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내마모성 재료 분야에서 첨단 세라믹의 응용

내마모성 산업은 표면 처리 산업의 한 분야입니다.예방 관리 및 재제조 기술 서비스의 신흥 산업으로서 전력, 철강, 화학 광업, 시멘트 및 기타 산업에서 장비 및 공작물의 마모 및 부식 문제를 해결하는 데 매우 중요합니다.내마모성 및 내식성 산업은 강한 활력을 가지고 있습니다.산업용 장비의 사용 수명은 마모 및 부식 방지를 통해 크게 향상될 수 있습니다.동시에 유지 보수 또는 교체로 인한 철강 및 기타 재료의 소비를 줄여 자원을 절약할 수 있습니다.내마모성 산업은 자원을 절약하고 환경을 보호하며 순환 경제를 촉진하는 중요한 조치입니다.그들은 또한 기업이 에너지 절약 및 배출 감소를 달성하고 비용을 절감하며 경제적 효율성을 향상시키는 강력한 조력자입니다.
내마모성 및 내식성 산업의 핵심은 관련 산업에 신소재 및 기술을 적용하는 것입니다.주로 내마모성 세라믹 기술, 용사, 표면 처리 및 내마모성 플레이트, 레이저 클래딩, 내식성 및 내마모성 코팅 기술, 내식성 기술, 내마모성 재료 기술 등을 포함합니다.

내마모성 재료 분야에서 첨단 세라믹의 응용
통계에 따르면 마찰은 전 세계 1차 에너지의 약 1/3을 소비한다.한편 기계 부품의 약 80%는 마모로 인해 고장납니다.기계 부품의 마모 실패는 마찰 쌍 재료 및 서비스 조건의 선택과 밀접한 관련이 있습니다.일반적으로
내마모성 재료는 마모량이 적은 마찰 및 마모 조건에서 사용되는 재료를 말합니다.
감마재는 마찰 계수가 작은 재료를 말합니다.
마찰재는 마찰계수가 큰 재료를 말합니다.
다양한 작업 조건과 기계 부품이 요구하는 마찰 및 마모 성능에 따라 올바른 재료를 올바르게 선택하고 사용하는 것이 매우 중요합니다.예를 들어, 고충격 환경에서 사용되는 내마모성 재료는 일반적으로 고망간강입니다.그러나 충격 하중이 작은 환경에서는 고망간강을 사용하는 것이 고망간강의 변형 경화 이점을 발휘하지 못하는 반면 고크롬 주철을 사용하는 것이 더 적합합니다.감마재 또는 마찰재에 관계없이 둘 다 동시에 우수한 내마모성을 가져야 합니다.재료의 우수한 내마모성은 기계 부품의 수명을 연장할 뿐만 아니라 부품 교체 및 작업자의 노동 강도를 줄일 수 있습니다.특히 재료의 우수한 내마모성은 에너지와 재료 자원을 절약할 수 있습니다.따라서 다양한 작업 조건 및 기계 부품 성능 요구 사항에 따라 기계 장비 성능을 개선하고 에너지를 절약하기 위해 내마모성 재료를 올바르게 선택하는 것이 중요합니다.

