APLICAÇÃO DE CERÂMICA AVANÇADA NO CAMPO DE MATERIAIS RESISTENTES AO DESGASTE
As indústrias resistentes ao desgaste e resistentes à corrosão são um ramo da indústria de tratamento de superfície.É uma indústria emergente para cuidados preventivos e serviços de tecnologia de remanufatura, a fim de resolver problemas de desgaste e corrosão de equipamentos e peças de trabalho em energia, aço, mineração química, cimento e outras indústrias.indústria resistente ao desgaste e resistente à corrosão tem forte vitalidade.Através da proteção contra desgaste e corrosão de equipamentos industriais, sua vida útil pode ser muito melhorada, e o consumo de aço e outros materiais causados por sua manutenção ou substituição pode ser reduzido para economizar recursos.As indústrias resistentes ao desgaste e resistentes à corrosão são medidas importantes para economizar recursos, proteger o meio ambiente e promover a economia circular.Eles também são um poderoso assistente para que a empresa obtenha economia de energia, redução de emissões e custos e melhoria da eficiência econômica.As indústrias resistentes ao desgaste e resistentes à corrosão têm as características de corte transversal, marginal e multidisciplinar.
O núcleo das indústrias resistentes ao desgaste e resistentes à corrosão é a aplicação de novos materiais e tecnologias em indústrias relacionadas.Inclui principalmente tecnologia de cerâmica resistente ao desgaste, pulverização térmica, superfície e placa resistente ao desgaste, revestimento a laser, tecnologia de revestimento resistente à corrosão e resistente ao desgaste, tecnologia resistente à corrosão, tecnologia de material resistente ao desgaste, etc.
Aplicação de Cerâmica Avançada no Campo de Materiais Resistentes ao Desgaste
Segundo as estatísticas, o atrito consome cerca de 1/3 da energia disponível no mundo e cerca de 80% das peças das máquinas falham devido ao desgaste.A falha por desgaste de peças mecânicas está intimamente relacionada com a seleção de materiais de pares de fricção e condições de serviço.Geralmente, os materiais usados sob fricção e condições de desgaste com pequena quantidade de desgaste são chamados de materiais resistentes ao desgaste;O material com baixo coeficiente de atrito é chamado de material antifricção;O material com grande coeficiente de atrito é chamado de material de atrito.É muito importante selecionar e usar corretamente materiais apropriados para diferentes condições de trabalho e propriedades de atrito e desgaste exigidas pelos componentes mecânicos.Por exemplo, geralmente é apropriado selecionar aço de alto manganês como material resistente ao desgaste em ambiente de alto impacto, mas em ambiente de carga de pequeno impacto, aço de alto manganês não pode ter a vantagem de endurecimento por deformação de aço de alto manganês, enquanto ferro fundido de alto cromo é mais apropriado.Além disso, tanto os materiais antifricção quanto os materiais de fricção esperam ter boa resistência ao desgaste ao mesmo tempo.A boa resistência ao desgaste dos materiais pode não apenas prolongar a vida útil das peças mecânicas, reduzir a substituição de peças e a intensidade do trabalho dos trabalhadores, mas também economizar energia e recursos materiais.Portanto, de acordo com diferentes condições de trabalho e requisitos de desempenho de peças mecânicas, é de grande importância selecionar corretamente materiais resistentes ao desgaste para melhorar o desempenho do equipamento mecânico e economizar energia.
Quais são os tipos de materiais resistentes ao desgaste?
Existem muitos tipos de materiais resistentes ao desgaste, que podem ser divididos em materiais resistentes ao desgaste de metal, materiais resistentes ao desgaste de cerâmica, materiais resistentes ao desgaste de polímeros e compostos resistentes ao desgaste de acordo com sua composição química;De acordo com a estrutura do material, pode ser dividido em materiais resistentes ao desgaste integrais e materiais resistentes ao desgaste da superfície;Os materiais resistentes ao desgaste podem ser divididos em materiais resistentes ao desgaste de temperatura normal e materiais resistentes ao desgaste de alta temperatura de acordo com diferentes temperaturas de serviço.
