La aplicación de nuevos materiales cerámicos resistentes al desgaste en equipos industriales y tuberías se está extendiendo cada vez más debido a su excelente rendimiento.Sustituyendo los materiales metálicos comunes, la vida útil y la capacidad de producción continua de los equipos han mejorado considerablemente.Los componentes cerámicos resistentes al desgaste en el campo de la cerámica de ingeniería, tanto a nivel nacional como internacional, están hechos principalmente de materiales como alumina., zirconio, carburo de silicio y nitruro de silicio.

Entre ellos, la cerámica de alumina tiene buena resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas, excelente capacidad de producción y son muy asequibles.Son muy adecuados para aplicaciones industriales y se han convertido en uno de los materiales resistentes al desgaste más utilizados en este campoSe pueden ver en todas partes en situaciones salvajes y sin restricciones, como sistemas de trituración y procesamiento de mineral, sistemas de molienda de materias primas y corte de alta velocidad.

                                          El secreto de la resistencia al desgaste de la cerámica de alumina

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, y los materiales cerámicos con alta dureza y resistencia a la fractura tienen tasas de desgaste más bajas.Los estudiosos de varios países han llevado a cabo extensas investigaciones sobre la mejora de la dureza y resistencia a la fractura de los materiales cerámicos, que pueden analizarse en los siguientes aspectos:

1 Tamaño del grano cerámico
Hay dos tipos de materiales cerámicos de alumina: cerámicas monofásicas y cerámicas multifásicas (es decir, añadiendo una segunda fase a la matriz).En el campo de la investigación sobre la correlación entre el tamaño del grano y las propiedades tribológicas de la cerámica, los investigadores han investigado principalmente la influencia del tamaño de grano de la fase matriz (o segunda fase) en las propiedades tribológicas de la cerámica.

Roy y otros. 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, y las micro grietas de extracción de grano y el límite de grano de las cerámicas submicrónicas fueron significativamente menores que las de las cerámicas de alumina de grano grueso.Investigó el efecto de diferentes tamaños de grano de la matriz de alumina en el rendimiento del desgaste., donde el tamaño de grano de la matriz de alumina varió entre 0,8 y 4 μ m, mientras que la segunda fase de SiC fue a nanoescala.La investigación ha demostrado que la resistencia al desgaste de la matriz de alumina en tamaño submicrón es mejor que la de la cerámica nanocompuesta con tamaño de grano de micrómetroCuando los granos de la matriz están en la escala submicrónica, no hay una relación significativa entre la resistencia al desgaste y la resistencia a la fractura.mientras que la velocidad de desgaste de las cerámicas compuestas de alumina con una matriz a escala micrométrica disminuye con el aumento de la dureza.
Obviamente, a partir de los ejemplos anteriores, se puede ver que el refinamiento de granos puede ayudar efectivamente a mejorar la uniformidad de la estructura del material,Incluyendo el aumento de la densidad del material y la reducción de los defectos del material.