내마모성 재료의 종류
세계에는 다양한 내마모성 재료가 있습니다.
내마모성 재료는 화학 성분에 따라 금속 내마모성 재료, 세라믹 내마모성 재료, 폴리머 내마모성 재료 및 내마모성 복합 재료로 나눌 수 있습니다.
다양한 재료 구조에 따라 내마모성 재료는 일체형 내마모성 재료와 표면 내마모성 재료로 나눌 수 있습니다.
사용 온도에 따라 내마모성 재료는 상온 내마모성 재료와 고온 내마모성 재료로 나눌 수 있습니다.
1) 금속재료
금속 재료는 내마모성 강과 내마모성 주철로 나눌 수 있습니다.생산에 일반적으로 사용되는 금속 재료는 내마모성 합금강, 고 망간강, 베어링 강 및 공구강입니다.고망간강의 내마모성은 변형 경화에 의해 향상됩니다.또한 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 B 및 기타 미량 원소를 첨가하여 강철에 붕소를 형성하고 Ti, Nb, V를 첨가하여 강철의 내마모성을 향상시키기 위해 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
세라믹 재료.내마모성 세라믹으로 사용되는 재료는 주로 산화물 세라믹, 탄화물 세라믹 및 질화물 세라믹을 포함합니다.일반적인 내마모성 세라믹에는 알루미나, 탄화규소, 질화규소 등이 포함됩니다. 세라믹 재료는 매우 부서지기 쉽습니다.따라서 내마모성 세라믹 재료의 강화가 주요 연구 방향입니다.서멧이라고도 하는 초경합금은 WC 또는 TiC 입자로 강화된 Co 기반 합금입니다.이 재료는 공구, 연마 공구 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 낮다는 것입니다.따라서 일반적인 세라믹 입자 또는 섬유를 강화하면 강도와 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.
현대 기업은 일반적으로 경제적 목표를 달성하기 위해 고속 기술을 채택합니다.플랜트의 효율은 다음 매개변수에 의해 결정됩니다.
장비 특성 및 내구성;
투자비, 운영비, 유지보수비.
그 중 가장 중요한 것은 생산에 있어 안전하고 신뢰할 수 있으며 유지 보수를 줄이는 것입니다.따라서 고속 주행 장비의 마모와 부식을 줄이는 것이 매우 중요합니다.세라믹 재료의 뛰어난 특성으로 세라믹 제품을 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.다른 알루미나 함량에 따라 알루미나 세라믹은 75 도자기, 85 도자기, 90 도자기, 95 도자기 및 99 도자기로 나눌 수 있습니다.주요 결정상으로 알루미나를 포함하는 α-세라믹 재료는 다음과 같은 우수한 특성을 가집니다.
매우 높은 경도와 기계적 강도,
우수한 내마모성, 열 전도성 및 전기 강도
높은 절연 저항
낮은 유전 손실
전기적 성능은 온도와 주파수의 변화에 ​​따라 상대적으로 안정적입니다.
편리한 제조
표면은 고르고 평평합니다.
알루미나 세라믹은 전기 절연 재료로 널리 사용되어 왔습니다.지금까지 Al2O3 결정 구조는 10가지 이상 발견됐지만 크게 3가지 종류가 있다.1300℃ 이상의 온도에서 다른 결정상은 거의 완전히 α-Al2O3로 변환됩니다.

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광범위한 소스, 저렴한 가격 및 우수한 내마모성으로 인해 알루미나 세라믹 재료는 산업에서 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 세라믹스의 내마모성에 영향을 미칩니다.Al2O3 함량이 증가함에 따라 내마모성이 증가합니다.그 효과는 습식 분쇄에서 더 중요합니다.

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2. 지르코니아 세라믹스
지르코니아 연삭 매체는 고밀도, 고강도 및 인성을 가지고 있습니다.실제로 알루미나 볼의 비중은 약 3.6g/cm3인 반면 지르코니아 볼의 비중은 약 6.0g/cm3입니다.따라서 지르코니아는 내마모성이 우수하고 분쇄 ​​효율이 매우 높으며 재료 오염을 방지할 수 있습니다.특히 습식 분쇄 및 분산에 적합합니다.현재 고급 자동차 페인트, 휴대폰 페인트, 잉크젯 잉크, 고급 화장품 등과 같은 세라믹, 자성 재료, 코팅, 잉크, 제약 및 식품 산업에서 널리 사용되었습니다. 인성 및 우수한 내마모성, 지르코니아 연삭 비드는 점차 시장에서 가장 널리 사용되는 연삭 매체가 되었습니다.