① Materiais metálicos.Os materiais metálicos também podem ser divididos em aço resistente ao desgaste e ferro fundido resistente ao desgaste.Comumente usados são ligas de aço resistentes ao desgaste, aços com alto teor de manganês, aços para rolamentos e aços para ferramentas.Com exceção do aço com alto teor de manganês, que melhora a resistência ao desgaste por endurecimento por deformação, outros aços resistentes ao desgaste melhoram principalmente a dureza e a resistência ao desgaste do aço adicionando elementos formadores de carboneto e formando carbonetos com carbono.Atualmente, a tendência de desenvolvimento do aço resistente ao desgaste é o reforço de microligas (como adição de B, Ti, Nb, V, etc.), modificação de terras raras e reforço composto.Esses oligoelementos formam compostos no aço, como a adição de B e outros oligoelementos no aço para formar boreto e a adição de Ti, Nb, V etc. para formar carboneto de alta dureza para melhorar a resistência ao desgaste do aço.WC e AlO são adicionados no processo de fundição.O compósito com matriz de aço é formado pelo reforço da matriz de aço com partículas iguais.
② Materiais cerâmicos.Os materiais usados como cerâmica resistente ao desgaste incluem principalmente cerâmica de óxido, cerâmica de carboneto e cerâmica de nitreto.Cerâmicas resistentes ao desgaste típicas incluem alumina, carboneto de silício, nitreto de silício, etc. Materiais cerâmicos são muito frágeis, então o endurecimento de materiais cerâmicos resistentes ao desgaste é a principal direção de pesquisa.O carboneto cimentado, também conhecido como cermet, é uma liga à base de Co reforçada com partículas de WC ou TiC, que é comumente usada como ferramentas, abrasivos e outras peças que requerem resistência ao desgaste muito alta.
③ Materiais poliméricos resistentes ao desgaste.Os materiais poliméricos resistentes ao desgaste incluem principalmente nylon, poliuretano, resina epóxi e borracha.As desvantagens dos materiais poliméricos são baixa dureza e baixa temperatura de serviço; portanto, partículas ou fibras de cerâmica são frequentemente usadas para fortalecê-los para melhorar sua força e resistência ao desgaste.
Para fins econômicos, as empresas modernas geralmente adotam tecnologia de alta velocidade.A eficiência da fábrica é determinada pelos seguintes parâmetros: características e durabilidade dos equipamentos;Custo de investimento, custo de operação, custo de manutenção e reparo, entre os quais o mais importante é segurança e confiabilidade na produção e redução de manutenção.Portanto, é muito importante reduzir o desgaste e a corrosão dos equipamentos de alta velocidade.Devido às excelentes características dos materiais cerâmicos, o uso de cerâmica pode resolver os problemas de resistência ao desgaste e resistência à corrosão necessários em muitas aplicações.Em comparação com materiais metálicos e polímeros, a cerâmica tem melhor resistência ao desgaste, resistência à corrosão e isolamento térmico.
Tipos comuns de cerâmica resistente ao desgaste?
cerâmica de óxido
1. Cerâmica de alumina
As cerâmicas de alumina geralmente se referem a materiais α-cerâmicos com alumina como a principal fase cristalina.De acordo com os diferentes teores de alumina, existem 75 porcelanas, 85 porcelanas, 90 porcelanas, 95 porcelanas e 99 porcelanas.com α- Materiais cerâmicos com óxido de alumínio como a principal fase cristalina têm alta dureza e resistência mecânica, boa resistência à abrasão, condutividade térmica, alta resistência elétrica e resistência de isolamento, baixa perda dielétrica, desempenho elétrico estável com mudanças de temperatura e frequência e são amplamente usados como materiais de isolamento elétrico por causa de sua fabricação conveniente, superfície uniforme e plana.Até agora, mais de dez tipos de estruturas cristalinas de Al2O3 foram encontrados, mas existem principalmente três tipos.Em temperaturas acima de 1300 ℃, outras fases cristalinas são quase completamente transformadas em α-Al2O3.
Os materiais cerâmicos de alumina são amplamente utilizados na indústria devido à sua ampla fonte, baixo preço e boa resistência ao desgaste.Os resultados mostram que a resistência ao desgaste por erosão do material cerâmico Al2O3 a 95% é mais de 5 vezes maior que a do ferro fundido com alto teor de cromo (Cr15Mo3).Para fricção e desgaste, quando o teor de alumina é baixo, o teor de alumina tem um impacto na resistência ao desgaste da cerâmica de alumina.Com o aumento do teor de Al2O3, a resistência ao desgaste é melhorada e o efeito é mais significativo na retificação úmida.
