내마모성 재료 분야에서 첨단 세라믹의 적용
내마모성 및 내식성 산업은 표면 처리 산업의 한 분야입니다.전력, 철강, 화학 광업, 시멘트 및 기타 산업에서 장비 및 작업물의 마모 및 부식 문제를 해결하기 위한 예방 관리 및 재제조 기술 서비스를 위한 신흥 산업입니다.내마모성 및 내식성 산업은 강한 활력을 가지고 있습니다.산업 장비의 마모 및 부식 방지를 통해 서비스 수명을 크게 향상시킬 수 있으며 유지 보수 또는 교체로 인한 철강 및 기타 재료의 소비를 줄여 자원을 절약할 수 있습니다.내마모성 및 내식성 산업은 자원을 절약하고 환경을 보호하며 순환 경제를 촉진하는 중요한 조치입니다.또한 에너지 절약, 배출 및 비용 절감, 경제적 효율성 향상을 달성하기 위한 기업의 강력한 조력자입니다.내마모성 및 내식성 산업은 교차 절단, 한계 및 다 분야의 특성을 가지고 있습니다.
내마모성, 내식성 산업의 핵심은 신소재 및 신기술을 관련 산업에 적용하는 것입니다.주로 내마모성 세라믹 기술, 용사, 표면 및 내마모성 플레이트, 레이저 클래딩, 내식성 및 내마모성 코팅 기술, 내식성 기술, 내마모성 재료 기술 등을 포함합니다.
내마모성 소재 분야에 첨단 세라믹 적용
통계에 따르면 마찰은 전 세계 가처분 에너지의 약 1/3을 소비하고 기계 부품의 약 80%가 마모로 인해 고장납니다.기계 부품의 마모 실패는 마찰 쌍 재료 및 서비스 조건의 선택과 밀접한 관련이 있습니다.일반적으로 마모량이 적은 마찰 및 마모 조건에서 사용되는 재료를 내마모성 재료라고 합니다.마찰 계수가 작은 재료를 감마재라고 합니다.마찰계수가 큰 물질을 마찰재라고 합니다.다양한 작업 조건과 기계 부품에 필요한 마찰 및 마모 특성에 적합한 재료를 올바르게 선택하고 사용하는 것이 매우 중요합니다.예를 들어, 일반적으로 고충격 환경에서 내마모성 재료로 고망간강을 선택하는 것이 적절하지만, 작은 충격 하중 환경에서는 고망간강이 고망간강의 변형 경화의 이점을 발휘할 수 없는 반면, 고크롬 주철은 더 적절합니다.또한, 마찰재와 마찰재 모두 동시에 우수한 내마모성을 갖기를 희망합니다.재료의 우수한 내마모성은 기계 부품의 수명을 연장하고 부품 교체 및 작업자의 노동 강도를 감소시킬 뿐만 아니라 에너지 및 재료 자원을 절약할 수 있습니다.따라서 다양한 작업 조건 및 기계 부품 성능 요구 사항에 따라 기계 장비 성능을 개선하고 에너지를 절약하는 데 내마모성 재료를 올바르게 선택하는 것이 매우 중요합니다.
내마모성 재료의 유형은 무엇입니까?
많은 종류의 내마모성 재료가 있으며 화학적 조성에 따라 금속 내마모성 재료, 세라믹 내마모성 재료, 폴리머 내마모성 재료 및 내마모성 복합 재료로 나눌 수 있습니다.재료 구조에 따라 일체형 내마모성 재료와 표면 내마모성 재료로 나눌 수 있습니다.내마모성 재료는 사용 온도에 따라 상온 내마모성 재료와 고온 내마모성 재료로 나눌 수 있습니다.
① 금속재료.금속 재료는 내마모성 강과 내마모성 주철로 나눌 수도 있습니다.일반적으로 내마모성 합금강, 고 망간강, 베어링 강 및 공구강이 사용됩니다.변형 경화에 의해 내마모성을 향상시키는 고망간강을 제외하고 다른 내마모성 강은 주로 탄화물 형성 요소를 추가하고 탄소로 탄화물을 형성하여 강의 경도와 내마모성을 향상시킵니다.현재 내마모성 강철의 개발 추세는 미세 합금(예: B, Ti, Nb, V 등 추가) 강화, 희토류 개질 및 복합 강화입니다.이러한 미량 원소는 강철에 B 및 기타 미량 원소를 첨가하여 붕화물을 형성하고 Ti, Nb, V 등을 첨가하여 강철의 내마모성을 향상시키는 고경도 탄화물을 형성하는 것과 같이 강철에서 화합물을 형성합니다.WC 및 Al2O는 주조 공정에 추가됩니다.스틸 매트릭스 합성물은 동일한 입자로 스틸 매트릭스를 강화하여 형성됩니다.
