تطبيقات السيراميك المتقدم في مجال المواد المقاومة للتآكل
صناعة مقاومة التآكل والتآكل هي فرع من صناعة معالجة الأسطح.نظرًا لكونها صناعات ناشئة للرعاية الوقائية وخدمات تكنولوجيا إعادة التصنيع ، فهي مهمة جدًا لحل مشاكل التآكل والتآكل للمعدات وقطع العمل في الطاقة والصلب والتعدين الكيميائي والإسمنت وغيرها من الصناعات.الصناعة المقاومة للتآكل والتآكل لها حيوية قوية.يمكن تحسين عمر الخدمة للمعدات الصناعية بشكل كبير من خلال الحماية من التآكل والتآكل.في الوقت نفسه ، يمكن تقليل استهلاك الفولاذ والمواد الأخرى الناتجة عن الصيانة أو الاستبدال لتوفير الموارد.تعد الصناعة المقاومة للتآكل والتآكل مقياسًا مهمًا لتوفير الموارد وحماية البيئة وتعزيز الاقتصاد الدائري.كما أنهم مساعدين أقوياء للمؤسسات لتحقيق الحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات وتقليل التكاليف وتحسين الكفاءة الاقتصادية.
إن جوهر صناعة مقاومة التآكل والتآكل هو تطبيق المواد والتقنيات الجديدة في الصناعات ذات الصلة.وهي تشمل بشكل أساسي تكنولوجيا السيراميك المقاوم للتآكل ، والرش الحراري ، والسطوح واللوحة المقاومة للتآكل ، والكسوة بالليزر ، وتكنولوجيا الطلاء المضادة للتآكل والمقاومة للاهتراء ، وتكنولوجيا مكافحة التآكل ، وتكنولوجيا المواد المقاومة للاهتراء ، إلخ.
تطبيقات السيراميك المتقدم في مجال المواد المقاومة للتآكل
بناءً على الإحصائيات ، يستهلك الاحتكاك حوالي ثلث الطاقة الأولية في العالم.وفي الوقت نفسه ، هناك حوالي 80٪ من أجزاء الماكينة تتعطل بسبب التآكل.يرتبط فشل تآكل الأجزاء الميكانيكية ارتباطًا وثيقًا باختيار مواد زوج الاحتكاك وظروف الخدمة.بشكل عام،
►تشير المواد المقاومة للتآكل إلى المواد المستخدمة في ظروف الاحتكاك والتآكل بكمية تآكل صغيرة.
►تشير المواد المضادة للاحتكاك إلى مادة ذات معامل احتكاك صغير.
►تشير مواد الاحتكاك إلى مادة ذات معامل احتكاك كبير.
من المهم جدًا اختيار المواد المناسبة واستخدامها بشكل صحيح بناءً على ظروف العمل المختلفة والاحتكاك وأداء التآكل الذي تتطلبه الأجزاء الميكانيكية.على سبيل المثال ، المواد المقاومة للاهتراء المستخدمة في البيئات عالية التأثير هي بشكل عام فولاذ منغنيز عالي.ومع ذلك ، في بيئة الحمل الصغير ، فإن استخدام فولاذ المنغنيز العالي لن يفسح المجال لمزايا تصلب التشوه لصلب المنغنيز العالي ، في حين أن استخدام الحديد الزهر عالي الكروم أكثر ملاءمة.بغض النظر عن المواد المضادة للاحتكاك أو مواد الاحتكاك ، يجب أن يتمتع كلاهما بمقاومة تآكل جيدة في نفس الوقت.لا يمكن لمقاومة التآكل الجيدة للمواد إطالة عمر خدمة الأجزاء الميكانيكية فحسب ، بل تقلل أيضًا من استبدال الأجزاء وكثافة العمالة للعمال.على وجه الخصوص ، يمكن أن توفر مقاومة التآكل الجيدة للمواد أيضًا موارد الطاقة والمواد.لذلك ، من المهم اختيار المواد المقاومة للتآكل بشكل صحيح في تحسين أداء المعدات الميكانيكية وتوفير الطاقة بناءً على ظروف العمل المختلفة ومتطلبات أداء الأجزاء الميكانيكية.
أنواع المواد المقاومة للاهتراء
هناك العديد من المواد المقاومة للاهتراء في العالم.
•بناءً على تركيباتها الكيميائية ، يمكن تقسيم المواد المقاومة للاهتراء إلى مواد معدنية مقاومة للتآكل ، ومواد مقاومة للتآكل من السيراميك ، ومواد مقاومة للتآكل من البوليمر ، ومركبات مقاومة للتآكل.