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분말 공학에서 지르코니아는 연삭 매체로 사용할 수 있습니다.동시에 지르코니아는 샌드 밀의 일부로도 사용할 수 있습니다.샌드 밀의 임무는 분쇄하는 것입니다.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.
우수한 내마모성, 즉 연삭 중 마모율이 낮아 연삭 제품에 심각한 오염을 일으키지 않습니다.
큰 경도, 즉 연삭의 고효율을 보장하기에 충분히 큽니다.
세라믹 부품 중에서 지르코니아는 가장 널리 사용될 뿐만 아니라 샌드 밀에서 가장 성숙한 세라믹 부품입니다.성숙한 기술을 가진 4가지 다이아몬드 재료(지르코니아, 알루미나, 실리콘 카바이드 및 실리콘 질화물) 중에서 지르코니아는 최고의 인성을 가지고 있습니다.고속 회전 샌드 밀에서 로터로서의 지르코니아의 이점은 더욱 분명합니다.고속 회전 과정에서 로터와 재료 사이의 접촉 연삭 공정은 세라믹 부품에 균열을 일으키기 쉽습니다.세라믹 부품은 시간이 지나면 깨집니다.지르코니아 세라믹만이 이 특별한 작업 조건의 서비스 인성을 충족할 수 있습니다.세라믹 로터의 적용은 강자성 오염이 없는 많은 고순도 초미세 분말의 준비 및 적용에 대한 요구 사항을 충족합니다.

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3. 지르코니아 알루미나 알루미늄 복합 세라믹
높은 경도, 안정적인 화학적 특성 및 적절한 가격으로 알루미나 세라믹 볼이 널리 사용됩니다.지르코니아 그라인딩 볼은 비율이 크고 인성이 좋습니다.현재 많은 시장에도 적용되고 있습니다.실제로, Al2O3 세라믹의 취성은 알루미나 세라믹의 응용 및 개발을 심각하게 방해합니다.최근 몇 년 동안 연구원들은 두 번째 상을 추가하여 알루미나 세라믹스의 기계적 특성을 개선하려고 합니다.
알루미나는 경도가 높고 지르코니아는 인성이 좋습니다.두 재료는 ZTA 제품에서 고강도, 고인성의 우수한 복합재료를 형성하여 보다 널리 사용되고 있습니다.ZTA 세라믹은 상온에서 굽힘 강도와 파괴 인성이 뛰어나며 내마모 성능이 뛰어납니다.이 복합 세라믹 재료는 지르코니아 세라믹의 고인성 및 고강도 특성을 나타낼 뿐만 아니라 알루미나 세라믹의 높은 경도의 장점도 보유하고 있습니다.종합적인 기계적 특성이 향상됨에 따라 내마모성도 크게 향상되었습니다.두 재료의 특정 비율은 사용자의 실제 사용 요구 사항에 따라 조정할 수 있습니다.지르코니아 강화 알루미나 세라믹의 특성은 99 알루미나 세라믹보다 우수하지만 가격은 지르코니아 세라믹보다 낮습니다.지르코늄 알루미늄 세라믹 연마재/내마모성 라이닝은 미량 원소 지르코늄을 도입하여 수정 및 강화됩니다.다결정 구조를 형성하기 위한 상변태 강인화의 사용은 제품의 강도, 인성 및 내마모성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.이것은 또한 세라믹 연마재/내마모성 라이닝의 충격 인성을 크게 향상시킵니다.

초경 세라믹스
높은 경도, 고강도 및 높은 내마모성에 따라 초경 세라믹은 내식성 및 내마모성을 갖춘 고온 환경에서 널리 사용됩니다.내마모성이 높은 세라믹에는 탄화규소와 탄화붕소가 포함됩니다.

