Aplikasi Seramik Termaju dalam Bidang Bahan Tahan Haus
Industri rintangan haus dan kakisan adalah satu cabang industri rawatan permukaan.Sebagai industri baru muncul bagi perkhidmatan penjagaan pencegahan dan teknologi pembuatan semula, mereka sangat penting untuk menyelesaikan masalah haus dan kakisan peralatan dan bahan kerja dalam industri kuasa, keluli, perlombongan kimia, simen dan lain-lain.Industri tahan lelasan dan kakisan mempunyai daya hidup yang kuat.Hayat perkhidmatan peralatan industri boleh dipertingkatkan dengan banyak melalui perlindungan haus dan kakisan.Pada masa yang sama, penggunaan keluli dan bahan lain yang disebabkan oleh penyelenggaraan atau penggantian boleh dikurangkan untuk menjimatkan sumber.Industri tahan haus dan kakisan merupakan langkah penting untuk menjimatkan sumber, melindungi alam sekitar dan menggalakkan ekonomi pekeliling.Mereka juga merupakan pembantu yang berkuasa untuk perusahaan untuk mencapai penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan, mengurangkan kos dan meningkatkan kecekapan ekonomi.
Teras industri rintangan haus dan kakisan ialah penggunaan bahan dan teknologi baharu dalam industri berkaitan.Ia terutamanya termasuk teknologi seramik tahan haus, penyemburan haba, plat permukaan dan tahan haus, pelapisan laser, teknologi salutan anti-karat dan tahan haus, teknologi anti-karat, teknologi bahan tahan haus, dsb.
Aplikasi Seramik Termaju dalam Bidang Bahan Tahan Haus
Berdasarkan statistik, geseran menggunakan kira-kira 1/3 daripada tenaga utama di dunia.Sementara itu, terdapat kira-kira 80% bahagian mesin gagal kerana haus.Kegagalan haus bahagian mekanikal berkait rapat dengan pemilihan bahan pasangan geseran dan keadaan perkhidmatan.Secara umum,
►Bahan tahan haus merujuk kepada bahan yang digunakan dalam keadaan geseran dan haus dengan jumlah haus yang kecil.
►Bahan anti geseran merujuk kepada bahan dengan pekali geseran kecil.
►Bahan geseran merujuk kepada bahan dengan pekali geseran yang besar.
Adalah sangat penting untuk memilih dan menggunakan bahan yang betul dengan betul berdasarkan keadaan kerja yang berbeza dan prestasi geseran dan haus yang diperlukan oleh bahagian mekanikal.Sebagai contoh, bahan tahan haus yang digunakan dalam persekitaran berimpak tinggi biasanya keluli mangan tinggi.Walau bagaimanapun, dalam persekitaran beban hentaman yang kecil, penggunaan keluli mangan tinggi tidak akan memberi permainan kepada kelebihan pengerasan ubah bentuk keluli mangan tinggi, manakala penggunaan besi tuang kromium tinggi adalah lebih sesuai.Tidak kira bahan anti geseran atau bahan geseran, kedua-duanya harus mempunyai rintangan haus yang baik pada masa yang sama.Rintangan haus bahan yang baik bukan sahaja dapat memanjangkan hayat perkhidmatan bahagian mekanikal, tetapi juga mengurangkan penggantian bahagian dan intensiti buruh pekerja.Terutamanya, rintangan haus bahan yang baik juga boleh menjimatkan tenaga dan sumber bahan.oleh itu, adalah penting untuk memilih bahan tahan haus dengan betul dalam meningkatkan prestasi peralatan mekanikal dan menjimatkan tenaga berdasarkan keadaan kerja yang berbeza dan keperluan prestasi bahagian mekanikal.
Jenis bahan tahan haus
Terdapat pelbagai bahan tahan haus di dunia.
•Berdasarkan komposisi kimianya, bahan tahan haus boleh dibahagikan kepada bahan tahan haus logam, bahan tahan haus seramik, bahan tahan haus polimer dan komposit tahan haus.