② 세라믹 재료.내마모성 세라믹으로 사용되는 재료는 주로 산화물 세라믹, 탄화물 세라믹 및 질화물 세라믹을 포함합니다.대표적인 내마모성 세라믹으로는 알루미나, 탄화규소, 질화규소 등이 있습니다. 세라믹 재료는 매우 부서지기 쉽기 때문에 내마모성 세라믹 재료의 강화가 주요 연구 방향입니다.서멧이라고도 하는 초경합금은 WC 또는 TiC 입자 강화 Co 기반 합금으로, 공구, 연마재 및 매우 높은 내마모성을 요구하는 기타 부품으로 일반적으로 사용됩니다.
③ 고분자 내마모성 재료.폴리머 내마모성 재료는 주로 나일론, 폴리우레탄, 에폭시 수지 및 고무를 포함합니다.폴리머 재료의 단점은 경도가 낮고 사용 온도가 낮기 때문에 세라믹 입자 또는 섬유를 강화하여 강도와 내마모성을 향상시키는 데 자주 사용됩니다.
경제적 목적을 위해 현대 기업은 일반적으로 고속 기술을 채택합니다.공장의 효율성은 다음 매개변수에 의해 결정됩니다. 장비 특성 및 내구성;투자 비용, 운영 비용, 유지 보수 비용 중 가장 중요한 것은 생산의 안전성과 신뢰성 및 유지 보수의 감소입니다.따라서 고속 주행 장비의 마모와 부식을 줄이는 것이 매우 중요합니다.세라믹 재료의 뛰어난 특성으로 인해 세라믹을 사용하면 많은 응용 분야에서 요구되는 내마모성 및 내식성 문제를 해결할 수 있습니다.금속 재료 및 폴리머와 비교하여 세라믹은 내마모성, 내식성 및 단열성이 우수합니다.
내마모성 세라믹의 일반적인 유형?
산화물 세라믹
1. 알루미나 세라믹스
알루미나 세라믹은 일반적으로 알루미나를 주요 결정상으로 하는 α-세라믹 재료를 말합니다.다양한 알루미나 함량에 따라 자기 75개, 자기 85개, 자기 90개, 자기 95개 및 자기 99개가 있습니다.산화알루미늄을 주 결정상으로 하는 α-세라믹 재료는 경도와 기계적 강도가 높고, 내마모성, 열전도율이 우수하고, 전기적 강도와 절연 저항이 높으며, 유전 손실이 적고, 온도와 주파수 변화에 따른 전기적 성능이 안정적이며 널리 사용되고 있습니다. 제조가 편리하고 균일하고 평평한 표면으로 인해 전기 절연 재료로 사용됩니다.지금까지 Al2O3 결정 구조는 10가지 이상 발견됐지만 크게 3가지 종류가 있다.1300℃ 이상의 온도에서 다른 결정상은 거의 완전히 α-Al2O3로 변환됩니다.
알루미나 세라믹 재료는 광범위한 소스, 저렴한 가격 및 우수한 내마모성으로 인해 산업계에서 널리 사용됩니다.결과는 95% Al2O3 세라믹 재료의 내침식성이 고크롬 주철(Cr15Mo3)의 5배 이상임을 보여줍니다.마찰 및 마모에 대해 알루미나 함량이 낮을 때 알루미나 함량은 알루미나 세라믹의 내마모성에 영향을 미칩니다.Al2O3 함량이 증가함에 따라 내마모성이 향상되고 습식 연삭에서 그 효과가 더욱 커집니다.
2. 지르코니아 세라믹스
지르코니아 연마재는 고밀도(알루미나 볼의 비중은 약 3.6g/cm3, 지르코니아 볼의 비중은 약 6.0g/cm3), 고강도 및 인성이 있어 내마모성이 우수하고 매우 높은 연마성을 갖는다. 효율성, 물질 오염을 방지할 수 있습니다.특히 습식 분쇄 및 분산에 적합합니다.현재 세라믹, 자성 재료, 코팅, 잉크, 의약품 및 식품 산업에서 널리 사용되었습니다.예: 고급 자동차 페인트, 휴대폰 페인트, 잉크젯 잉크, 고급 화장품 등. 지르코니아 그라인딩 비드는 비중이 높기 때문에(알루미나 볼의 비중 약 3.6g/cm3, 지르코니아 볼의 비중은 약 6.0g/cm3), 높은 인성 및 우수한 내마모성.
