Applications des céramiques avancées dans le domaine des matériaux résistants à l'usure
L'industrie de la résistance à l'usure et à la corrosion est une branche de l'industrie du traitement de surface.En tant qu'industries émergentes de soins préventifs et de services technologiques de remise à neuf, elles sont très importantes pour résoudre les problèmes d'usure et de corrosion des équipements et des pièces dans les industries de l'énergie, de l'acier, des mines chimiques, du ciment et d'autres industries.L'industrie résistante à l'abrasion et à la corrosion a une forte vitalité.La durée de vie des équipements industriels peut être considérablement améliorée grâce à une protection contre l'usure et la corrosion.Dans le même temps, la consommation d'acier et d'autres matériaux causée par l'entretien ou le remplacement peut être réduite pour économiser les ressources.L'industrie résistante à l'usure et à la corrosion est une mesure importante pour économiser les ressources, protéger l'environnement et promouvoir l'économie circulaire.Ce sont également de puissants assistants pour les entreprises afin de réaliser des économies d'énergie et de réduire les émissions, de réduire les coûts et d'améliorer l'efficacité économique.
Le cœur de l'industrie de la résistance à l'usure et à la corrosion est l'application de nouveaux matériaux et technologies dans les industries connexes.Il comprend principalement la technologie céramique résistante à l'usure, la pulvérisation thermique, la plaque de surfaçage et résistante à l'usure, le revêtement laser, la technologie de revêtement anti-corrosion et résistant à l'usure, la technologie anti-corrosion, la technologie des matériaux résistant à l'usure, etc.
Applications des céramiques avancées dans le domaine des matériaux résistants à l'usure
Selon les statistiques, le frottement consomme environ 1/3 de l'énergie primaire dans le monde.Pendant ce temps, environ 80% des pièces de la machine échouent en raison de l'usure.La défaillance par usure des pièces mécaniques est étroitement liée à la sélection des matériaux des paires de friction et aux conditions de service.En général,
►Les matériaux résistants à l'usure font référence aux matériaux utilisés dans des conditions de frottement et d'usure avec une faible usure.
►Les matériaux antifriction se réfèrent au matériau à faible coefficient de frottement.
►Les matériaux de friction se réfèrent au matériau avec un grand coefficient de frottement.
Il est très important de sélectionner et d'utiliser correctement les bons matériaux en fonction des différentes conditions de travail et des performances de frottement et d'usure requises par les pièces mécaniques.Par exemple, les matériaux résistants à l'usure utilisés dans les environnements à fort impact sont généralement de l'acier à haute teneur en manganèse.Cependant, dans l'environnement de faible charge d'impact, l'utilisation d'acier à haute teneur en manganèse ne fera pas jouer les avantages du durcissement par déformation de l'acier à haute teneur en manganèse, tandis que l'utilisation de fonte à haute teneur en chrome est plus appropriée.Peu importe les matériaux antifriction ou les matériaux de friction, les deux doivent avoir une bonne résistance à l'usure en même temps.La bonne résistance à l'usure des matériaux peut non seulement prolonger la durée de vie des pièces mécaniques, mais également réduire le remplacement des pièces et l'intensité du travail des travailleurs.En particulier, la bonne résistance à l'usure des matériaux peut également économiser de l'énergie et des ressources matérielles.par conséquent, il est important de sélectionner correctement les matériaux résistants à l'usure pour améliorer les performances des équipements mécaniques et économiser de l'énergie en fonction des différentes conditions de travail et des exigences de performances des pièces mécaniques.
Types de matériaux résistants à l'usure
Il existe différents matériaux résistants à l'usure dans le monde.
•Sur la base de leurs compositions chimiques, les matériaux résistants à l'usure peuvent être divisés en matériaux métalliques résistants à l'usure, matériaux céramiques résistants à l'usure, matériaux polymères résistants à l'usure et composites résistants à l'usure.
•Basés sur différentes structures de matériaux, les matériaux résistants à l'usure peuvent être divisés en matériaux résistants à l'usure intégrés et en matériaux résistants à l'usure de surface.
•Sur la base des différentes températures d'utilisation, les matériaux résistants à l'usure peuvent être divisés en matériaux résistants à l'usure à température normale et en matériaux résistants à l'usure à haute température.