•بناءً على هياكل المواد المختلفة ، يمكن تقسيم المواد المقاومة للتآكل إلى مواد متكاملة مقاومة للتآكل ومواد مقاومة للتآكل السطحي.
•بناءً على درجة حرارة الاستخدام المختلفة ، يمكن تقسيم المواد المقاومة للتآكل إلى مواد مقاومة للتآكل بدرجة حرارة عادية ومواد مقاومة للتآكل بدرجة حرارة عالية.
1) المواد المعدنية
يمكن تقسيم المواد المعدنية إلى فولاذ مقاوم للتآكل وحديد زهر مقاوم للتآكل.المواد المعدنية المستخدمة بشكل شائع في الإنتاج هي سبائك الصلب المقاومة للاهتراء ، والفولاذ عالي المنغنيز ، والفولاذ المحمل ، والصلب المعدني.تم تحسين مقاومة التآكل لفولاذ المنغنيز العالي عن طريق تصلب التشوه.بالإضافة إلى ذلك ، تعمل أنواع الفولاذ الأخرى المقاومة للتآكل بشكل أساسي على تحسين صلابة ومقاومة التآكل للفولاذ عن طريق إضافة عناصر تشكيل الكربيد وتشكيل الكربيدات بالكربون.في الوقت الحاضر ، اتجاه تطوير الفولاذ المقاوم للاهتراء هو تقوية السبائك الدقيقة (مثل إضافة B ، Ti ، Nb ، V ، إلخ) ، وتعديل الأرض النادرة وتقوية المركب.تشكل هذه العناصر النزرة مركبات في الفولاذ ، مثل إضافة B والعناصر النزرة الأخرى لتشكيل بوريد في الفولاذ ، وإضافة Ti ، Nb ، V لتشكيل كربيد عالي الصلابة لتحسين مقاومة التآكل للفولاذ.يتم إضافة WC و AlO في عملية الصب.يتكون مركب المصفوفة الفولاذية من خلال تقوية مصفوفة الفولاذ بجزيئات متساوية.
2) مواد خزفية
مواد خزفية.تشمل المواد المستخدمة كسيراميك مقاوم للتآكل بشكل أساسي سيراميك الأكسيد وسيراميك الكربيد وخزف النيتريد.تشتمل السيراميك النموذجي المقاوم للتآكل على الألومينا ، وكربيد السيليكون ، ونتريد السيليكون ، وما إلى ذلك. مواد السيراميك هشة للغاية.لذلك ، فإن تشديد مواد السيراميك المقاومة للتآكل هو الاتجاه الرئيسي للبحث.كربيد الأسمنت ، المعروف أيضًا باسم cermet ، عبارة عن سبيكة أساسها Co معززة بجزيئات WC أو TiC.تُستخدم هذه المادة بشكل شائع كأداة وأداة جلخ وأجزاء أخرى تتطلب مقاومة تآكل عالية جدًا.
3) مواد مقاومة للاهتراء البوليمر
تشمل المواد المقاومة للتآكل البوليمر بشكل أساسي النايلون والبولي يوريثين وراتنج الإيبوكسي والمطاط.تتمثل عيوب مواد البوليمر في صلابة منخفضة ودرجة حرارة خدمة منخفضة.لذلك ، فإن تقوية جزيئات أو ألياف السيراميك الشائعة يمكن أن يحسن قوتها ومقاومتها للتآكل.
عادة ما تعتمد الشركات الحديثة تقنية عالية السرعة لتحقيق الأهداف الاقتصادية.يتم تحديد كفاءة المصنع من خلال المعايير التالية:
•خصائص المعدات والمتانة ؛
•تكلفة الاستثمار وتكلفة التشغيل وتكلفة الصيانة والإصلاح.
من بينها ، أهم شيء هو أن تكون آمنًا وموثوقًا في الإنتاج وتقليل الصيانة.لذلك ، من المهم جدًا تقليل تآكل وتآكل معدات التشغيل عالية السرعة.مع الخصائص البارزة لمواد السيراميك ، فإن استخدام منتجات السيراميك يمكن أن يحل مشاكل مقاومة التآكل ومقاومة التآكل المطلوبة في العديد من التطبيقات.بالمقارنة مع المواد المعدنية والبوليمرات ، يتمتع السيراميك بمقاومة تآكل أفضل ومقاومة للتآكل وعزل حراري.
