APLIKASI KERAMIK CANGGIH DI BIDANG BAHAN TAHAN AUS
Industri tahan aus dan tahan korosi adalah cabang dari industri perawatan permukaan.Ini adalah industri yang sedang berkembang untuk perawatan preventif dan layanan teknologi remanufaktur untuk mengatasi masalah keausan dan korosi pada peralatan dan benda kerja di industri listrik, baja, pertambangan kimia, semen dan industri lainnya.industri tahan aus dan tahan korosi memiliki vitalitas yang kuat.Melalui perlindungan keausan dan korosi pada peralatan industri, masa pakainya dapat ditingkatkan secara signifikan, dan konsumsi baja dan bahan lain yang disebabkan oleh pemeliharaan atau penggantiannya dapat dikurangi untuk menghemat sumber daya.Industri yang tahan aus dan tahan korosi adalah langkah penting untuk menghemat sumber daya, melindungi lingkungan, dan mendorong ekonomi sirkular.Mereka juga merupakan asisten yang kuat bagi perusahaan untuk mencapai penghematan energi, pengurangan emisi dan biaya, serta peningkatan efisiensi ekonomi.Industri tahan aus dan tahan korosi memiliki karakteristik pemotongan silang, marjinal dan multidisiplin.
Inti dari industri tahan aus dan tahan korosi adalah penerapan material dan teknologi baru di industri terkait.Ini terutama mencakup teknologi keramik tahan aus, penyemprotan termal, permukaan dan pelat tahan aus, kelongsong laser, teknologi pelapis tahan korosi dan tahan aus, teknologi tahan korosi, teknologi material tahan aus, dll.
Penerapan Keramik Canggih di Bidang Material Tahan Aus
Menurut statistik, gesekan menghabiskan sekitar 1/3 energi sekali pakai di dunia, dan sekitar 80% suku cadang mesin rusak karena aus.Kegagalan keausan bagian mekanis terkait erat dengan pemilihan bahan pasangan gesekan dan kondisi layanan.Umumnya, bahan yang digunakan dalam kondisi gesekan dan keausan dengan sedikit keausan disebut bahan tahan aus;Bahan dengan koefisien gesek kecil disebut bahan anti gesekan;Bahan dengan koefisien gesekan besar disebut bahan gesekan.Sangat penting untuk memilih dan menggunakan material yang tepat untuk kondisi kerja yang berbeda dan sifat gesekan dan keausan yang diperlukan oleh komponen mekanis.Misalnya, umumnya tepat untuk memilih baja mangan tinggi sebagai bahan tahan aus di lingkungan berdampak tinggi, tetapi di lingkungan dengan beban benturan kecil, baja mangan tinggi tidak dapat memainkan keuntungan dari pengerasan deformasi baja mangan tinggi, sedangkan besi cor kromium tinggi adalah lebih tepat.Selain itu, baik bahan anti gesekan maupun bahan gesekan diharapkan memiliki ketahanan aus yang baik pada saat yang bersamaan.Ketahanan aus material yang baik tidak hanya dapat memperpanjang masa pakai komponen mekanis, mengurangi penggantian suku cadang dan intensitas tenaga kerja pekerja, tetapi juga menghemat energi dan sumber daya material.Oleh karena itu, sesuai dengan kondisi kerja yang berbeda dan persyaratan kinerja komponen mekanis, sangat penting untuk memilih bahan tahan aus dengan benar dalam meningkatkan kinerja peralatan mekanis dan menghemat energi.
Apa saja jenis bahan tahan aus?
Ada banyak jenis bahan tahan aus, yang dapat dibagi menjadi bahan tahan aus logam, bahan tahan aus keramik, bahan tahan aus polimer dan komposit tahan aus sesuai dengan komposisi kimianya;Menurut struktur material, dapat dibagi menjadi material tahan aus integral dan material tahan aus permukaan;Bahan tahan aus dapat dibagi menjadi bahan tahan aus suhu normal dan bahan tahan aus suhu tinggi sesuai dengan suhu layanan yang berbeda.
① Bahan logam.Bahan logam juga dapat dibagi menjadi baja tahan aus dan besi cor tahan aus.Yang umum digunakan adalah baja paduan tahan aus, baja mangan tinggi, baja bantalan dan baja perkakas.Kecuali untuk baja mangan tinggi, yang meningkatkan ketahanan aus dengan pengerasan deformasi, baja tahan aus lainnya terutama meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus baja dengan menambahkan elemen pembentuk karbida dan membentuk karbida dengan karbon.Saat ini tren perkembangan baja tahan aus adalah microalloying (seperti penambahan penguatan B, Ti, Nb, V, dll.), modifikasi tanah jarang dan penguatan komposit.Elemen jejak ini membentuk senyawa dalam baja, seperti menambahkan B dan elemen jejak lainnya dalam baja untuk membentuk borida, dan menambahkan Ti, Nb, V, dll. Untuk membentuk karbida dengan kekerasan tinggi untuk meningkatkan ketahanan aus baja.WC dan Al2O2 ditambahkan dalam proses pengecoran.Komposit matriks baja dibentuk dengan memperkuat matriks baja dengan partikel yang sama.