2. Cerâmica de zircônia
O meio de moagem de zircônia tem alta densidade (a gravidade específica da bola de alumina é de cerca de 3,6g/cm3, e a gravidade específica da bola de zircônia é de cerca de 6,0g/cm3), alta resistência e tenacidade, por isso tem excelente resistência ao desgaste e moagem muito alta eficiência e pode evitar a poluição do material.É especialmente adequado para moagem úmida e dispersão.Atualmente, tem sido amplamente utilizado em cerâmica, materiais magnéticos, revestimentos, tintas, medicamentos e indústrias alimentícias.Por exemplo: tinta avançada para carros, tinta para celular, tinta para jato de tinta, cosméticos avançados, etc. As esferas de moagem de zircônia tornaram-se os meios de moagem mais amplamente utilizados no mercado em virtude de sua alta gravidade específica (a gravidade específica das bolas de alumina é cerca de 3,6 g/cm3, e a gravidade específica das bolas de zircônia é de cerca de 6,0 g/cm3), alta tenacidade e excelente resistência ao desgaste.
Na engenharia do pó, além de ser utilizada como meio de moagem, a zircônia também é utilizada como acessório do moinho de areia.Todo mundo está familiarizado com o moinho de areia.Sua tarefa é moer.Um excelente moinho de areia precisa ter as vantagens de alta eficiência de moagem, desempenho estável do equipamento e alta qualidade do produto.Para garantir essas vantagens, é necessário apresentar requisitos para seus acessórios: primeiro, tem resistência ao desgaste, ou seja, tem baixa taxa de desgaste durante a retificação e não causa poluição grave aos produtos de retificação;2、A dureza é grande o suficiente para garantir a alta eficiência de moagem.Dentre as peças cerâmicas, a zircônia é a peça cerâmica mais madura utilizada no moinho de areia e possui uma ampla gama de aplicações.Entre os quatro materiais de diamante mais maduros, zircônia, alumina, carboneto de silício e nitreto de silício, a zircônia tem a melhor tenacidade.Em moinhos de areia rotativos de alta velocidade, tem vantagens mais óbvias como rotor.Porque no processo de rotação de alta velocidade, o processo de moagem de contato entre o rotor e os materiais levará facilmente a rachaduras nas peças de cerâmica, o que levará à fratura das peças de cerâmica ao longo do tempo.Somente a cerâmica de zircônia pode atender à tenacidade de uso dessa condição especial de trabalho.A aplicação de rotores de cerâmica atende aos requisitos para a preparação e aplicação de muitos pós ultrafinos de alta pureza sem poluição ferromagnética.
3. Cerâmica composta de alumínio e zircônia alumina
A esfera de cerâmica de alumina é amplamente utilizada devido à sua alta dureza, propriedades químicas estáveis e preço adequado;As esferas de zircônia também são usadas em muitos mercados devido à sua grande proporção e boa tenacidade.No entanto, a fragilidade da cerâmica de Al2O3 dificulta seriamente a aplicação e o desenvolvimento de cerâmicas de alumina.Nos últimos anos, os pesquisadores tentaram melhorar as propriedades mecânicas das cerâmicas de alumina adicionando segundas fases.
O óxido de alumínio tem alta dureza e a zircônia tem boa tenacidade.Os dois materiais formam excelentes compósitos com alta resistência e alta tenacidade, que são mais amplamente utilizados.As cerâmicas ZTA têm alta resistência à flexão e tenacidade à fratura à temperatura ambiente, de modo que as cerâmicas temperadas de zircônia têm excelente resistência ao desgaste.Este material cerâmico composto não só mostra as características da cerâmica de zircônia com alta tenacidade e resistência, mas também mantém as vantagens da cerâmica de alumina com alta dureza.Com a melhoria desta propriedade mecânica abrangente, sua resistência ao desgaste também foi bastante aprimorada.A proporção específica dos dois materiais pode ser ajustada de acordo com os requisitos reais de uso dos usuários.As propriedades da cerâmica de alumina endurecida com zircônia são melhores do que a cerâmica de alumina 99, e o preço é menor do que a cerâmica de zircônia.Abrasivos cerâmicos de alumínio de zircônio/revestimentos resistentes ao desgaste são modificados e endurecidos pela introdução de oligoelementos de zircônio e endurecidos por transformação de fase, formando uma estrutura policristalina.A força e tenacidade são melhoradas, e a resistência ao desgaste é boa, o que melhora muito a resistência ao impacto de abrasivos cerâmicos/revestimentos resistentes ao desgaste.
Cerâmica de carboneto
As cerâmicas de carboneto são amplamente utilizadas em ambientes de alta temperatura com resistência à corrosão e resistência ao desgaste devido à sua alta dureza, alta resistência e alta resistência ao desgaste.Cerâmicas de alta resistência ao desgaste, como carboneto de silício e carboneto de boro, são comuns.