분말 공학에서 분쇄 매체로 사용되는 것 외에도 지르코니아는 샌드 밀의 액세서리로도 사용됩니다.모두가 샌드 밀에 익숙합니다.그 임무는 연삭입니다.우수한 샌드 밀은 높은 분쇄 효율, 안정적인 장비 성능 및 높은 제품 품질이라는 장점이 있어야 합니다.이러한 이점을 보장하기 위해 액세서리에 대한 요구 사항을 제시해야 합니다. 첫째, 내마모성이 있습니다. 즉, 연삭 시 마모율이 낮고 연삭 제품에 심각한 오염을 일으키지 않습니다.2、경도는 연삭의 고효율을 보장하기에 충분히 큽니다.세라믹 부품 중에서 지르코니아는 샌드 밀에 사용되는 가장 성숙한 세라믹 부품이며 광범위한 응용 분야가 있습니다.가장 성숙한 4가지 다이아몬드 재료인 지르코니아, 알루미나, 탄화규소 및 질화규소 중에서 지르코니아는 최고의 인성을 가지고 있습니다.고속 회전 샌드 밀에서는 로터로서 더 분명한 이점이 있습니다.고속 회전 과정에서 회 전자와 재료 사이의 접촉 연삭 공정으로 인해 세라믹 부품에 균열이 생기기 쉬워 시간이 지남에 따라 세라믹 부품이 파손될 수 있습니다.지르코니아 세라믹만이 이 특별한 작업 조건의 사용 인성을 충족시킬 수 있습니다.세라믹 로터의 적용은 강자성 오염이 없는 많은 고순도 초미세 분말의 준비 및 적용에 대한 요구 사항을 충족합니다.
3. 지르코니아 알루미나 알루미늄 복합 세라믹
알루미나 세라믹 볼은 높은 경도, 안정적인 화학적 특성 및 적절한 가격으로 인해 널리 사용됩니다.지르코니아 그라인딩 볼은 또한 큰 비율과 우수한 인성 때문에 많은 시장에서 사용됩니다.그러나 Al2O3 세라믹의 취성은 알루미나 세라믹의 응용 및 개발을 심각하게 방해합니다.최근 몇 년 동안 연구원들은 두 번째 상을 추가하여 알루미나 세라믹의 기계적 특성을 개선하려고 노력했습니다.
산화 알루미늄은 경도가 높고 지르코니아는 인성이 좋습니다.두 재료는 더 널리 사용되는 고강도 및 고인성의 우수한 복합재를 형성합니다.ZTA 세라믹은 상온에서 굽힘 강도와 파괴 인성이 높기 때문에 지르코니아 강화 세라믹은 내마모성이 뛰어납니다.이 복합 세라믹 소재는 높은 인성과 강도를 지닌 지르코니아 세라믹스의 특성을 나타낼 뿐만 아니라 경도가 높은 알루미나 세라믹스의 장점도 그대로 간직하고 있습니다.이 포괄적인 기계적 특성의 개선으로 내마모성도 크게 향상되었습니다.두 재료의 특정 비율은 사용자의 실제 사용 요구 사항에 따라 조정할 수 있습니다.지르코니아 강화 알루미나 세라믹의 특성은 99 알루미나 세라믹보다 우수하며 가격은 지르코니아 세라믹보다 낮습니다.지르코늄 알루미늄 세라믹 연마재/내마모성 라이닝은 미량 원소 지르코늄을 도입하여 수정 및 강화되고 상 변환에 의해 강화되어 다결정 구조를 형성합니다.강도와 인성이 향상되고 내마모성이 좋아 세라믹 연마재/내마모성 라이닝의 충격 인성을 크게 향상시킵니다.
초경 세라믹스
초경 세라믹은 높은 경도, 고강도 및 높은 내마모성으로 인해 내식성 및 내마모성이 있는 고온 환경에서 널리 사용됩니다.탄화 규소 및 탄화 붕소와 같은 내마모성이 높은 세라믹이 일반적입니다.
