APLICACIÓN DE CERÁMICAS AVANZADAS EN EL CAMPO DE MATERIALES RESISTENTES AL DESGASTE
Las industrias resistentes al desgaste y a la corrosión son una rama de la industria de tratamiento de superficies.Es una industria emergente para el cuidado preventivo y los servicios de tecnología de remanufactura para resolver los problemas de desgaste y corrosión de equipos y piezas de trabajo en las industrias de energía, acero, minería química, cemento y otras.La industria resistente al desgaste y a la corrosión tiene una gran vitalidad.A través de la protección contra el desgaste y la corrosión de los equipos industriales, se puede mejorar considerablemente su vida útil y se puede reducir el consumo de acero y otros materiales causados por su mantenimiento o reemplazo para ahorrar recursos.Las industrias resistentes al desgaste y a la corrosión son medidas importantes para ahorrar recursos, proteger el medio ambiente y promover la economía circular.También son un poderoso asistente para que las empresas logren ahorro de energía, reducción de emisiones y costos, y mejora de la eficiencia económica.Las industrias resistentes al desgaste y resistentes a la corrosión tienen las características de transversales, marginales y multidisciplinarias.
El núcleo de las industrias resistentes al desgaste y a la corrosión es la aplicación de nuevos materiales y tecnologías en industrias relacionadas.Incluye principalmente tecnología cerámica resistente al desgaste, rociado térmico, superficie y placa resistente al desgaste, revestimiento láser, tecnología de recubrimiento resistente a la corrosión y resistente al desgaste, tecnología resistente a la corrosión, tecnología de materiales resistentes al desgaste, etc.
Aplicación de Cerámicas Avanzadas en el Campo de los Materiales Resistentes al Desgaste
Según las estadísticas, la fricción consume alrededor de 1/3 de la energía disponible en el mundo, y alrededor del 80 % de las piezas de las máquinas fallan debido al desgaste.La falla por desgaste de las piezas mecánicas está estrechamente relacionada con la selección de los materiales del par de fricción y las condiciones de servicio.En general, los materiales utilizados en condiciones de fricción y desgaste con una pequeña cantidad de desgaste se denominan materiales resistentes al desgaste;El material con coeficiente de fricción pequeño se llama material antifricción;El material con gran coeficiente de fricción se llama material de fricción.Es muy importante seleccionar y utilizar correctamente los materiales apropiados para las diferentes condiciones de trabajo y las propiedades de fricción y desgaste que requieren los componentes mecánicos.Por ejemplo, generalmente es apropiado seleccionar acero con alto contenido de manganeso como material resistente al desgaste en un entorno de alto impacto, pero en un entorno de carga de impacto pequeño, el acero con alto contenido de manganeso no puede tener la ventaja del endurecimiento por deformación del acero con alto contenido de manganeso, mientras que el hierro fundido con alto contenido de cromo es más apropiado.Además, tanto los materiales antifricción como los materiales de fricción esperan tener una buena resistencia al desgaste al mismo tiempo.La buena resistencia al desgaste de los materiales no solo puede prolongar la vida útil de las piezas mecánicas, reducir el reemplazo de piezas y la intensidad de trabajo de los trabajadores, sino también ahorrar energía y recursos materiales.Por lo tanto, según las diferentes condiciones de trabajo y los requisitos de rendimiento de las piezas mecánicas, es de gran importancia seleccionar correctamente los materiales resistentes al desgaste para mejorar el rendimiento del equipo mecánico y ahorrar energía.
¿Cuáles son los tipos de materiales resistentes al desgaste?
Hay muchos tipos de materiales resistentes al desgaste, que se pueden dividir en materiales metálicos resistentes al desgaste, materiales cerámicos resistentes al desgaste, materiales poliméricos resistentes al desgaste y compuestos resistentes al desgaste según su composición química;Según la estructura del material, se puede dividir en materiales integrales resistentes al desgaste y materiales superficiales resistentes al desgaste;Los materiales resistentes al desgaste se pueden dividir en materiales resistentes al desgaste a temperatura normal y materiales resistentes al desgaste a alta temperatura según las diferentes temperaturas de servicio.