1. Cerâmica de carboneto de silício
Cerâmicas de carboneto de silício são amplamente utilizadas na defesa nacional, maquinário, metalurgia, eletrônica e outros campos industriais devido às suas excelentes propriedades.Entre muitos materiais cerâmicos, o carboneto de silício tem sido um ponto quente na pesquisa de ciência de materiais devido à sua alta dureza, resistência a altas temperaturas, boa estabilidade térmica, baixo coeficiente de expansão térmica e excelente condutividade térmica.Comparado com a zircônia, o carboneto de silício tem pelo menos várias vantagens, como rápida dissipação de calor, baixo custo e maior resistência ao desgaste quando aplicado ao cilindro de moagem do moinho de areia.A vantagem da rápida dissipação de calor pode evitar a aglomeração de materiais no corpo de moagem devido à alta temperatura, melhorando assim a eficiência da moagem.Em termos de resistência ao desgaste, o carboneto de silício tem excelente desempenho, mas também apresenta as deficiências de tenacidade insuficiente e fácil fragmentação.Não é fácil fazer um barril grande.
2. Carboneto de Boro
Carboneto de boro prensado a quente, um composto refratário não metálico, é uma das substâncias mais duras em abrasivos artificiais.Os produtos prensados a quente possuem alta resistência ao desgaste, preto acinzentado e brilhante.Cerâmicas de carboneto de boro têm boa resistência ao desgaste, por isso têm aplicações importantes no campo da resistência ao desgaste.Bicos feitos de cerâmica de carboneto de boro têm uma longa vida útil sob condições severas, que é muito maior do que aqueles feitos de óxido de alumínio, carboneto de tungstênio e outros materiais.
Na operação unitária da engenharia de pó, o secador por pulverização centrífuga é usado para preparar pó de cerâmica, que tem as vantagens de pequena poluição, velocidade de secagem rápida, teor de água uniforme, distribuição de tamanho de partícula estreita, boa fluidez de pó, etc., mas muitas cerâmicas os pós têm alta dureza, o que causa sério desgaste nos bicos centrífugos rotativos de alta velocidade.O uso de carboneto de boro pode efetivamente melhorar a vida útil dos bicos.
cerâmica de nitreto
1. Cerâmica de nitreto de silício
Cerâmica de nitreto de silício tem baixa gravidade específica, baixo coeficiente de expansão térmica, boa resistência ao choque térmico e alta tenacidade à fratura.Eles são amplamente utilizados na indústria aeroespacial, motores automotivos, máquinas, indústria química e outros campos, especialmente como um novo material estrutural de alta temperatura, eles têm vantagens óbvias.
No campo da engenharia de pó, a densidade da roda de classificação do moinho a jato de nitreto de silício é de 3,2 g/m, e seu peso corporal é de 2/3 do material metálico.A maior característica de uso da roda de classificação de nitreto de silício é evitar a poluição por metais.Além disso, sua proporção é 40% menor que a da cerâmica de zircônia, o que pode não apenas reduzir muito o consumo de energia do motor, mas também ter menos requisitos para o motor.Sob o motor existente, ele pode atingir frequência excessiva para obter partículas com tamanho de partícula mais fino.
O nitreto de silício, como um novo tipo de meio de moagem, entrou no campo de aplicação industrial.Com taxa de desgaste extremamente baixa e excelentes propriedades mecânicas, atraiu muita atenção.Embora limitado pelo custo e nível de processamento do nitreto de silício, o nitreto de silício não é tão amplamente utilizado, e a proporção relativamente pequena de nitreto de silício não é propícia à moagem eficiente, mas o uso do meio de moagem requer baixo desgaste, o nitreto de silício também é um potencial material abrasivo.
2. Nitreto de alumínio
Com alta dureza e resistência a altas temperaturas, a cerâmica de nitreto de alumínio pode ser usada como ferramentas de corte, rebolos, matrizes de trefilação e matérias-primas para fazer materiais de ferramentas e materiais de metal-cerâmica.Também possui excelente resistência ao desgaste e pode ser usado como peças resistentes ao desgaste.No entanto, devido ao seu alto custo, só pode ser utilizado para peças com desgaste acentuado.Revestir algumas superfícies metálicas ou não metálicas facilmente oxidadas com revestimento AIN pode melhorar sua resistência à oxidação e resistência ao desgaste;Também pode ser usado como revestimento anticorrosivo, como processador de substâncias corrosivas e revestimento de contêineres.