الأنواع الشائعة من السيراميك المقاوم للتآكل
سيراميك أكسيد
1. سيراميك الألومينا
تشير سيراميك الألومينا عادة إلى مواد خزفية ألفا مع الألومينا كمرحلة بلورية رئيسية.وفقًا لمحتوى الألومينا المختلفة ، يمكن تقسيم سيراميك الألومينا إلى 75 بورسلين و 85 بورسلين و 90 بورسلين و 95 بورسلين و 99 بورسلين.مع α- مواد السيراميك مع الألومينا كمرحلة بلورية رئيسية لها الخصائص الممتازة التالية:
•صلابة عالية جدا وقوة ميكانيكية ،
•مقاومة جيدة للتآكل والتوصيل الحراري والقوة الكهربائية
•مقاومة عالية للعزل
•انخفاض فقدان العازل
•الأداء الكهربائي مستقر نسبيًا مع تغير درجة الحرارة والتردد
•تصنيع مريح
•السطح مستو ومسطح.
تم استخدام سيراميك الألومينا على نطاق واسع كمواد عازلة للكهرباء.حتى الآن ، تم العثور على أكثر من عشرة أنواع من الهياكل البلورية Al2O3 ، ولكن هناك ثلاثة أنواع رئيسية.عند درجات حرارة أعلى من 1300 درجة مئوية ، يتم تحويل المراحل البلورية الأخرى بالكامل تقريبًا إلى α- Al2O3.
نظرًا لمصدرها الواسع والسعر المنخفض ومقاومة التآكل الجيدة ، تستخدم مواد سيراميك الألومينا على نطاق واسع في الصناعة.أظهرت النتائج أن مقاومة التآكل لمادة سيراميك Al2O3 95٪ أكثر من 5 مرات من الحديد الزهر عالي الكروم (Cr15Mo3).بالنسبة للاحتكاك والتآكل ، عندما يكون محتوى الألومينا منخفضًا ، يكون لمحتوى الألومينا تأثير على مقاومة التآكل في سيراميك الألومينا.مع زيادة محتوى Al2O3 ، تزداد مقاومة التآكل.التأثير أكثر أهمية في الطحن الرطب.
2. سيراميك زركونيا
تتميز وسط طحن الزركونيا بكثافة عالية وقوة وصلابة عالية.في الواقع ، تبلغ الثقل النوعي لكرة الألومينا حوالي 3.6 جم / سم 3 ، بينما تبلغ الثقل النوعي لكرة الزركونيا حوالي 6.0 جم / سم 3.لذلك ، تتمتع الزركونيا بمقاومة تآكل ممتازة وكفاءة طحن عالية جدًا ، ويمكن أن تمنع تلوث المواد.إنها مناسبة بشكل خاص للطحن والتشتت الرطب.في الوقت الحاضر ، تم استخدامه على نطاق واسع في السيراميك ، والمواد المغناطيسية ، والطلاء ، والأحبار ، والصناعات الدوائية والغذائية ، مثل طلاء السيارات المتقدم ، وطلاء الهاتف المحمول ، وحبر نفث الحبر ، ومستحضرات التجميل المتقدمة ، وما إلى ذلك. المتانة ، ومقاومة التآكل الممتازة ، أصبحت حبات طحن الزركونيا تدريجياً أكثر وسائط الطحن استخدامًا في السوق.
في هندسة المساحيق ، يمكن استخدام الزركونيا كوسيط طحن.في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا استخدام الزركونيا كجزء من مطحنة الرمل.مهمة طاحونة الرمل هي طحن.تحتاج مطحنة الرمل الممتازة إلى مزايا كفاءة الطحن العالية ، أداء المعدات المستقر وجودة المنتج العالية.من أجل ضمان هذه المزايا ، من الضروري طرح متطلبات ملحقاتها:
•مقاومة التآكل الممتازة ، أي معدل التآكل المنخفض أثناء الطحن ، والتي لن تسبب تلوثًا خطيرًا لمنتجات الطحن ؛
•الصلابة الكبيرة ، أي كبيرة بما يكفي لضمان الكفاءة العالية للطحن.
من بين الأجزاء الخزفية ، الزركونيا ليس فقط الجزء الأكثر استخدامًا ، ولكنه أيضًا الجزء الخزفي الأكثر نضجًا في مطحنة الرمل.من بين المواد الماسية الأربعة (الزركونيا والألومينا وكربيد السيليكون ونتريد السيليكون) مع التكنولوجيا الناضجة ، تتمتع الزركونيا بأفضل صلابة.في مطحنة الرمل الدوارة عالية السرعة ، تكون ميزة الزركونيا كدوار أكثر وضوحًا.في عملية الدوران عالي السرعة ، ستؤدي عملية الطحن الملامس بين الدوار والمادة بسهولة إلى حدوث تشققات في أجزاء السيراميك.سوف تنكسر الأجزاء الخزفية بمرور الوقت.فقط سيراميك الزركونيا يمكنه تلبية متانة الخدمة لظروف العمل الخاصة هذه.يلبي تطبيق الدوارات الخزفية متطلبات تحضير وتطبيق العديد من المساحيق متناهية الصغر عالية النقاء بدون تلوث مغناطيسي مغناطيسي.
