздуховода локтевого оборудования порошки.То же самое происходит и в изгибе воздуховодов системы отбора порошка на цементных заводах.Использование износостойкой алюминиевой керамики окажет положительное влияние на фактическое производство.

3 Применение в системах пепла и шлака

В электростанциях, которые используют гидравлические системы удаления пепла и сброса шлаков, впускные и выпускные трубы, такие как пепельные насосы, пепельные канавы и сосуды, сильно изношены.После использования износостойкой алюминиевой керамики, срок службы длинный и износостойкость хорошая, решая такие проблемы, как тяжелые задачи механического обслуживания и плохая окружающая среда.

4 В качестве измельчающего средства

Из-за его высокой твердости, умеренной плотности, износостойкости, коррозионной стойкости и низкой цены,Алюминиевые мельничные шарики широко используются в измельчении и переработке сырья в таких отраслях промышленности, как цемент.Они являются высококачественным средством шлифования.В строительной керамической промышленности эффективность износа алюминиевых шлифовальных шаров на 20% - 40% выше, чем у натурального кремнезагора и гальчика.С сокращением ресурсов высококачественных природных шаровых камней и высокой скоростью износа обычных керамических шаров все больше и больше производителей будут использовать шары для шлифования из алюминия.

5 Добыча нефти и газа

Аллюминиевая износостойкая керамика может адаптироваться к суровым условиям, особенно тем, которые имеют содержание алюминия более 97% (по массе), которые могут использоваться в буровом оборудовании для нефти и природного газа.Типичные приложения включают в себя сосуды, сиденья клапанов, регулирующие устройства, аксессуары для насосов и даже аксессуары для сверла, которые могут вибрировать в среде высокого давления, в нефти и грязевом растворе,и иногда работают в присутствии кислот и солей, с более строгими требованиями к износостойкости и коррозионной стойкости.