② Bahan keramik.Bahan yang digunakan sebagai keramik tahan aus terutama meliputi keramik oksida, keramik karbida, dan keramik nitrida.Keramik tahan aus yang khas meliputi alumina, silikon karbida, silikon nitrida, dll. Bahan keramik sangat rapuh, sehingga ketangguhan bahan keramik tahan aus menjadi arah penelitian utama.Semen karbida, juga dikenal sebagai cermet, adalah paduan berbasis Co yang diperkuat partikel WC atau TiC, yang biasa digunakan sebagai alat, abrasif, dan bagian lain yang membutuhkan ketahanan aus yang sangat tinggi.
③ Bahan tahan aus polimer.Bahan tahan aus polimer terutama meliputi nilon, poliuretan, resin epoksi dan karet.Kerugian dari bahan polimer adalah kekerasan yang rendah dan suhu layanan yang rendah, sehingga partikel atau serat keramik sering digunakan untuk memperkuatnya untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan ausnya.
Untuk tujuan ekonomi, perusahaan modern biasanya mengadopsi teknologi berkecepatan tinggi.Efisiensi pabrik ditentukan oleh parameter berikut: karakteristik dan daya tahan peralatan;Biaya investasi, biaya operasi, biaya pemeliharaan dan perbaikan, di antaranya yang terpenting adalah keamanan dan keandalan dalam produksi dan pengurangan pemeliharaan.Oleh karena itu, sangat penting untuk mengurangi keausan dan korosi pada peralatan lari berkecepatan tinggi.Karena karakteristik bahan keramik yang luar biasa, penggunaan keramik dapat mengatasi masalah ketahanan aus dan ketahanan korosi yang dibutuhkan dalam banyak aplikasi.Dibandingkan dengan bahan logam dan polimer, keramik memiliki ketahanan aus, ketahanan korosi, dan insulasi termal yang lebih baik.
Jenis keramik tahan aus yang umum?
Keramik oksida
1. Keramik alumina
Keramik alumina biasanya mengacu pada bahan α-Keramik dengan alumina sebagai fase kristal utama.Menurut kandungan alumina yang berbeda, ada 75 porselen, 85 porselen, 90 porselen, 95 porselen, dan 99 porselen.dengan α- Bahan keramik dengan aluminium oksida sebagai fase kristal utama memiliki kekerasan dan kekuatan mekanik yang tinggi, ketahanan abrasi yang baik, konduktivitas termal, kekuatan listrik yang tinggi dan ketahanan isolasi, kehilangan dielektrik yang rendah, kinerja listrik yang stabil dengan perubahan suhu dan frekuensi, dan secara luas digunakan sebagai bahan isolasi listrik karena pembuatannya yang nyaman, permukaan yang seragam dan rata.Sampai saat ini, lebih dari sepuluh jenis struktur kristal Al2O3 telah ditemukan, tetapi yang paling banyak adalah tiga jenis.Pada suhu di atas 1300 ℃, fase kristal lainnya hampir sepenuhnya berubah menjadi α-Al2O3.
Bahan keramik alumina banyak digunakan dalam industri karena sumbernya yang luas, harga murah dan ketahanan aus yang baik.Hasil penelitian menunjukkan bahwa ketahanan aus erosi material keramik Al2O3 95% lebih dari 5 kali lipat dari besi cor kromium tinggi (Cr15Mo3).Untuk gesekan dan keausan, ketika kandungan alumina rendah, kandungan alumina berdampak pada ketahanan aus keramik alumina.Dengan meningkatnya kandungan Al2O3, ketahanan aus ditingkatkan, dan efeknya lebih signifikan pada penggilingan basah.
2. Keramik zirkonia
Media penggilingan zirkonia memiliki kepadatan tinggi (berat jenis bola alumina sekitar 3,6g/cm3, dan berat jenis bola zirkonia sekitar 6,0g/cm3), kekuatan dan ketangguhan tinggi, sehingga memiliki ketahanan aus yang sangat baik dan penggilingan yang sangat tinggi efisiensi, dan dapat mencegah polusi material.Ini sangat cocok untuk penggilingan dan dispersi basah.Saat ini, telah banyak digunakan dalam industri keramik, bahan magnetik, pelapis, tinta, obat-obatan dan makanan.Misalnya: cat mobil canggih, cat ponsel, tinta ink-jet, kosmetik canggih, dll. Manik-manik gerinda zirkonia telah menjadi media gerinda yang paling banyak digunakan di pasaran karena berat jenisnya yang tinggi (berat jenis bola alumina adalah sekitar 3,6g/cm3, dan berat jenis bola zirkonia sekitar 6,0g/cm3), ketangguhan tinggi, dan ketahanan aus yang sangat baik.