2 Material de la segunda fase
En el campo de la investigación sobre las propiedades tribológicas de la cerámica de alumina multifase, el compuesto de componentes, que forma materiales compuestos mediante la adición de varias segundas fases, partículas (o bigotes),es también la principal forma de mejorar las propiedades tribológicas (o de corte) de la cerámica de alumina. Según los diferentes mecanismos de influencia, se puede dividir en varios tipos,incluido el mecanismo de autolubricación de segunda fase, el efecto de fortalecimiento del límite de grano de segunda fase, y el mecanismo de reacción química de fricción de segunda fase.
● Mecanismo de autolubricación de segunda fase: introducción de grafito en la matriz cerámica de Al2O3 CaF2、PbWO4、MoS2、BN、Los lubricantes sólidos de segunda fase como los metales blandos pueden reducir eficazmente el coeficiente de fricción de los materiales, mejorando así sus propiedades tribológicas. Se introdujo un lubricante sólido de 10% CaF2 en la matriz cerámica compuesta de Al2O3/TiC,y el CaF2 fue extrudido y revestido sobre la superficie de fricción para formar una película autolubricanteLa película autolubricante puede prevenir eficazmente la adhesión entre el material y el par de fricción, reducir el coeficiente de fricción y desempeñar un papel autolubricante.
El efecto de mejora del límite de grano de la segunda fase: introducción de una segunda fase (principalmente partículas y bigotes) en la matriz cerámica de alumina.utilizando la diferencia en el coeficiente de expansión térmica entre las partículas dispersas y el material de la matrizCuando las grietas se propagan a lo largo de los bordes de los granos, se producen tensiones residuales durante el proceso de enfriamiento de la preparación del material, logrando el efecto de fortalecer los bordes del grano.no sólo necesitan superar la energía de límite de grano inherente del material de la matriz, pero también la energía adicional aportada por la tensión de compresión residual, aumentando así la resistencia a la propagación de grietas.

Por otro lado, debido al menor coeficiente de expansión térmica de las partículas de segunda fase en comparación con la matriz, se producirán efectos de volumen durante el enfriamiento del material,conduciendo a micro grietas alrededor de las partículas de segunda faseAdemás, las partículas de segunda fase tienen generalmente una forma aproximadamente esférica, lo que pasiva la punta de la grieta.reducir la concentración de estrés y prevenir la propagación de grietas, mejorando así las propiedades de fricción del material.
El mecanismo de reacción química de fricción de 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, produciendo una película lubricante y reduciendo el coeficiente de fricción del material, mejorando así las propiedades de fricción del material.
Introducción de partículas de TiB2 en la matriz cerámica de Al2O3 para preparar herramientas de corte cerámicas compuestas de Al2O3/TiB2,Se encontró durante los experimentos de corte con acero quenchado 45 # que cuando la velocidad de corte es superior a 120 m/min, es decir, la temperatura de corte es superior a 800 °C, el TiB2 en las herramientas de corte cerámicas compuestas Al2O3/TiB2 reacciona con el oxígeno para generar TiO2 y B2O3.Debido al módulo elástico y la dureza mucho más bajos del TiO2 en comparación con el material de matriz, la resistencia al corte de la herramienta se reduce, lo que resulta en una disminución del coeficiente de fricción del material, reduciendo el desgaste adhesivo de la herramienta y mejorando la resistencia al desgaste de la herramienta.

3 Mecanismo tribológico
En diferentes escenarios de aplicación, los mecanismos de fricción exhibidos por la cerámica de alumina son en realidad diferentes,Por lo tanto, se deben combinar diferentes métodos de fortalecimiento para adaptar el tratamiento en consecuencia..
El mecanismo de desgaste de las herramientas de corte cerámicas Al2O3/TiB2 durante el corte en seco de baja velocidad se caracteriza por el desgaste adhesivo y el desgaste abrasivo.el mecanismo de desgaste de la herramienta se manifiesta como desgaste por oxidaciónLa película de reacción generada en la superficie de la herramienta mediante reacciones químicas de fricción desempeña un papel de lubricación sólida, mejorando la resistencia al desgaste de la herramienta.Con el aumento del contenido de TiB2 y la velocidad de corte, se mejora el efecto antirritación y antirroto de la película de reacción.
Las propiedades tribológicas de los materiales cerámicos para herramientas de corte basados en Al2O3 están relacionadas con el tipo de aditivo y su resistencia al desgaste está en orden decreciente: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N), Al2O3/TiC;y las propiedades tribológicas del material están relacionadas con su dureza (H), módulo elástico (E) y resistencia a la fractura (KIC).La velocidad de desgaste W aumenta con el aumento de E/H y disminuye con el aumento de las CCIEl mecanismo de desgaste de los materiales cerámicos de herramientas de Al2O3/TiC es principalmente el desgaste adhesivo, mientras que el mecanismo de desgaste de los materiales cerámicos de herramientas de Al2O3/Ti (C, N) y Al2O3/SiCw es principalmente el desgaste abrasivo.