① Materiales metálicos.Los materiales metálicos también se pueden dividir en acero resistente al desgaste y hierro fundido resistente al desgaste.Los más utilizados son el acero de aleación resistente al desgaste, el acero con alto contenido de manganeso, el acero para rodamientos y el acero para herramientas.A excepción del acero con alto contenido de manganeso, que mejora la resistencia al desgaste mediante el endurecimiento por deformación, otros aceros resistentes al desgaste mejoran principalmente la dureza y la resistencia al desgaste del acero al agregar elementos formadores de carburo y formar carburos con carbono.En la actualidad, la tendencia de desarrollo del acero resistente al desgaste es el fortalecimiento de microaleaciones (como agregar B, Ti, Nb, V, etc.), la modificación de tierras raras y el fortalecimiento de compuestos.Estos elementos traza forman compuestos en el acero, como agregar B y otros elementos traza en el acero para formar boruro, y agregar Ti, Nb, V, etc. para formar carburo de alta dureza para mejorar la resistencia al desgaste del acero.WC y AlO se agregan en el proceso de fundición.El compuesto de matriz de acero se forma reforzando la matriz de acero con partículas iguales.
② Materiales cerámicos.Los materiales utilizados como cerámicas resistentes al desgaste incluyen principalmente cerámicas de óxido, cerámicas de carburo y cerámicas de nitruro.Las cerámicas típicas resistentes al desgaste incluyen alúmina, carburo de silicio, nitruro de silicio, etc. Los materiales cerámicos son muy frágiles, por lo que el endurecimiento de los materiales cerámicos resistentes al desgaste es la principal dirección de investigación.El carburo cementado, también conocido como cermet, es una aleación a base de Co reforzada con partículas de WC o TiC, que se usa comúnmente como herramientas, abrasivos y otras piezas que requieren una resistencia al desgaste muy alta.
③ Materiales poliméricos resistentes al desgaste.Los materiales poliméricos resistentes al desgaste incluyen principalmente nailon, poliuretano, resina epoxi y caucho.Las desventajas de los materiales poliméricos son la baja dureza y la baja temperatura de servicio, por lo que a menudo se utilizan partículas o fibras cerámicas para fortalecerlos y mejorar su resistencia y resistencia al desgaste.
Por motivos económicos, las empresas modernas suelen adoptar tecnología de alta velocidad.La eficiencia de la fábrica está determinada por los siguientes parámetros: características y durabilidad del equipo;Costo de inversión, costo de operación, costo de mantenimiento y reparación, entre los cuales los más importantes son la seguridad y confiabilidad en la producción y la reducción del mantenimiento.Por lo tanto, es muy importante reducir el desgaste y la corrosión de los equipos que funcionan a alta velocidad.Debido a las características sobresalientes de los materiales cerámicos, el uso de cerámica puede resolver los problemas de resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión requeridos en muchas aplicaciones.En comparación con los materiales metálicos y los polímeros, la cerámica tiene mejor resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y aislamiento térmico.
¿Tipos comunes de cerámica resistente al desgaste?
Cerámica de óxido
1. Cerámica de alúmina
Las cerámicas de alúmina generalmente se refieren a materiales cerámicos α con alúmina como la fase cristalina principal.Según los diferentes contenidos de alúmina, hay 75 porcelana, 85 porcelana, 90 porcelana, 95 porcelana y 99 porcelana.con α- Los materiales cerámicos con óxido de aluminio como fase cristalina principal tienen alta dureza y resistencia mecánica, buena resistencia a la abrasión, conductividad térmica, alta resistencia eléctrica y resistencia al aislamiento, baja pérdida dieléctrica, rendimiento eléctrico estable con cambios de temperatura y frecuencia, y son ampliamente utilizados como materiales de aislamiento eléctrico por su conveniente fabricación, superficie uniforme y plana.Hasta ahora, se han encontrado más de diez tipos de estructuras cristalinas de Al2O3, pero hay principalmente tres tipos.A temperaturas superiores a 1300 ℃, otras fases cristalinas se transforman casi por completo en α-Al2O3.
Los materiales cerámicos de alúmina son ampliamente utilizados en la industria debido a su amplia fuente, bajo precio y buena resistencia al desgaste.Los resultados muestran que la resistencia al desgaste por erosión del material cerámico con un 95 % de Al2O3 es más de 5 veces mayor que la del hierro fundido con alto contenido de cromo (Cr15Mo3).Para la fricción y el desgaste, cuando el contenido de alúmina es bajo, el contenido de alúmina tiene un impacto en la resistencia al desgaste de las cerámicas de alúmina.Con el aumento del contenido de Al2O3, se mejora la resistencia al desgaste y el efecto es más significativo en la molienda húmeda.