Dalam teknik serbuk, selain digunakan sebagai media penggilingan, zirkonia juga digunakan sebagai aksesori penggilingan pasir.Semua orang akrab dengan pabrik pasir.Tugasnya adalah menggiling.Penggilingan pasir yang baik harus memiliki keunggulan efisiensi penggilingan yang tinggi, kinerja peralatan yang stabil, dan kualitas produk yang tinggi.Untuk memastikan keunggulan ini, perlu mengajukan persyaratan untuk asesorisnya: pertama, ia memiliki ketahanan aus, yaitu memiliki tingkat keausan yang rendah saat menggiling, dan tidak akan menyebabkan polusi serius pada produk gerinda;2、Kekerasannya cukup besar untuk memastikan efisiensi penggilingan yang tinggi.Di antara bagian keramik, zirkonia adalah bagian keramik paling matang yang digunakan dalam penggilingan pasir dan memiliki aplikasi yang luas.Di antara empat bahan berlian yang paling matang, zirkonia, alumina, silikon karbida, dan silikon nitrida, zirkonia memiliki ketangguhan terbaik.Dalam penggilingan pasir berputar berkecepatan tinggi, ia memiliki keunggulan yang lebih jelas sebagai rotor.Karena dalam proses putaran kecepatan tinggi, proses gerinda kontak antara rotor dan bahan akan mudah menyebabkan retakan pada bagian keramik, yang lama kelamaan akan menyebabkan patahnya bagian keramik.Hanya keramik zirkonia yang dapat memenuhi ketangguhan penggunaan kondisi kerja khusus ini.Penerapan rotor keramik memenuhi persyaratan untuk persiapan dan penerapan banyak bubuk ultrahalus kemurnian tinggi tanpa polusi feromagnetik.
3. Keramik komposit aluminium zirkonia alumina
Bola keramik alumina banyak digunakan karena kekerasannya yang tinggi, sifat kimia yang stabil dan harga yang sesuai;Bola gerinda zirkonia juga digunakan di banyak pasar karena rasionya yang besar dan ketangguhan yang baik.Namun, kerapuhan keramik Al2O3 sangat menghambat penerapan dan pengembangan keramik alumina.Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mencoba untuk meningkatkan sifat mekanik keramik alumina dengan menambahkan fase kedua.
Aluminium oksida memiliki kekerasan yang tinggi dan zirkonia memiliki ketangguhan yang baik.Kedua material tersebut membentuk komposit yang sangat baik dengan kekuatan dan ketangguhan tinggi, yang lebih banyak digunakan.Keramik ZTA memiliki kekuatan lentur dan ketangguhan retak yang tinggi pada suhu kamar, sehingga keramik yang dikeraskan dengan zirkonia memiliki ketahanan aus yang sangat baik.Material keramik komposit ini tidak hanya menunjukkan karakteristik keramik zirkonia dengan ketangguhan dan kekuatan yang tinggi, tetapi juga tetap mempertahankan keunggulan keramik alumina dengan kekerasan yang tinggi.Dengan peningkatan sifat mekanik yang komprehensif ini, ketahanan ausnya juga telah meningkat pesat.Proporsi spesifik dari kedua bahan tersebut dapat disesuaikan dengan kebutuhan pengguna yang sebenarnya.Sifat-sifat keramik alumina yang dikeraskan dengan zirkonia lebih baik daripada keramik alumina 99, dan harganya lebih rendah dari keramik zirkonia.Bahan abrasif keramik aluminium zirkonium/lapisan tahan aus dimodifikasi dan dikeraskan dengan memperkenalkan elemen jejak zirkonium, dan dikeraskan dengan transformasi fasa, membentuk struktur polikristalin.Kekuatan dan ketangguhan ditingkatkan, dan ketahanan ausnya bagus, yang sangat meningkatkan ketangguhan impak lapisan abrasif/tahan aus keramik.
Keramik karbida
Keramik karbida banyak digunakan di lingkungan suhu tinggi dengan ketahanan korosi dan ketahanan aus karena kekerasannya yang tinggi, kekuatan tinggi, dan ketahanan aus yang tinggi.Keramik dengan ketahanan aus yang tinggi seperti silikon karbida dan boron karbida adalah umum.
