Việc ứng dụng vật liệu gốm chịu mài mòn mới trong thiết bị công nghiệp và đường ống ngày càng trở nên phổ biến do hiệu suất tuyệt vời của chúng.Bằng cách thay thế vật liệu kim loại thông thường, tuổi thọ và năng lực sản xuất liên tục của thiết bị đã được cải thiện rất nhiều.Ngày nay, các thành phần gốm chịu mài mòn trong lĩnh vực gốm kỹ thuật cả trong nước và quốc tế hầu hết được làm từ các vật liệu như alumina, zirconia, silicon Carbide và silicon nitride.

Trong số đó, gốm alumina có khả năng chống mài mòn tốt, chống ăn mòn, tính chất cơ học, năng lực sản xuất tuyệt vời và giá cả rất phải chăng.Chúng khá phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp và đã trở thành một trong những vật liệu chịu mài mòn được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực này.Chúng có thể được nhìn thấy ở khắp mọi nơi trong các tình huống hoang dã và không bị kiềm chế như hệ thống nghiền và chế biến quặng, hệ thống nghiền nguyên liệu thô và cắt tốc độ cao.

Bí quyết chống mài mòn của gốm sứ Alumina

Evans đã thực hiện một nghiên cứu có hệ thống về các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ mài mòn của vật liệu gốm và nhận thấy rằng độ cứng và độ bền gãy của vật liệu gốm là những yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ mài mòn của chúng, và vật liệu gốm có độ cứng cao và độ bền gãy có tỷ lệ mài mòn thấp hơn.Các học giả từ nhiều quốc gia khác nhau đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về việc cải thiện độ cứng và độ bền gãy của vật liệu gốm, có thể phân tích theo các khía cạnh sau:

① Kích thước hạt gốm

Có hai loại vật liệu gốm alumina: gốm một pha và gốm nhiều pha (tức là thêm pha thứ hai vào ma trận).Trong lĩnh vực nghiên cứu mối tương quan giữa kích thước hạt và tính chất ma sát gốm, các nhà nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt của pha nền (hoặc pha thứ hai) đến các tính chất ma sát của gốm.

Roy và cộng sự.đã nghiên cứu hiệu suất ma sát và mài mòn của gốm alumina một pha quy mô micromet và micromet trong môi trường sinh học và nhận thấy rằng tốc độ mài mòn của gốm submicron trong môi trường albumin huyết thanh bò thấp hơn nhiều so với gốm sứ quy mô micromet, và khả năng kéo hạt và các vết nứt vi mô ranh giới hạt của gốm siêu nhỏ ít hơn đáng kể so với các vết nứt vi mô của gốm alumina hạt thô.Sedlacek và cộng sự.đã nghiên cứu ảnh hưởng của các kích thước hạt ma trận alumina khác nhau đến hiệu suất mài mòn, với kích thước hạt ma trận alumina dao động từ 0,8 đến 4μSự biến thiên giữa m và SiC pha thứ hai ở cấp độ nano.Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng chống mài mòn của ma trận alumina ở kích thước submicron tốt hơn so với gốm nanocompozit có kích thước hạt micromet;Khi các hạt ma trận ở quy mô subicron, không có mối quan hệ đáng kể giữa khả năng chống mài mòn và độ bền gãy, trong khi tốc độ mài mòn của gốm composite alumina với ma trận ở quy mô micromet giảm khi độ cứng tăng.

Rõ ràng, từ các ví dụ trên, có thể thấy rằng việc tinh chế ngũ cốc có thể giúp cải thiện tính đồng nhất của cấu trúc vật liệu một cách hiệu quả, bao gồm tăng mật độ vật liệu và giảm khuyết tật vật liệu.

② Vật liệu pha thứ hai

Trong lĩnh vực nghiên cứu về các đặc tính ma sát của gốm nhiều pha alumina, việc kết hợp thành phần, tạo thành vật liệu composite bằng cách thêm các pha, hạt (hoặc râu) thứ hai khác nhau, cũng là cách chính để cải thiện các đặc tính ma sát (hoặc cắt) của gốm alumina .Theo các cơ chế ảnh hưởng khác nhau, nó có thể được chia thành nhiều loại, bao gồm cơ chế tự bôi trơn giai đoạn thứ hai, hiệu ứng tăng cường ranh giới hạt giai đoạn thứ hai và cơ chế phản ứng hóa học ma sát giai đoạn thứ hai.