1) Matériaux métalliques
Les matériaux métalliques peuvent être divisés en acier résistant à l'usure et en fonte résistante à l'usure.Les matériaux métalliques couramment utilisés dans la production sont l'acier allié résistant à l'usure, l'acier à haute teneur en manganèse, l'acier à roulement et l'acier à outils.La résistance à l'usure de l'acier à haute teneur en manganèse est améliorée par le durcissement par déformation.De plus, d'autres aciers résistants à l'usure améliorent principalement la dureté et la résistance à l'usure de l'acier en ajoutant des éléments de formation de carbure et en formant des carbures avec du carbone.À l'heure actuelle, la tendance de développement de l'acier résistant à l'usure est le renforcement du microalliage (tel que l'ajout de B, Ti, Nb, V, etc.), la modification des terres rares et le renforcement composite.Ces oligo-éléments forment des composés dans l'acier, tels que l'ajout de B et d'autres oligo-éléments pour former du borure dans l'acier, et l'ajout de Ti, Nb, V pour former du carbure de dureté élevée afin d'améliorer la résistance à l'usure de l'acier.WC et AlO sont ajoutés dans le processus de coulée.Le composite à matrice d'acier est formé en renforçant la matrice d'acier avec des particules égales.
2)Matériaux céramiques
Matériaux céramiques.Les matériaux utilisés comme céramiques résistantes à l'usure comprennent principalement la céramique oxyde, la céramique carbure et la céramique nitrure.Les céramiques résistantes à l'usure typiques comprennent l'alumine, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, etc. Les matériaux céramiques sont très fragiles.Par conséquent, la trempe des matériaux céramiques résistants à l'usure est la principale direction de recherche.Le carbure cémenté, également appelé cermet, est un alliage à base de Co renforcé par des particules de WC ou de TiC.Ce matériau est couramment utilisé comme outil, outil abrasif et autres pièces nécessitant une très grande résistance à l'usure.
3) Matériaux polymères résistants à l'usure
Les matériaux polymères résistants à l'usure comprennent principalement le nylon, le polyuréthane, la résine époxy et le caoutchouc.Les inconvénients des matériaux polymères sont leur faible dureté et leur faible température de service.Par conséquent, le renforcement des particules ou fibres céramiques courantes peut améliorer leur résistance et leur résistance à l'usure.
Les entreprises modernes adoptent généralement une technologie à haut débit pour atteindre leurs objectifs économiques.L'efficacité de l'installation est déterminée par les paramètres suivants :
•Caractéristiques et durabilité de l'équipement ;
•Coût d'investissement, coût d'exploitation, coût d'entretien et de réparation.
Parmi eux, le plus important est d'être sûr et fiable en production et de réduire la maintenance.Par conséquent, il est très important de réduire l'usure et la corrosion des équipements fonctionnant à grande vitesse.Avec les caractéristiques exceptionnelles des matériaux céramiques, l'utilisation de produits céramiques peut résoudre les problèmes de résistance à l'usure et de résistance à la corrosion requis dans de nombreuses applications.Comparées aux matériaux métalliques et aux polymères, les céramiques ont une meilleure résistance à l'usure, à la corrosion et à l'isolation thermique.
Types courants de céramiques résistantes à l'usure
Céramique oxydée
1. Céramique d'alumine
Les céramiques d'alumine font généralement référence aux matériaux céramiques α avec l'alumine comme phase cristalline principale.Selon les différentes teneurs en alumine, les céramiques d'alumine peuvent être divisées en porcelaine 75, porcelaine 85, porcelaine 90, porcelaine 95 et porcelaine 99.avec α- Les matériaux céramiques avec de l'alumine comme phase cristalline principale ont les excellentes propriétés suivantes :
•Très haute dureté et résistance mécanique,
•Bonne résistance à l'abrasion, conductivité thermique et résistance électrique
•Haute résistance d'isolation
•Faible perte diélectrique
•La performance électrique est relativement stable avec le changement de température et de fréquence
•Fabrication pratique
•La surface est uniforme et plane ;
Les céramiques d'alumine ont été largement utilisées comme matériaux d'isolation électrique.Jusqu'à présent, plus de dix types de structures cristallines Al2O3 ont été trouvés, mais il en existe principalement trois types.À des températures supérieures à 1300 ℃, les autres phases cristallines sont presque complètement transformées en α- Al2O3.
En raison de sa large source, de son prix bas et de sa bonne résistance à l'usure, les matériaux céramiques d'alumine sont largement utilisés dans l'industrie.Les résultats montrent que la résistance à l'usure par érosion du matériau céramique à 95 % Al2O3 est plus de 5 fois supérieure à celle de la fonte à haute teneur en chrome (Cr15Mo3).Pour le frottement et l'usure, lorsque la teneur en alumine est faible, la teneur en alumine a un effet sur la résistance à l'usure des céramiques d'alumine.Avec l'augmentation de la teneur en Al2O3, sa résistance à l'usure augmente.L'effet est plus important dans le broyage humide.