1. Keramik silikon karbida
Keramik silikon karbida banyak digunakan dalam pertahanan nasional, permesinan, metalurgi, elektronik, dan bidang industri lainnya karena sifatnya yang sangat baik.Di antara banyak bahan keramik, silikon karbida telah menjadi hot spot dalam penelitian ilmu material karena kekerasannya yang tinggi, ketahanan suhu tinggi, stabilitas termal yang baik, koefisien ekspansi termal yang rendah, dan konduktivitas termal yang sangat baik.Dibandingkan dengan zirkonia, silikon karbida setidaknya memiliki beberapa keunggulan seperti pembuangan panas yang cepat, biaya rendah, dan ketahanan aus yang lebih besar saat diterapkan pada silinder gerinda penggilingan pasir.Keuntungan pembuangan panas yang cepat dapat mencegah aglomerasi material di badan gerinda karena suhu tinggi, sehingga meningkatkan efisiensi gerinda.Dalam hal ketahanan aus, silikon karbida memiliki kinerja yang sangat baik, tetapi juga memiliki kekurangan berupa ketangguhan yang tidak memadai dan fragmentasi yang mudah.Tidak mudah membuat tong besar.
2. Boron karbida
Karbida boron yang ditekan panas, senyawa refraktori non-logam, adalah salah satu zat terkeras dalam bahan abrasif buatan.Produk hot pressed memiliki ketahanan aus yang tinggi, abu-abu hitam dan mengkilat.Keramik boron karbida memiliki ketahanan aus yang baik, sehingga memiliki aplikasi penting di bidang ketahanan aus.Nosel yang terbuat dari keramik boron karbida memiliki masa pakai yang lama dalam kondisi parah, yang jauh lebih tinggi daripada yang terbuat dari aluminium oksida, tungsten karbida, dan bahan lainnya.
Dalam unit operasi teknik serbuk, pengering semprot sentrifugal digunakan untuk menyiapkan bubuk keramik, yang memiliki keunggulan polusi kecil, kecepatan pengeringan cepat, kadar air seragam, distribusi ukuran partikel yang sempit, fluiditas bubuk yang baik, dll., Tetapi banyak keramik bubuk memiliki kekerasan tinggi, yang menyebabkan keausan serius pada nozel sentrifugal berputar berkecepatan tinggi.Penggunaan boron karbida dapat secara efektif meningkatkan masa pakai nozel.
keramik nitrida
1. Keramik silikon nitrida
Keramik silikon nitrida memiliki berat jenis yang kecil, koefisien ekspansi termal yang rendah, ketahanan kejut termal yang baik, dan ketangguhan patah yang tinggi.Mereka banyak digunakan di ruang angkasa, mesin otomotif, permesinan, industri kimia dan bidang lainnya, terutama sebagai bahan struktural suhu tinggi yang baru, mereka memiliki keunggulan yang jelas.
Di bidang teknik serbuk, kerapatan roda perata pabrik jet silikon nitrida adalah 3,2g/m2, dan berat badannya adalah 2/3 dari bahan logam.Fitur penggunaan terbesar dari roda penilaian silikon nitrida adalah untuk mencegah polusi logam.Selain itu, proporsinya 40% lebih kecil dari keramik zirkonia, yang tidak hanya dapat sangat mengurangi konsumsi energi motor, tetapi juga memiliki persyaratan yang lebih sedikit untuk motor.Di bawah motor yang ada, dapat mencapai frekuensi berlebih untuk mendapatkan partikel dengan ukuran partikel yang lebih halus.
Silikon nitrida, sebagai media penggilingan jenis baru, telah memasuki bidang aplikasi industri.Dengan tingkat keausan yang sangat rendah dan sifat mekanik yang sangat baik, telah menarik banyak perhatian.Meskipun dibatasi oleh biaya dan tingkat pemrosesan silikon nitrida, silikon nitrida tidak begitu banyak digunakan, dan proporsi silikon nitrida yang relatif kecil tidak kondusif untuk penggilingan yang efisien, tetapi penggunaan media penggilingan membutuhkan keausan yang rendah, Silikon nitrida juga merupakan bahan abrasif potensial.
2. Aluminium nitrida
Dengan kekerasan tinggi dan kekuatan suhu tinggi, keramik aluminium nitrida dapat digunakan sebagai alat pemotong, roda gerinda, wire drawing die dan bahan baku pembuatan bahan perkakas dan bahan keramik logam.Ini juga memiliki ketahanan aus yang sangat baik dan dapat digunakan sebagai bagian tahan aus.Namun, karena harganya yang mahal, ini hanya dapat digunakan untuk suku cadang dengan keausan yang parah.Melapisi beberapa permukaan logam atau bukan logam yang mudah teroksidasi dengan lapisan AIN dapat meningkatkan ketahanan oksidasi dan ketahanan ausnya;Ini juga dapat digunakan sebagai pelapis anti korosi, seperti pengolah zat korosif dan pelapis wadah.