•Berdasarkan struktur bahan yang berbeza, bahan tahan haus boleh dibahagikan kepada bahan tahan haus integral dan bahan tahan haus permukaan.
•Berdasarkan suhu penggunaan yang berbeza, bahan tahan haus boleh dibahagikan kepada bahan tahan haus suhu biasa dan bahan tahan haus suhu tinggi.
1) Bahan logam
Bahan logam boleh dibahagikan kepada keluli tahan haus dan besi tuang tahan haus.Bahan logam yang biasa digunakan dalam pengeluaran ialah keluli aloi tahan haus, keluli mangan tinggi, keluli galas dan keluli alat.Rintangan haus keluli mangan tinggi dipertingkatkan dengan pengerasan ubah bentuk.Di samping itu, keluli tahan haus lain terutamanya meningkatkan kekerasan dan rintangan haus keluli dengan menambahkan unsur pembentuk karbida dan membentuk karbida dengan karbon.Pada masa ini, trend pembangunan keluli tahan haus adalah pengaduan mikro (seperti menambah B, Ti, Nb, V, dll.) pengukuhan, pengubahsuaian nadir bumi dan pengukuhan komposit.Unsur surih ini membentuk sebatian dalam keluli, seperti menambah B dan unsur surih lain untuk membentuk borida dalam keluli, dan menambah Ti, Nb, V untuk membentuk karbida kekerasan tinggi untuk meningkatkan rintangan haus keluli.WC dan AlO ditambah dalam proses penuangan.Komposit matriks keluli dibentuk dengan mengukuhkan matriks keluli dengan zarah yang sama.
2)Bahan seramik
Bahan seramik.Bahan yang digunakan sebagai seramik tahan haus terutamanya termasuk seramik oksida, seramik karbida dan seramik nitrida.Seramik tahan haus biasa termasuk alumina, silikon karbida, silikon nitrida, dll. Bahan seramik sangat rapuh.Oleh itu, peneguhan bahan seramik tahan haus adalah hala tuju penyelidikan utama.Karbida bersimen, juga dikenali sebagai cermet, ialah aloi berasaskan Co yang diperkukuh oleh zarah WC atau TiC.Bahan ini biasanya digunakan sebagai alat, alat pelelas dan bahagian lain yang memerlukan rintangan haus yang sangat tinggi.
3) Bahan tahan haus polimer
Bahan tahan haus polimer terutamanya termasuk nilon, poliuretana, resin epoksi dan getah.Kelemahan bahan polimer ialah kekerasan rendah dan suhu perkhidmatan rendah.Oleh itu, mengukuhkan zarah atau gentian seramik biasa boleh meningkatkan kekuatan dan rintangan hausnya.
Perusahaan moden biasanya menggunakan teknologi berkelajuan tinggi untuk mencapai matlamat ekonomi.Kecekapan loji ditentukan oleh parameter berikut:
•Ciri-ciri dan ketahanan peralatan;
•Kos pelaburan, kos operasi, kos penyelenggaraan dan pembaikan.
Antaranya, perkara yang paling penting ialah selamat dan boleh dipercayai dalam pengeluaran dan mengurangkan penyelenggaraan.Oleh itu, adalah sangat penting untuk mengurangkan haus dan kakisan peralatan larian berkelajuan tinggi.Dengan ciri-ciri cemerlang bahan seramik, penggunaan produk seramik boleh menyelesaikan masalah rintangan haus dan rintangan kakisan yang diperlukan dalam banyak aplikasi.Berbanding dengan bahan logam dan polimer, seramik mempunyai rintangan haus yang lebih baik, rintangan kakisan dan penebat haba.