                                                             La aplicación de cerámicas resistentes al desgaste de alumina

1 Aplicación en sistemas de transporte de materiales y carbón
El desgaste del equipo de los sistemas de transporte de carbón y materiales es causado principalmente por la fuerza de impacto y la fricción, y las partes de desgaste son los deflectores de separación, los tees y la rampa de carbón.Estas piezas son extremadamente propensas al desgaste e incluso al desgasteCuando las centrales eléctricas y las plantas de cemento utilizan placas de acero de manganeso revestidas, el tiempo de uso es generalmente de unos 6 meses y son propensas a la adhesión del carbón y el bloqueo del polvo;Aunque el uso de hojas de polietileno de peso molecular ultra alto no es fácil de bloquear, su resistencia al impacto y al desgaste no es tan buena como la de las placas de acero de manganeso,especialmente cuando hay partículas de polvo de carbón y cemento comprimidas y que caen en la unión entre la placa de revestimiento y la placa de aceroEl uso de cerámicas resistentes al desgaste de alumina mejorará en gran medida la vida útil, mejorará significativamente la seguridad de la producción y generará beneficios económicos.
2 Aplicación en el sistema de fresado
El desgaste del sistema de producción de polvo de carbón en las centrales eléctricas de carbón es causado principalmente por la colisión de polvo de carbón y el desgaste por impacto.El flujo de aire de polvo de carbón de alta velocidad causa un desgaste severo en la salida de la fábrica de carbón, entrada y salida del separador de polvo grueso y fino, y el codo del conducto de aire primario del equipo de pulverización.El mismo fenómeno ocurre en la curva del conducto de aire del sistema de selección de polvo de la planta de cemento.El uso de cerámicas de alumina resistentes al desgaste tendrá un impacto positivo en la producción real.
3 Aplicación en sistemas de cenizas y escorias
En las centrales eléctricas que utilizan sistemas hidráulicos de eliminación de cenizas y descarga de escorias, las tuberías de entrada y salida, como las bombas de ceniza, las zanjas de ceniza y las boquillas, se desgastan gravemente.Después de utilizar cerámicas de alumina resistentes al desgaste, la vida útil es larga y la resistencia al desgaste es buena, resolviendo problemas como las tareas de mantenimiento mecánico pesado y el ambiente pobre.
4 Como medio de molienda
Debido a su alta dureza, densidad moderada, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y bajo precio,Las bolas de molienda de alumina se utilizan ampliamente en la molienda y procesamiento de materias primas en industrias como el cemento.En la industria de la cerámica de construcción, los materiales de molienda de alta calidad se utilizan para la fabricación de cerámica de construcción, y los materiales de molienda de alta calidad se utilizan para la fabricación de cerámica de construcción.la eficiencia de desgaste de las bolas de molienda de alumina es del 20% al 40% superior a la del sílex natural y las piedrasCon la reducción de los recursos de piedra de bolas naturales de alta calidad y la alta tasa de desgaste de las bolas cerámicas ordinarias, las bolas de molienda de alumina serán cada vez más utilizadas por más y más fabricantes.

5 Extracción de petróleo y gas
Las cerámicas resistentes al desgaste de alumina pueden adaptarse a ambientes hostiles, especialmente aquellos con un contenido de alumina superior al 97% (en masa), que pueden utilizarse en equipos de perforación para petróleo y gas natural.Las aplicaciones típicas incluyen boquillas, asientos de válvulas, dispositivos de regulación, accesorios de bombas e incluso accesorios de brocas que pueden vibrar en ambientes de alta presión, en el petróleo y el mortero de barro,y a veces trabajan en presencia de ácidos y sales., con requisitos más estrictos de resistencia al desgaste y a la corrosión.