1. 실리콘 카바이드 세라믹스
실리콘 카바이드 세라믹은 우수한 특성으로 인해 국방, 기계, 야금, 전자 및 기타 산업 분야에서 널리 사용됩니다.많은 세라믹 재료 중에서 탄화규소는 높은 경도, 높은 내열성, 우수한 열 안정성, 낮은 열팽창 계수 및 우수한 열 전도성으로 인해 재료 과학 연구에서 핫스팟이었습니다.지르코니아와 비교할 때 실리콘 카바이드는 샌드 밀의 연삭 실린더에 적용될 때 빠른 열 방출, 저렴한 비용 및 더 많은 내마모성과 같은 적어도 몇 가지 장점을 가지고 있습니다.빠른 방열의 장점은 고온으로 인해 분쇄체에서 재료가 뭉치는 것을 방지하여 분쇄 효율을 향상시킬 수 있습니다.내마모성 측면에서 탄화 규소는 우수한 성능을 가지고 있지만 인성이 부족하고 쉽게 부서지는 단점도 있습니다.큰 배럴을 만드는 것은 쉽지 않습니다.
2. 탄화붕소
비금속 내화 화합물인 열간 압축 탄화붕소는 인공 연마재에서 가장 단단한 물질 중 하나입니다.핫 프레스 제품은 내마모성이 높고 회색 검정색이며 광택이 있습니다.탄화 붕소 세라믹은 내마모성이 우수하므로 내마모성 분야에서 중요한 응용 분야입니다.탄화붕소 세라믹으로 만든 노즐은 가혹한 조건에서 긴 사용 수명을 가지며 이는 알루미늄 산화물, 텅스텐 카바이드 및 기타 재료로 만든 노즐보다 훨씬 더 깁니다.
분말 공학의 단위 작업에서 원심 분무 건조기는 작은 오염, 빠른 건조 속도, 균일 한 수분 함량, 좁은 입자 크기 분포, 좋은 분말 유동성 등의 장점이있는 세라믹 분말을 제조하는 데 사용되지만 많은 세라믹 분말은 경도가 높기 때문에 고속 회전 원심 노즐에 심각한 마모가 발생합니다.탄화붕소를 사용하면 노즐의 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
질화물 세라믹스
1. 질화규소 세라믹스
질화 규소 세라믹은 비중이 작고 열팽창 계수가 낮으며 내열 충격성이 우수하고 파괴 인성이 높습니다.그들은 항공 우주, 자동차 엔진, 기계, 화학 산업 및 기타 분야, 특히 새로운 고온 구조 재료로 널리 사용되며 분명한 이점이 있습니다.
분말 공학 분야에서 질화 규소 제트 분쇄기의 등급 휠 밀도는 3.2g/m3이고 무게는 금속 재료의 2/3입니다.질화 규소 선별 휠의 가장 큰 사용 특징은 금속 오염을 방지하는 것입니다.또한 그 비율은 지르코니아 세라믹보다 40% 작기 때문에 모터의 에너지 소비를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 모터에 대한 요구 사항도 적습니다.기존 모터에서 더 미세한 입자 크기의 입자를 얻기 위해 주파수 이상을 달성할 수 있습니다.
질화규소는 신형 연삭매체로서 공업응용분야에 진입하였다.매우 낮은 마모율과 우수한 기계적 성질로 많은 주목을 받고 있습니다.질화 규소의 비용과 가공 수준에 의해 제한되지만 질화 규소는 널리 사용되지 않으며 상대적으로 적은 양의 질화 규소는 효율적인 연삭에 도움이되지 않지만 연삭 매체를 사용하려면 마모가 적습니다. 질화 규소는 또한 잠재적인 연마재.
2. 질화알루미늄
높은 경도와 고온 강도를 가진 질화알루미늄 세라믹은 공구 재료와 금속 세라믹 재료를 만들기 위한 절삭 공구, 연삭 휠, 와이어 드로잉 다이 및 원료로 사용할 수 있습니다.또한 내마모성이 우수하여 내마모 부품으로 사용할 수 있습니다.그러나 고가이기 때문에 마모가 심한 부품에만 사용할 수 있습니다.쉽게 산화되는 일부 금속 또는 비금속 표면을 AlN 코팅으로 코팅하면 내산화성과 내마모성이 향상될 수 있습니다.또한 부식성 물질 처리 및 용기 라이닝과 같은 부식 방지 코팅으로도 사용할 수 있습니다.