Jenis biasa seramik tahan haus
Seramik oksida
1. Seramik alumina
Seramik alumina biasanya merujuk kepada α- Bahan seramik dengan alumina sebagai fasa kristal utama.Mengikut kandungan alumina yang berbeza, seramik alumina boleh dibahagikan kepada 75 porselin, 85 porselin, 90 porselin, 95 porselin dan 99 porselin.dengan α- Bahan seramik dengan alumina sebagai fasa kristal utama mempunyai sifat cemerlang berikut:
•Kekerasan yang sangat tinggi dan kekuatan mekanikal,
•Rintangan lelasan yang baik, kekonduksian haba dan kekuatan elektrik
•Rintangan penebat yang tinggi
•Kehilangan dielektrik yang rendah
•Prestasi elektrik adalah agak stabil dengan perubahan suhu dan kekerapan
•Pengilangan yang selesa
•Permukaan adalah sekata dan rata;
Seramik alumina telah digunakan secara meluas sebagai bahan penebat elektrik.Sehingga kini, lebih daripada sepuluh jenis struktur kristal Al2O3 telah ditemui, tetapi terdapat terutamanya tiga jenis.Pada suhu melebihi 1300 ℃, fasa kristal lain hampir sepenuhnya berubah menjadi α- Al2O3.
Oleh kerana sumbernya yang luas, harga yang rendah dan rintangan haus yang baik, bahan seramik alumina digunakan secara meluas dalam industri.Keputusan menunjukkan bahawa rintangan haus hakisan bahan seramik Al2O3 95% adalah lebih daripada 5 kali ganda daripada besi tuang kromium tinggi (Cr15Mo3).Untuk geseran dan haus, apabila kandungan alumina rendah, kandungan alumina mempunyai kesan ke atas rintangan haus seramik alumina.Dengan peningkatan kandungan Al2O3, rintangan hausnya meningkat.Kesannya lebih ketara dalam pengisaran basah.
2. Seramik zirkonia
Medium pengisaran zirkonia mempunyai ketumpatan tinggi, kekuatan tinggi dan keliatan.Sebenarnya, graviti tentu bola alumina adalah kira-kira 3.6g/cm3, manakala bola zirkonia adalah kira-kira 6.0g/cm3.Oleh itu, zirkonia mempunyai rintangan haus yang sangat baik dan kecekapan pengisaran yang sangat tinggi, dan boleh menghalang pencemaran bahan.Ia amat sesuai untuk pengisaran dan penyebaran basah.Pada masa ini, ia telah digunakan secara meluas dalam seramik, bahan magnet, salutan, dakwat, farmaseutikal dan industri makanan, seperti cat automotif termaju, cat telefon bimbit, dakwat jet dakwat, kosmetik canggih, dan lain-lain. Dengan graviti tentu yang tinggi, tinggi keliatan, dan rintangan haus yang sangat baik, manik pengisaran zirkonia secara beransur-ansur menjadi media pengisaran yang paling banyak digunakan di pasaran.
Dalam kejuruteraan serbuk, zirkonia boleh digunakan sebagai medium pengisaran.Pada masa yang sama, zirkonia juga boleh digunakan sebagai sebahagian daripada kilang pasir.Tugas kilang pasir adalah untuk mengisar.Kilang pasir yang cemerlang perlu mempunyai kelebihan kecekapan pengisaran yang tinggi, prestasi peralatan yang stabil dan kualiti produk yang tinggi.Untuk memastikan kelebihan ini, perlu mengemukakan keperluan untuk aksesorinya:
•Rintangan haus yang sangat baik, iaitu, kadar haus yang rendah semasa pengisaran, yang tidak akan menyebabkan pencemaran yang serius kepada produk pengisaran;
•Kekerasan yang besar, iaitu, cukup besar untuk memastikan kecekapan tinggi pengisaran.
Di antara bahagian seramik, zirkonia bukan sahaja yang paling banyak digunakan, tetapi juga bahagian seramik yang paling matang dalam kilang pasir.Antara empat bahan berlian (zirkonia, alumina, silikon karbida dan silikon nitrida) dengan teknologi matang, zirkonia mempunyai keliatan terbaik.Dalam kilang pasir berputar berkelajuan tinggi, kelebihan zirkonia sebagai pemutar adalah lebih jelas.Dalam proses putaran berkelajuan tinggi, proses pengisaran sentuhan antara rotor dan bahan akan mudah menyebabkan keretakan pada bahagian seramik.Bahagian seramik akan pecah dari semasa ke semasa.Hanya seramik zirkonia boleh memenuhi keliatan perkhidmatan keadaan kerja istimewa ini.Penggunaan rotor seramik memenuhi keperluan untuk penyediaan dan penggunaan banyak serbuk ultrahalus ketulenan tinggi tanpa pencemaran feromagnetik.