2. Cerámica de circonio
El medio de molienda de zirconia tiene alta densidad (la gravedad específica de la bola de alúmina es de aproximadamente 3,6 g/cm3 y la gravedad específica de la bola de zirconia es de aproximadamente 6,0 g/cm3), alta resistencia y tenacidad, por lo que tiene una excelente resistencia al desgaste y una molienda muy alta eficiencia, y puede prevenir la contaminación material.Es especialmente adecuado para molienda húmeda y dispersión.En la actualidad, ha sido ampliamente utilizado en las industrias de cerámica, materiales magnéticos, recubrimientos, tintas, medicina y alimentos.Por ejemplo: pintura avanzada para automóviles, pintura para teléfonos móviles, tinta para inyección de tinta, cosméticos avanzados, etc. aproximadamente 3,6 g/cm3, y la gravedad específica de las bolas de zirconio es de aproximadamente 6,0 g/cm3), alta tenacidad y excelente resistencia al desgaste.
En la ingeniería de polvos, además de usarse como medio de molienda, la zirconia también se usa como accesorio del molino de arena.Todo el mundo está familiarizado con el molino de arena.Su tarea es moler.Un excelente molino de arena debe tener las ventajas de una alta eficiencia de molienda, un rendimiento estable del equipo y una alta calidad del producto.Para garantizar estas ventajas, es necesario presentar requisitos para sus accesorios: primero, tiene resistencia al desgaste, es decir, tiene una baja tasa de desgaste al moler y no causará una contaminación grave a los productos de molienda;2、La dureza es lo suficientemente grande como para garantizar la alta eficiencia de la molienda.Entre las piezas de cerámica, la zirconia es la pieza de cerámica más madura utilizada en el molino de arena y tiene una amplia gama de aplicaciones.Entre los cuatro materiales de diamante más maduros, zirconia, alúmina, carburo de silicio y nitruro de silicio, la zirconia tiene la mejor tenacidad.En molinos de arena giratorios de alta velocidad, tiene ventajas más obvias como rotor.Porque en el proceso de rotación de alta velocidad, el proceso de rectificado por contacto entre el rotor y los materiales provocará fácilmente grietas en las piezas de cerámica, lo que provocará la fractura de las piezas de cerámica con el tiempo.Solo las cerámicas de zirconio pueden cumplir con la tenacidad de uso de esta condición de trabajo especial.La aplicación de rotores cerámicos cumple con los requisitos para la preparación y aplicación de muchos polvos ultrafinos de alta pureza sin contaminación ferromagnética.
3. Cerámica compuesta de aluminio y alúmina de circonio
La bola de cerámica de alúmina es ampliamente utilizada debido a su alta dureza, propiedades químicas estables y precio adecuado;Las bolas de molienda de zirconio también se utilizan en muchos mercados debido a su gran proporción y buena tenacidad.Sin embargo, la fragilidad de las cerámicas de Al2O3 dificulta seriamente la aplicación y el desarrollo de las cerámicas de alúmina.En los últimos años, los investigadores han intentado mejorar las propiedades mecánicas de las cerámicas de alúmina añadiendo segundas fases.
El óxido de aluminio tiene una alta dureza y la zirconia tiene una buena tenacidad.Los dos materiales forman excelentes compuestos con alta resistencia y alta tenacidad, que se utilizan más ampliamente.Las cerámicas ZTA tienen una alta resistencia a la flexión y tenacidad a la fractura a temperatura ambiente, por lo que las cerámicas endurecidas con zirconio tienen una excelente resistencia al desgaste.Este material cerámico compuesto no solo muestra las características de la cerámica de zirconio con alta tenacidad y resistencia, sino que también conserva las ventajas de la cerámica de alúmina con alta dureza.Con la mejora de esta propiedad mecánica integral, su resistencia al desgaste también se ha mejorado considerablemente.La proporción específica de los dos materiales se puede ajustar de acuerdo con los requisitos de uso reales de los usuarios.Las propiedades de la cerámica de alúmina endurecida con zirconia son mejores que las de la cerámica de alúmina 99 y el precio es más bajo que el de la cerámica de zirconia.Los abrasivos cerámicos de circonio y aluminio/revestimientos resistentes al desgaste se modifican y endurecen mediante la introducción de oligoelementos de circonio y se endurecen mediante transformación de fase, formando una estructura policristalina.Se mejoran la resistencia y la tenacidad, y la resistencia al desgaste es buena, lo que mejora en gran medida la tenacidad al impacto de los abrasivos cerámicos/revestimientos resistentes al desgaste.
Cerámica de carburo
Las cerámicas de carburo se usan ampliamente en ambientes de alta temperatura con resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste debido a su alta dureza, alta resistencia y alta resistencia al desgaste.Las cerámicas de alta resistencia al desgaste, como el carburo de silicio y el carburo de boro, son comunes.