3. سيراميك زركونيا ألومينا ألومنيوم مركب
مع صلابة عالية وخصائص كيميائية مستقرة وسعر مناسب ، تستخدم كرات سيراميك الألومينا على نطاق واسع.تتميز كرة طحن الزركونيا بنسبة كبيرة وصلابة جيدة.في الوقت الحاضر ، يتم تطبيقه أيضًا في العديد من الأسواق.في الواقع ، إن هشاشة سيراميك Al2O3 يعيق بشكل خطير تطبيق وتطوير سيراميك الألومينا.في السنوات الأخيرة ، حاول الباحثون تحسين الخواص الميكانيكية لسيراميك الألومينا بإضافة المرحلة الثانية.
تتميز الألومينا بصلابة عالية ، بينما تتمتع الزركونيا بصلابة جيدة.تشكل المادتان مركبات ممتازة ذات قوة عالية وصلابة عالية في منتج ZTA ، والتي تستخدم على نطاق واسع.تتميز سيراميك ZTA بقوة الانحناء العالية ومتانة الكسر في درجة حرارة الغرفة ، فضلاً عن الأداء الممتاز في مقاومة التآكل.لا تُظهر هذه المادة الخزفية المركبة خصائص الصلابة العالية والقوة العالية لسيراميك الزركونيا فحسب ، بل تحتفظ أيضًا بمزايا الصلابة العالية لسيراميك الألومينا.مع تحسين الخواص الميكانيكية الشاملة ، تم أيضًا تحسين مقاومة التآكل بشكل كبير.يمكن تعديل النسبة المحددة من المادتين وفقًا لمتطلبات الاستخدام الفعلي للمستخدمين.تعتبر خصائص سيراميك الألومينا المقوى بالزركونيا أفضل من 99 سيراميك الألومينا ، لكن أسعارها أقل من سيراميك الزركونيا.يتم تعديل المواد الكاشطة المصنوعة من الألومنيوم الزركونيوم / البطانات المقاومة للاهتراء وتقويتها من خلال إدخال عنصر الزركونيوم النزرة.يؤدي استخدام تشديد تحويل الطور لتشكيل هيكل متعدد البلورات إلى تحسين القوة والمتانة ومقاومة التآكل للمنتج.يعمل هذا أيضًا على تحسين متانة تأثير مواد الكشط الخزفية / البطانات المقاومة للاهتراء بشكل كبير.
سيراميك كربيد
اعتمادًا على صلابة عالية وقوة عالية ومقاومة عالية للتآكل ، يتم استخدام سيراميك الكربيد على نطاق واسع في بيئة درجات الحرارة العالية مع مقاومة التآكل ومقاومة التآكل.تشتمل السيراميك عالي المقاومة للتآكل على كربيد السيليكون وكربيد البورون.
1. سيراميك كربيد السيليكون
نظرًا لخصائصها الممتازة ، فإن سيراميك كربيد السيليكون يستخدم على نطاق واسع في الدفاع الوطني والآلات والمعادن والإلكترونيات والمجالات الصناعية الأخرى.
من بين العديد من المواد الخزفية ، يتميز كربيد السيليكون بصلابة عالية ومقاومة عالية لدرجة الحرارة واستقرار حراري جيد ومعامل منخفض للتمدد الحراري وموصلية حرارية ممتازة.لطالما كان كربيد السيليكون موضوع بحث ساخن في علم المواد.بالمقارنة مع الزركونيا ، فإن كربيد السيليكون المستخدم في أسطوانة الطحن لمطحنة الرمل لديه على الأقل العديد من المزايا ، مثل التبديد السريع للحرارة ، والتكلفة المنخفضة ، والمزيد من مقاومة التآكل.يمكن أن تمنع ميزة التبديد السريع للحرارة تكتل المواد في جسم الطحن بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، وبالتالي تحسين كفاءة الطحن.من حيث مقاومة التآكل ، فإن كربيد السيليكون لديه أداء ممتاز.ومع ذلك ، فإنه يحتوي أيضًا على أوجه قصور تتمثل في عدم كفاية المتانة وسهولة التجزئة.ليس من السهل صنع برميل كبير.