3. Zirkonia alumina aluminium seramik komposit
Dengan kekerasan yang tinggi, sifat kimia yang stabil dan harga yang sesuai, bola seramik alumina digunakan secara meluas.Bola pengisar zirkonia mempunyai bahagian yang besar dan keliatan yang baik.Pada masa ini, ia juga digunakan di banyak pasaran.Sebenarnya, kerapuhan seramik Al2O3 sangat menghalang aplikasi dan pembangunan seramik alumina.Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, penyelidik cuba menambah baik sifat mekanikal seramik alumina dengan menambah fasa kedua.
Alumina mempunyai kekerasan yang tinggi, manakala zirkonia mempunyai keliatan yang baik.Kedua-dua bahan membentuk komposit yang sangat baik dengan kekuatan tinggi dan keliatan tinggi dalam produk ZTA, yang digunakan secara meluas.Seramik ZTA mempunyai kekuatan lentur yang tinggi dan keliatan patah pada suhu bilik, serta prestasi tahan haus yang sangat baik.Bahan seramik komposit ini bukan sahaja menunjukkan ciri-ciri keliatan tinggi dan kekuatan tinggi seramik zirkonia, tetapi juga mengekalkan kelebihan kekerasan tinggi seramik alumina.Dengan peningkatan sifat mekanikal yang komprehensif, rintangan hausnya juga telah bertambah baik.Perkadaran khusus kedua-dua bahan boleh dilaraskan mengikut keperluan penggunaan sebenar pengguna.Ciri-ciri seramik alumina teguh zirkonia adalah lebih baik daripada seramik alumina 99, tetapi harganya lebih rendah daripada seramik zirkonia.Pelapik seramik aluminium zirkonium/lapisan kalis haus diubah suai dan dikeraskan dengan memperkenalkan unsur surih zirkonium.Penggunaan pengukuhan transformasi fasa untuk membentuk struktur polihabluran adalah kondusif untuk meningkatkan kekuatan, keliatan dan rintangan haus produk.Ini juga meningkatkan keliatan impak seramik pelelas/lapisan tahan haus.
Seramik karbida
Bergantung pada kekerasan tinggi, kekuatan tinggi dan rintangan haus yang tinggi, seramik karbida digunakan secara meluas dalam persekitaran suhu tinggi dengan rintangan kakisan dan rintangan haus.Seramik rintangan haus tinggi termasuk silikon karbida dan boron karbida.
1. seramik silikon karbida
Oleh kerana sifatnya yang sangat baik, seramik silikon karbida digunakan secara meluas dalam pertahanan negara, jentera, metalurgi, elektronik dan bidang perindustrian lain.
Di antara banyak bahan seramik, silikon karbida mempunyai kekerasan yang tinggi, rintangan suhu tinggi, kestabilan haba yang baik, pekali pengembangan haba yang rendah dan kekonduksian terma yang sangat baik.Silikon karbida sentiasa menjadi topik penyelidikan hangat dalam sains bahan.Berbanding dengan zirkonia, silikon karbida yang digunakan dalam silinder pengisaran kilang pasir mempunyai sekurang-kurangnya beberapa kelebihan, seperti pelesapan haba yang cepat, kos rendah, dan lebih banyak rintangan haus.Kelebihan pelesapan haba yang cepat boleh menghalang penggumpalan bahan dalam badan pengisaran akibat suhu tinggi, sekali gus meningkatkan kecekapan pengisaran.Dari segi rintangan haus, silikon karbida mempunyai prestasi yang sangat baik.Walau bagaimanapun, ia juga mempunyai kelemahan iaitu keliatan yang tidak mencukupi dan mudah pecah.Bukan senang nak buat tong besar.