● Cơ chế tự bôi trơn giai đoạn hai.Đưa chất bôi trơn rắn pha thứ hai như than chì, CaF2, PbWO4, MoS2, BN và kim loại mềm vào ma trận gốm Al2O3 có thể làm giảm hệ số ma sát của vật liệu một cách hiệu quả và cải thiện tính chất ma sát của nó.Chất bôi trơn rắn CaF2 10% được đưa vào ma trận gốm composite Al2O3/TiC, và CaF2 được ép đùn và phủ lên bề mặt ma sát để tạo thành màng tự bôi trơn.Màng tự bôi trơn có thể ngăn chặn hiệu quả sự bám dính giữa vật liệu và cặp ma sát, giảm hệ số ma sát và đóng vai trò tự bôi trơn.

Hiệu ứng tăng cường ranh giới hạt giai đoạn thứ hai.Đưa giai đoạn thứ hai (chủ yếu là các hạt và râu) vào ma trận gốm alumina, tận dụng sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt giữa các hạt phân tán và vật liệu ma trận, tạo ra ứng suất dư trong quá trình làm nguội chuẩn bị vật liệu, đạt được hiệu quả tăng cường ranh giới hạt.Khi các vết nứt lan truyền dọc theo ranh giới hạt, chúng không chỉ cần vượt qua năng lượng biên hạt vốn có của vật liệu ma trận mà còn phải vượt qua năng lượng bổ sung do ứng suất nén dư mang lại, từ đó làm tăng khả năng chống lan truyền vết nứt.

Mặt khác, do hệ số giãn nở nhiệt của các hạt pha thứ hai nhỏ hơn so với nền nên hiệu ứng thể tích sẽ xảy ra trong quá trình làm mát vật liệu, dẫn đến các vết nứt vi mô xung quanh các hạt pha thứ hai, gây ra sự lệch vết nứt và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn cho sự lan truyền vết nứt;Ngoài ra, các hạt pha thứ hai thường có dạng hình cầu, làm thụ động đầu vết nứt, giảm nồng độ ứng suất và ngăn ngừa sự lan truyền vết nứt, từ đó cải thiện tính chất ma sát của vật liệu.

Cơ chế phản ứng hóa học ma sát giai đoạn thứ hai.Cơ chế phản ứng hóa học ma sát pha thứ hai đề cập đến phản ứng hóa học giữa pha thứ hai pha tạp trong nền Al2O3 và khí trong không khí (chủ yếu là oxy) hoặc với vật liệu cặp ma sát trong quá trình ma sát, tạo ra màng bôi trơn và làm giảm ma sát. hệ số ma sát của vật liệu, từ đó cải thiện tính chất ma sát của vật liệu.

Đưa hạt TiB2 vào nền gốm Al2O3 để chế tạo dụng cụ cắt gốm composite Al2O3/TiB2, qua thí nghiệm cắt với thép tôi 45#, người ta nhận thấy khi tốc độ cắt lớn hơn 120m/phút tức là nhiệt độ cắt lớn hơn 800 oC, TiB2 trong dụng cụ cắt gốm composite Al2O3/TiB2 phản ứng với oxy để tạo ra TiO2 và B2O3.Do mô đun đàn hồi và độ cứng của TiO2 thấp hơn nhiều so với vật liệu ma trận, độ bền cắt của dụng cụ giảm, dẫn đến hệ số ma sát của vật liệu giảm, giảm độ mòn bám dính của dụng cụ và cải thiện độ mài mòn điện trở của dụng cụ.

③ Cơ chế ma sát

Trong các tình huống ứng dụng khác nhau, cơ chế ma sát của gốm alumina thực sự khác nhau, vì vậy cần kết hợp các phương pháp tăng cường khác nhau để điều chỉnh cách xử lý cho phù hợp.

Cơ chế mài mòn của dụng cụ cắt gốm Al2O3/TiB2 trong quá trình cắt khô tốc độ thấp được đặc trưng bởi độ mòn do dính và mài mòn;Khi cắt khô tốc độ cao, cơ chế mài mòn của dụng cụ được biểu hiện dưới dạng mài mòn oxy hóa.Màng phản ứng được tạo ra trên bề mặt dụng cụ thông qua các phản ứng hóa học ma sát đóng vai trò bôi trơn rắn, cải thiện khả năng chống mài mòn của dụng cụ.Với sự gia tăng hàm lượng TiB2 và tốc độ cắt, hiệu quả chống ma sát và chống mài mòn của màng phản ứng được nâng cao.