1. 실리콘 카바이드 세라믹스
우수한 특성으로 인해 실리콘 카바이드 세라믹은 국방, 기계, 야금, 전자 및 기타 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
많은 세라믹 재료 중에서 탄화 규소는 경도가 높고 내열성이 높으며 열 안정성이 우수하고 열팽창 계수가 낮으며 열전도율이 우수합니다.실리콘 카바이드는 항상 재료 과학에서 뜨거운 연구 주제였습니다.지르코니아와 비교하여 샌드 밀의 연삭 실린더에 사용되는 탄화 규소는 빠른 열 분산, 저렴한 비용 및 내마모성과 같은 몇 가지 장점이 있습니다.빠른 방열의 장점은 고온으로 인해 분쇄체에서 재료가 뭉치는 것을 방지하여 분쇄 효율을 향상시킬 수 있습니다.내마모성 측면에서 실리콘 카바이드는 우수한 성능을 발휘합니다.그러나 인성이 부족하고 쉽게 파편화되는 단점도 있다.큰 배럴을 만드는 것은 쉽지 않습니다.
2. 탄화붕소
핫 프레스 탄화붕소는 비금속 내화 화합물입니다.그것은 인공 연마제에서 가장 단단한 물질 중 하나입니다.핫 프레스 제품은 내마모성이 높습니다.제품은 회색 검정색이며 광택이 있습니다.탄화붕소 세라믹은 내마모성이 우수합니다.내마모성 분야에서 중요한 응용 분야가 있습니다.가혹한 조건에서 탄화붕소 세라믹으로 만든 노즐은 수명이 깁니다.그것은 알루미늄 산화물, 텅스텐 카바이드 및 기타 재료로 만들어진 노즐보다 훨씬 높습니다.
분말 공학의 단위 작업에서 세라믹 분말은 원심 분무 건조기로 준비됩니다.이 방법은 오염이 적고 건조 속도가 빠르며 수분 함량이 균일하며 입자 크기 분포가 좁고 분말 유동성이 좋은 등의 장점이 있습니다. 그러나 많은 세라믹 분말은 경도가 높고 고속 회전 원심 노즐에 심하게 마모됩니다.탄화붕소 재질을 채택하여 노즐의 수명을 향상시키는데 효과적입니다.

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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 사용됩니다.
분말 공학 분야에서 질화 규소 제트 분쇄기의 등급 휠 밀도는 3.2g/m3입니다.무게는 금속 재료의 2/3입니다.질화 규소 선별 휠의 가장 큰 사용 특징은 금속 오염을 방지하는 것입니다.또한 지르코니아 세라믹보다 비중이 40% 작습니다.이것은 모터 에너지 소비를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 더 적은 모터를 필요로 합니다.기존 모터에서 오버클럭을 구현하여 더 미세한 입자를 얻을 수 있습니다.

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새로운 유형의 연삭 매체로서 질화 규소는 산업 응용 분야에 진입했습니다.실리콘 질화물은 매우 낮은 마모율과 우수한 기계적 특성으로 인해 많은 관심을 끌었습니다.실리콘 질화물의 비용 및 처리 수준에 의해 제한되기는 하지만, 실리콘 질화물은 그다지 널리 사용되지 않습니다.질화 규소의 작은 비중은 효율적인 분쇄에 도움이 되지 않습니다.그러나 질화규소는 연삭 매체 사용의 낮은 마모 요구 사항에 따라 여전히 잠재적인 연마 재료입니다.
2. 알루미나 질화물
질화 알루미늄 세라믹은 높은 경도와 고온 강도 특성을 가지고 있습니다.절삭 공구, 연삭 휠 및 와이어 드로잉 다이는 물론 공구 재료 및 금속 세라믹 재료를 만들기 위한 원료로 사용할 수 있습니다.질화알루미늄 세라믹은 내마모성도 우수합니다.내마모성 부품으로 사용할 수 있습니다.비용이 높기 때문에 마모가 심한 부품에만 사용할 수 있습니다.산화되기 쉬운 일부 금속 또는 비금속 표면을 AIN 코팅으로 코팅합니다.이는 산화 저항성과 내마모성을 향상시킬 수 있습니다.또한 부식성 물질 처리 및 용기 라이닝과 같은 부식 방지 코팅으로도 사용할 수 있습니다.


게시 시간: Dec-03-2022