2. Boron karbida
Boron karbida yang ditekan panas ialah sebatian refraktori bukan logam.Ia adalah salah satu bahan yang paling keras dalam bahan pelelas buatan.Produk yang ditekan panas mempunyai rintangan haus yang tinggi.Produk berwarna kelabu hitam dan berkilat.Seramik boron karbida mempunyai rintangan haus yang baik.Ia mempunyai aplikasi penting dalam bidang rintangan haus.Di bawah keadaan yang teruk, muncung yang diperbuat daripada seramik boron karbida mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang.Ia jauh lebih tinggi daripada muncung yang diperbuat daripada aluminium oksida, tungsten karbida dan bahan lain.
Dalam operasi unit kejuruteraan serbuk, serbuk seramik disediakan oleh pengering semburan emparan.Kaedah ini mempunyai kelebihan pencemaran yang kurang, kelajuan pengeringan yang cepat, kandungan air yang seragam, pengedaran saiz zarah yang sempit, kecairan serbuk yang baik, dan lain-lain. Walau bagaimanapun, banyak serbuk seramik mempunyai kekerasan yang tinggi dan serius dipakai pada muncung emparan berputar berkelajuan tinggi.Dengan menggunakan bahan boron karbida, ia berkesan untuk meningkatkan hayat perkhidmatan muncung.
seramik nitrida
1. Silikon nitrida seramik
Seramik silikon nitrida mempunyai graviti tentu yang kecil, pekali pengembangan haba yang rendah, rintangan kejutan haba yang baik dan keliatan patah yang tinggi.Ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, enjin kereta, jentera, industri kimia dan bidang lain, terutamanya sebagai bahan struktur suhu tinggi yang baharu.
Dalam bidang kejuruteraan serbuk, ketumpatan roda penggredan kilang jet silikon nitrida ialah 3.2g/m.Berat badannya ialah 2/3 daripada bahan logam.Ciri penggunaan terbesar roda penggredan silikon nitrida adalah untuk mengelakkan pencemaran logam.Di samping itu, graviti tentu adalah 40% lebih kecil daripada seramik zirkonia.Ini bukan sahaja boleh mengurangkan penggunaan tenaga motor, tetapi juga memerlukan kurang motor.Di bawah motor sedia ada, overclocking boleh direalisasikan untuk mendapatkan zarah yang lebih halus.
Sebagai medium pengisaran jenis baharu, silikon nitrida telah memasuki bidang aplikasi perindustrian.Silikon nitrida telah menarik banyak perhatian kerana kadar haus yang sangat rendah dan sifat mekanikal yang sangat baik.Walaupun terhad oleh kos dan tahap pemprosesan silikon nitrida, silikon nitrida tidak digunakan secara meluas.Graviti tentu kecil silikon nitrida tidak kondusif untuk pengisaran yang cekap.Walau bagaimanapun, silikon nitrida masih merupakan bahan pelelas yang berpotensi mengikut keperluan haus rendah penggunaan media pengisaran.
2. Alumina nitrida
Seramik nitrida aluminium mempunyai kekerasan tinggi dan sifat kekuatan suhu tinggi.Ia boleh digunakan sebagai alat pemotong, roda pengisar dan acuan lukisan dawai, serta bahan mentah untuk membuat bahan alat dan bahan seramik logam.Seramik nitrida aluminium juga mempunyai rintangan haus yang sangat baik.Ia boleh digunakan sebagai bahagian tahan haus.Oleh kerana kosnya yang tinggi, ia hanya boleh digunakan untuk bahagian yang mengalami kehausan teruk.Salutan beberapa permukaan logam atau bukan logam yang mudah teroksida dengan salutan AIN.Ini boleh meningkatkan rintangan pengoksidaan dan rintangan haus;Ia juga boleh digunakan sebagai salutan anti-karat, seperti pemproses bahan menghakis dan lapisan bekas.
Masa siaran: Dis-03-2022