2. Céramique de zircone
Le milieu de broyage de zircone a une densité élevée, une résistance et une ténacité élevées.En fait, la gravité spécifique de la bille d'alumine est d'environ 3,6 g/cm3, tandis que celle de la bille de zircone est d'environ 6,0 g/cm3.Par conséquent, la zircone a une excellente résistance à l'usure et une efficacité de meulage très élevée, et peut empêcher la pollution des matériaux.Il est particulièrement adapté au broyage humide et à la dispersion.À l'heure actuelle, il a été largement utilisé dans la céramique, les matériaux magnétiques, les revêtements, les encres, les industries pharmaceutiques et alimentaires, telles que la peinture automobile avancée, la peinture pour téléphones portables, l'encre à jet d'encre, les cosmétiques avancés, etc. ténacité et excellente résistance à l'usure, les billes de broyage en zircone sont progressivement devenues les supports de broyage les plus utilisés sur le marché.
Dans l'ingénierie des poudres, la zircone peut être utilisée comme agent de broyage.Dans le même temps, la zircone peut également être utilisée comme partie du broyeur à sable.La tâche du moulin à sable est de broyer.Un excellent broyeur à sable doit avoir les avantages d'une efficacité de broyage élevée, de performances d'équipement stables et d'une qualité de produit élevée.Afin d'assurer ces avantages, il est nécessaire de mettre en avant des exigences pour ses accessoires :
•Excellente résistance à l'usure, c'est-à-dire faible taux d'usure lors du broyage, ce qui ne causera pas de pollution grave aux produits de broyage ;
•La grande dureté, c'est-à-dire suffisamment grande pour assurer la haute efficacité du broyage.
Parmi les pièces en céramique, la zircone est non seulement la pièce en céramique la plus largement utilisée, mais aussi la plus mature du broyeur à sable.Parmi les quatre matériaux diamantés (zircone, alumine, carbure de silicium et nitrure de silicium) dotés d'une technologie mature, la zircone présente la meilleure ténacité.Dans le broyeur à sable rotatif à grande vitesse, l'avantage de la zircone en tant que rotor est plus évident.Dans le processus de rotation à grande vitesse, le processus de meulage par contact entre le rotor et le matériau entraînera facilement des fissures dans les pièces en céramique.Les pièces en céramique se briseront avec le temps.Seules les céramiques de zircone peuvent répondre à la ténacité de service de cette condition de travail spéciale.L'application de rotors en céramique répond aux exigences de préparation et d'application de nombreuses poudres ultrafines de haute pureté sans pollution ferromagnétique.
3. Céramique composite aluminium zircone alumine
Avec sa dureté élevée, ses propriétés chimiques stables et son prix approprié, les billes en céramique d'alumine sont largement utilisées.La bille de broyage en zircone a une grande proportion et une bonne ténacité.À l'heure actuelle, il est également appliqué sur de nombreux marchés.En fait, la fragilité des céramiques Al2O3 entrave sérieusement l'application et le développement des céramiques d'alumine.Depuis quelques années, les chercheurs tentent d'améliorer les propriétés mécaniques des céramiques d'alumine en y ajoutant une seconde phase.
L'alumine a une dureté élevée, tandis que la zircone a une bonne ténacité.Les deux matériaux forment d'excellents composites à haute résistance et haute ténacité dans le produit de ZTA, qui sont plus largement utilisés.Les céramiques ZTA ont une résistance élevée à la flexion et à la rupture à température ambiante, ainsi qu'une excellente résistance à l'usure.Ce matériau céramique composite présente non seulement les caractéristiques de haute ténacité et de haute résistance de la céramique de zircone, mais conserve également les avantages de la dureté élevée de la céramique d'alumine.Avec l'amélioration des propriétés mécaniques complètes, sa résistance à l'usure a également été grandement améliorée.La proportion spécifique des deux matériaux peut être ajustée en fonction des exigences d'utilisation réelles des utilisateurs.Les propriétés de la céramique d'alumine durcie à la zircone sont meilleures que celles de la céramique d'alumine 99, mais leurs prix sont inférieurs à ceux de la céramique de zircone.Les abrasifs en céramique d'aluminium et de zirconium/les revêtements résistants à l'usure sont modifiés et renforcés en introduisant de l'oligo-élément zirconium.L'utilisation de la trempe par transformation de phase pour former une structure polycristalline est propice à l'amélioration de la résistance, de la ténacité et de la résistance à l'usure du produit.Cela améliore également considérablement la résistance aux chocs des abrasifs céramiques / revêtements résistants à l'usure.
Carbure céramique
En fonction de leur dureté élevée, de leur résistance élevée et de leur résistance élevée à l'usure, les céramiques au carbure sont largement utilisées dans les environnements à haute température avec une résistance à la corrosion et à l'usure.Les céramiques à haute résistance à l'usure comprennent le carbure de silicium et le carbure de bore.
1. Céramique au carbure de silicium
En raison de leurs excellentes propriétés, les céramiques au carbure de silicium sont largement utilisées dans la défense nationale, les machines, la métallurgie, l'électronique et d'autres domaines industriels.