1. Cerámica de carburo de silicio
Las cerámicas de carburo de silicio son ampliamente utilizadas en defensa nacional, maquinaria, metalurgia, electrónica y otros campos industriales debido a sus excelentes propiedades.Entre muchos materiales cerámicos, el carburo de silicio ha sido un punto importante en la investigación de la ciencia de los materiales debido a su alta dureza, resistencia a altas temperaturas, buena estabilidad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica y excelente conductividad térmica.En comparación con la zirconia, el carburo de silicio tiene al menos varias ventajas, como una rápida disipación del calor, un bajo costo y una mayor resistencia al desgaste cuando se aplica al cilindro de molienda del molino de arena.La ventaja de la rápida disipación de calor puede prevenir la aglomeración de materiales en el cuerpo de molienda debido a la alta temperatura, mejorando así la eficiencia de molienda.En términos de resistencia al desgaste, el carburo de silicio tiene un rendimiento excelente, pero también tiene las desventajas de una tenacidad insuficiente y una fácil fragmentación.No es fácil hacer un barril grande.
2. Carburo de boro
El carburo de boro prensado en caliente, un compuesto refractario no metálico, es una de las sustancias más duras de los abrasivos artificiales.Los productos prensados en caliente tienen alta resistencia al desgaste, gris negro y brillante.Las cerámicas de carburo de boro tienen una buena resistencia al desgaste, por lo que tienen importantes aplicaciones en el campo de la resistencia al desgaste.Las boquillas fabricadas con cerámica de carburo de boro tienen una larga vida útil en condiciones severas, muy superior a las fabricadas con óxido de aluminio, carburo de tungsteno y otros materiales.
En la operación unitaria de ingeniería de polvos, el secador por aspersión centrífugo se usa para preparar polvo cerámico, que tiene las ventajas de una pequeña contaminación, velocidad de secado rápido, contenido de agua uniforme, distribución estrecha del tamaño de partícula, buena fluidez del polvo, etc., pero muchas cerámicas Los polvos tienen una gran dureza, lo que provoca un desgaste grave de las boquillas centrífugas giratorias de alta velocidad.El uso de carburo de boro puede mejorar efectivamente la vida útil de las boquillas.
Cerámica de nitruro
1. Cerámica de nitruro de silicio
Las cerámicas de nitruro de silicio tienen una gravedad específica pequeña, un bajo coeficiente de expansión térmica, buena resistencia al choque térmico y alta tenacidad a la fractura.Son ampliamente utilizados en la industria aeroespacial, motores de automóviles, maquinaria, industria química y otros campos, especialmente como un nuevo material estructural de alta temperatura, tienen ventajas obvias.
En el campo de la ingeniería de polvos, la densidad de la rueda clasificadora del molino de chorro de nitruro de silicio es de 3,2 g/m y su peso corporal es 2/3 del material metálico.La característica de mayor uso de la rueda de clasificación de nitruro de silicio es evitar la contaminación por metales.Además, su proporción es un 40 % más pequeña que la de la cerámica de zirconia, que no solo puede reducir en gran medida el consumo de energía del motor, sino que también tiene menos requisitos para el motor.Bajo el motor existente, puede lograr una sobrefrecuencia para obtener partículas con un tamaño de partícula más fino.
El nitruro de silicio, como un nuevo tipo de medio de molienda, ha ingresado al campo de aplicación industrial.Con una tasa de desgaste extremadamente baja y excelentes propiedades mecánicas, ha llamado mucho la atención.Aunque está limitado por el costo y el nivel de procesamiento del nitruro de silicio, el nitruro de silicio no se usa tanto, y la proporción relativamente pequeña de nitruro de silicio no conduce a una molienda eficiente, pero el uso del medio de molienda requiere poco desgaste, el nitruro de silicio también es un potencial material abrasivo.
2. nitruro de aluminio
Con alta dureza y resistencia a altas temperaturas, las cerámicas de nitruro de aluminio se pueden utilizar como herramientas de corte, muelas abrasivas, troqueles de trefilado y materias primas para fabricar materiales de herramientas y materiales cerámicos metálicos.También tiene una excelente resistencia al desgaste y se puede utilizar como piezas resistentes al desgaste.Sin embargo, debido a su alto costo, solo puede usarse para piezas con un desgaste severo.Recubrir algunas superficies metálicas o no metálicas que se oxidan fácilmente con revestimiento AIN puede mejorar su resistencia a la oxidación y al desgaste;También se puede utilizar como revestimiento anticorrosivo, como el procesador de sustancias corrosivas y el revestimiento de contenedores.