2. كربيد البورون
كربيد البورون المضغوط على الساخن هو مركب حراري غير معدني.إنها واحدة من أصعب المواد في الكاشطة الصناعية.المنتجات الساخنة المضغوط لديها مقاومة عالية للتآكل.المنتج رمادي أسود ولامع.تتمتع سيراميك كربيد البورون بمقاومة تآكل جيدة.لها تطبيقات مهمة في مجال مقاومة التآكل.في ظل الظروف القاسية ، فإن الفوهة المصنوعة من سيراميك كربيد البورون لها عمر خدمة طويل.إنه أعلى بكثير من الفوهة المصنوعة من أكسيد الألومنيوم وكربيد التنجستن ومواد أخرى.
في عملية وحدة هندسة المساحيق ، يتم تحضير مسحوق السيراميك بواسطة مجفف الرش بالطرد المركزي.تتميز هذه الطريقة بتلوث أقل ، وسرعة تجفيف سريعة ، ومحتوى مائي منتظم ، وتوزيع ضيق لحجم الجسيمات ، وسيولة مسحوق جيدة ، وما إلى ذلك ، ومع ذلك ، فإن العديد من مساحيق السيراميك لها صلابة عالية ويتم ارتداؤها بشكل خطير لفوهات الطرد المركزي عالية السرعة.من خلال إضافة مادة كربيد البورون ، يكون فعالاً في تحسين عمر خدمة الفوهة.
سيراميك نيتريد
1. سيراميك نيتريد السيليكون
يحتوي سيراميك نيتريد السيليكون على جاذبية نوعية صغيرة ، ومعامل تمدد حراري منخفض ، ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية ، وصلابة عالية للكسر.يتم استخدامها على نطاق واسع في الفضاء ، ومحركات السيارات ، والآلات ، والصناعات الكيماوية وغيرها من المجالات ، خاصة كمادة هيكلية جديدة ذات درجة حرارة عالية.
في مجال هندسة المساحيق ، تبلغ كثافة عجلة التدريج لطاحونة نيتريد السيليكون 3.2 جم / م.وزن جسمها 2/3 من المواد المعدنية.أكبر ميزة استخدام لعجلة تصنيف نيتريد السيليكون هي منع التلوث المعدني.بالإضافة إلى ذلك ، فإن الثقل النوعي أصغر بنسبة 40٪ من جاذبية سيراميك الزركونيا.هذا لا يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك طاقة المحرك فحسب ، بل يتطلب أيضًا محركًا أقل.في ظل المحرك الحالي ، يمكن تحقيق رفع تردد التشغيل للحصول على جزيئات دقيقة.
كنوع جديد من وسط الطحن ، دخل نيتريد السيليكون إلى مجال التطبيق الصناعي.لقد جذب نيتريد السيليكون الكثير من الاهتمام بسبب معدل التآكل المنخفض للغاية والخصائص الميكانيكية الممتازة.على الرغم من محدودية التكلفة ومستوى معالجة نيتريد السيليكون ، إلا أن نيتريد السيليكون لا يستخدم على نطاق واسع.الثقل النوعي الصغير لنتريد السيليكون لا يساعد على الطحن الفعال.ومع ذلك ، لا يزال نيتريد السيليكون مادة كاشطة محتملة وفقًا لمتطلبات التآكل المنخفضة لاستخدام وسائط الطحن.
2. نيتريد الألومينا
تتميز سيراميك نيتريد الألومنيوم بصلابة عالية وخصائص مقاومة درجات الحرارة العالية.يمكن استخدامه كأدوات قطع وعجلات طحن وقوالب سحب الأسلاك ، فضلاً عن المواد الخام لصنع مواد الأدوات ومواد السيراميك المعدنية.تتمتع سيراميك نيتريد الألومنيوم أيضًا بمقاومة تآكل ممتازة.يمكن استخدامه كجزء من مقاومة التآكل.نظرًا لتكلفتها العالية ، لا يمكن استخدامها إلا للأجزاء ذات التآكل الشديد.طلاء بعض الأسطح المعدنية المؤكسدة بسهولة أو الأسطح غير المعدنية بطبقة AIN.هذا يمكن أن يحسن مقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل ؛يمكن استخدامه أيضًا كطلاء مضاد للتآكل ، مثل معالج المواد المسببة للتآكل وبطانة الحاويات.
الوقت ما بعد: ديسمبر 03-2022