Các đặc tính ma sát của vật liệu dụng cụ gốm gốc Al2O3 có liên quan đến loại phụ gia và khả năng chống mài mòn của chúng theo thứ tự giảm dần: Al2O3/SiCw, Al2O3/Ti (C, N) và Al2O3/TiC;Đặc tính ma sát của vật liệu có liên quan đến độ cứng (H), mô đun đàn hồi (E) và độ bền đứt gãy (KIC).Tốc độ hao mòn W tăng khi tăng E/H và giảm khi tăng KIC;Cơ chế mài mòn của vật liệu dụng cụ gốm Al2O3/TiC chủ yếu là mài mòn do dính, trong khi cơ chế mài mòn của vật liệu dụng cụ gốm Al2O3/Ti (C, N) và Al2O3/SiCw chủ yếu là mài mòn.

Ứng dụng của gốm chịu mài mòn alumina

① Ứng dụng trong hệ thống vận chuyển nguyên liệu và than

Sự hao mòn thiết bị của hệ thống vận chuyển than và vật liệu chủ yếu là do lực va chạm và ma sát, với các bộ phận hao mòn là vách ngăn phân cách, ống chữ T và máng than.Những bộ phận này rất dễ bị mòn, thậm chí bị mòn.Khi các nhà máy điện, nhà máy xi măng sử dụng tấm thép mangan lót, thời gian sử dụng thường khoảng 6 tháng, dễ bị bám than, tắc bột;Mặc dù sử dụng tấm polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao không dễ bị chặn nhưng khả năng chống va đập, chống mài mòn của chúng không tốt bằng tấm thép mangan, nhất là khi có bột than và các hạt xi măng bị ép vào và rơi ra ở mối nối giữa lớp lót. tấm và tấm thép.Việc sử dụng gốm chịu mài mòn alumina sẽ cải thiện đáng kể tuổi thọ sử dụng, mang lại những cải tiến đáng kể cho sản xuất an toàn và lợi ích kinh tế.

② Ứng dụng trong hệ thống phay

Sự hao mòn của hệ thống sản xuất bột than trong các nhà máy nhiệt điện than chủ yếu là do bột than va chạm và mài mòn do va đập.Luồng khí bột than tốc độ cao gây ra sự hao mòn nghiêm trọng ở đầu ra của máy nghiền than, đầu vào và đầu ra của máy phân tách bột thô và mịn, cũng như khuỷu ống gió sơ cấp của thiết bị nghiền bột.Hiện tượng tương tự cũng xảy ra ở chỗ uốn ống dẫn khí của hệ thống chọn bột nhà máy xi măng.Việc sử dụng gốm alumina chịu mài mòn sẽ có tác động tích cực đến sản xuất thực tế.

③ Ứng dụng trong hệ thống tro xỉ

Trong các nhà máy điện sử dụng hệ thống loại bỏ tro và xỉ thủy lực, các đường ống vào và ra như máy bơm tro, mương tro, vòi phun bị mòn nghiêm trọng.Sau khi sử dụng gốm alumina chịu mài mòn, tuổi thọ dài và khả năng chống mài mòn tốt, giải quyết các vấn đề như nhiệm vụ bảo trì cơ khí nặng và môi trường kém.

④ Là phương tiện nghiền

Do có độ cứng cao, mật độ vừa phải, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và giá thành rẻ nên bóng mài alumina được sử dụng rộng rãi trong quá trình nghiền và xử lý nguyên liệu thô trong các ngành công nghiệp như xi măng, khoáng sản, gốm sứ, vật liệu điện tử, vật liệu từ tính, sơn phủ. , và sơn.Chúng là một phương tiện mài chất lượng cao.Trong ngành gốm xây dựng, hiệu suất mài mòn của bóng mài alumina cao hơn từ 20% đến 40% so với đá lửa và đá cuội tự nhiên.Với việc giảm nguồn tài nguyên đá bóng tự nhiên chất lượng cao và tỷ lệ mài mòn cao của bóng gốm thông thường, bóng mài alumina sẽ ngày càng được nhiều nhà sản xuất sử dụng.

⑤ Khai thác dầu khí

Gốm chịu mài mòn Alumina có thể thích ứng với môi trường khắc nghiệt, đặc biệt là những môi trường có hàm lượng alumina trên 97% (theo khối lượng), có thể sử dụng trong các thiết bị khoan dầu và khí tự nhiên.Các ứng dụng điển hình bao gồm vòi phun, đế van, thiết bị điều chỉnh, phụ kiện máy bơm và thậm chí cả phụ kiện mũi khoan có thể rung trong môi trường áp suất cao, trong dầu mỏ và vữa bùn, đôi khi hoạt động khi có axit và muối, với các yêu cầu khắt khe hơn về độ mài mòn sức đề kháng và chống ăn mòn.