Parmi de nombreux matériaux céramiques, le carbure de silicium a une dureté élevée, une résistance à haute température, une bonne stabilité thermique, un faible coefficient de dilatation thermique et une excellente conductivité thermique.Le carbure de silicium a toujours été un sujet de recherche brûlant en science des matériaux.Comparé à la zircone, le carbure de silicium utilisé dans le cylindre de broyage du broyeur à sable présente au moins plusieurs avantages, tels qu'une dissipation thermique rapide, un faible coût et une plus grande résistance à l'usure.L'avantage d'une dissipation thermique rapide peut empêcher l'agglomération des matériaux dans le corps de broyage en raison de la température élevée, améliorant ainsi l'efficacité du broyage.En termes de résistance à l'usure, le carbure de silicium présente d'excellentes performances.Cependant, il présente également les inconvénients d'une ténacité insuffisante et d'une fragmentation facile.Ce n'est pas facile de faire un gros tonneau.
2. Carbure de bore
Le carbure de bore pressé à chaud est un composé réfractaire non métallique.C'est l'une des substances les plus dures des abrasifs artificiels.Les produits pressés à chaud ont une résistance élevée à l'usure.Le produit est gris noir et brillant.Les céramiques au carbure de bore ont une bonne résistance à l'usure.Il a des applications importantes dans le domaine de la résistance à l'usure.Dans des conditions difficiles, la buse en céramique de carbure de bore a une longue durée de vie.Il est beaucoup plus élevé que la buse en oxyde d'aluminium, carbure de tungstène et autres matériaux.
Dans le fonctionnement unitaire de l'ingénierie des poudres, la poudre céramique est préparée par un sécheur par pulvérisation centrifuge.Cette méthode présente les avantages d'une pollution moindre, d'une vitesse de séchage rapide, d'une teneur en eau uniforme, d'une distribution granulométrique étroite, d'une bonne fluidité de la poudre, etc. Cependant, de nombreuses poudres céramiques ont une dureté élevée et sont sérieusement usées par les buses centrifuges rotatives à grande vitesse.En adoptant un matériau en carbure de bore, il est efficace d'améliorer la durée de vie de la buse.
Céramique nitrurée
1. Céramique de nitrure de silicium
Les céramiques de nitrure de silicium ont une faible densité, un faible coefficient de dilatation thermique, une bonne résistance aux chocs thermiques et une ténacité à la rupture élevée.Ils sont largement utilisés dans l'aérospatiale, les moteurs automobiles, les machines, l'industrie chimique et d'autres domaines, en particulier en tant que nouveau matériau structurel à haute température.
Dans le domaine de l'ingénierie des poudres, la densité de la roue de calibrage du broyeur à jet de nitrure de silicium est de 3,2 g/m.Son poids corporel est de 2/3 du matériau métallique.La plus grande caractéristique d'utilisation de la roue de calibrage en nitrure de silicium est d'empêcher la pollution par les métaux.De plus, la gravité spécifique est inférieure de 40 % à celle de la céramique de zircone.Cela peut non seulement réduire considérablement la consommation d'énergie du moteur, mais nécessite également moins de moteur.Sous le moteur existant, l'overclocking peut être réalisé pour obtenir des particules plus fines.
En tant que nouveau type de milieu de broyage, le nitrure de silicium est entré dans le domaine des applications industrielles.Le nitrure de silicium a attiré beaucoup d'attention en raison de son taux d'usure extrêmement faible et de ses excellentes propriétés mécaniques.Bien que limité par le coût et le niveau de traitement du nitrure de silicium, le nitrure de silicium n'est pas aussi largement utilisé.La faible gravité spécifique du nitrure de silicium n'est pas propice à un broyage efficace.Cependant, le nitrure de silicium reste un matériau potentiellement abrasif en raison des faibles exigences d'usure liées à l'utilisation de corps abrasifs.
2. Nitrure d'alumine
Les céramiques de nitrure d'aluminium ont des propriétés de dureté et de résistance à haute température élevées.Il peut être utilisé comme outils de coupe, meules et matrices de tréfilage, ainsi que comme matière première pour la fabrication de matériaux d'outils et de matériaux en céramique métallique.Les céramiques de nitrure d'aluminium ont également une excellente résistance à l'usure.Il peut être utilisé comme pièce résistante à l'usure.En raison de son coût élevé, il ne peut être utilisé que pour des pièces à forte usure.Revêtement de certaines surfaces métalliques ou non métalliques facilement oxydables avec un revêtement AIN.Cela peut améliorer sa résistance à l'oxydation et sa résistance à l'usure;Il peut également être utilisé comme revêtement anti-corrosion, comme le processeur de substances corrosives et le revêtement de conteneurs.
Heure de publication : 03 décembre 2022