Применение современной керамики в области износостойких материалов
Индустрия износостойкости и коррозионной стойкости является отраслью обработки поверхностей.Являясь новыми отраслями профилактического ухода и услуг по восстановлению технологий, они очень важны для решения проблем износа и коррозии оборудования и деталей в энергетической, металлургической, химической, горнодобывающей, цементной и других отраслях промышленности.Устойчивая к истиранию и коррозии промышленность имеет сильную жизнеспособность.Срок службы промышленного оборудования можно значительно увеличить за счет защиты от износа и коррозии.В то же время потребление стали и других материалов, вызванное техническим обслуживанием или заменой, может быть уменьшено для экономии ресурсов.Износостойкая и коррозионностойкая промышленность является важной мерой по экономии ресурсов, защите окружающей среды и развитию экономики замкнутого цикла.Они также являются мощными помощниками для предприятий по энергосбережению и сокращению выбросов, снижению затрат и повышению экономической эффективности.
Ядром отрасли износостойкости и коррозионной стойкости является применение новых материалов и технологий в смежных отраслях.В основном это износостойкая керамическая технология, термическое напыление, наплавка и износостойкая пластина, лазерная плакировка, технология антикоррозионного и износостойкого покрытия, антикоррозионная технология, технология износостойких материалов и т. д.
Применение современной керамики в области износостойких материалов
По статистике, на трение расходуется около 1/3 первичной энергии в мире.При этом около 80% деталей машин выходят из строя из-за износа.Выход из строя механических деталей из-за износа тесно связан с выбором материалов пар трения и условиями эксплуатации.В общем,
►К износостойким материалам относятся материалы, используемые в условиях трения и износа с небольшой величиной износа.
►Антифрикционные материалы относятся к материалам с малым коэффициентом трения.
►Фрикционные материалы относятся к материалам с большим коэффициентом трения.
Очень важно правильно выбрать и использовать правильные материалы с учетом различных условий работы и характеристик трения и износа, требуемых механическими частями.Например, износостойкие материалы, используемые в условиях высоких ударных нагрузок, обычно представляют собой сталь с высоким содержанием марганца.Однако в условиях малой ударной нагрузки использование высокомарганцовистой стали не дает преимуществ деформационного упрочнения высокомарганцовистой стали, в то время как использование чугуна с высоким содержанием хрома более целесообразно.Неважно, антифрикционные материалы или фрикционные материалы, и те, и другие должны обладать хорошей износостойкостью одновременно.Хорошая износостойкость материалов позволяет не только продлить срок службы механических деталей, но и снизить необходимость замены деталей и трудоемкость рабочих.В частности, хорошая износостойкость материалов также может сэкономить энергию и материальные ресурсы.поэтому важно правильно выбрать износостойкие материалы для повышения производительности механического оборудования и экономии энергии в зависимости от различных условий работы и требований к производительности механических частей.
Виды износостойких материалов
В мире существуют различные износостойкие материалы.
•По химическому составу износостойкие материалы можно разделить на металлические износостойкие материалы, керамические износостойкие материалы, полимерные износостойкие материалы и износостойкие композиты.
•В зависимости от структуры материала износостойкие материалы можно разделить на интегральные износостойкие материалы и поверхностные износостойкие материалы.
•В зависимости от температуры использования износостойкие материалы можно разделить на износостойкие материалы при нормальной температуре и износостойкие материалы при высоких температурах.
1) Металлические материалы
Металлические материалы можно разделить на износостойкую сталь и износостойкий чугун.Обычно в производстве используются износостойкие легированные стали, стали с высоким содержанием марганца, подшипниковые стали и инструментальные стали.Износостойкость высокомарганцовистой стали повышается за счет деформационного упрочнения.Кроме того, другие износостойкие стали в основном улучшают твердость и износостойкость стали за счет добавления карбидообразующих элементов и образования карбидов с углеродом.В настоящее время тенденцией развития износостойкой стали является микролегирование (например, добавление B, Ti, Nb, V и т. Д.), Упрочнение, модифицирование редкоземельными элементами и композитное упрочнение.Эти микроэлементы образуют соединения в стали, такие как добавление B и других микроэлементов для образования боридов в стали и добавление Ti, Nb, V для образования карбида высокой твердости для повышения износостойкости стали.WC и AlO добавляются в процессе литья.Композит со стальной матрицей формируется путем упрочнения стальной матрицы равными частицами.
2)Керамические материалы
Керамические материалы.Материалы, используемые в качестве износостойкой керамики, в основном включают оксидную, карбидную и нитридную керамику.Типичная износостойкая керамика включает оксид алюминия, карбид кремния, нитрид кремния и т. д. Керамические материалы очень хрупкие.Поэтому упрочнение износостойких керамических материалов является основным направлением исследований.Цементированный карбид, также известный как кермет, представляет собой сплав на основе кобальта, армированный частицами WC или TiC.Этот материал обычно используется в качестве инструмента, абразивного инструмента и других деталей, требующих очень высокой износостойкости.
3) Полимерные износостойкие материалы
Полимерные износостойкие материалы в основном включают нейлон, полиуретан, эпоксидную смолу и каучук.Недостатками полимерных материалов являются низкая твердость и низкая температура эксплуатации.Следовательно, упрочнение обычных керамических частиц или волокон может улучшить их прочность и износостойкость.
Современные предприятия обычно применяют высокоскоростные технологии для достижения экономических целей.Эффективность установки определяется следующими параметрами:
•Характеристики оборудования и долговечность;
•Инвестиционные затраты, эксплуатационные расходы, затраты на техническое обслуживание и ремонт.
Среди них самое главное — быть безопасным и надежным в производстве и сократить расходы на техническое обслуживание.Поэтому очень важно уменьшить износ и коррозию быстроходного оборудования.Благодаря выдающимся характеристикам керамических материалов использование керамических изделий может решить проблемы износостойкости и коррозионной стойкости, необходимые во многих областях применения.По сравнению с металлическими материалами и полимерами керамика обладает лучшей износостойкостью, коррозионной стойкостью и теплоизоляцией.
Распространенные виды износостойкой керамики
Оксидная керамика
1. Глиноземная керамика
Керамика из оксида алюминия обычно относится к α-керамическим материалам с оксидом алюминия в качестве основной кристаллической фазы.По различному содержанию глинозема глиноземную керамику можно разделить на фарфор 75, фарфор 85, фарфор 90, фарфор 95 и фарфор 99.с α-Керамические материалы с оксидом алюминия в качестве основной кристаллической фазы обладают следующими превосходными свойствами:
•Очень высокая твердость и механическая прочность,
•Хорошая стойкость к истиранию, теплопроводность и электрическая прочность
•Высокое сопротивление изоляции
•Низкие диэлектрические потери
•Электрические характеристики относительно стабильны при изменении температуры и частоты.
•Удобное производство
•Поверхность ровная и ровная;
Керамика из глинозема широко используется в качестве электроизоляционного материала.К настоящему времени обнаружено более десяти типов кристаллических структур Al2O3, но в основном их три.При температурах выше 1300 ℃ остальные кристаллические фазы практически полностью переходят в α-Al2O3.
Благодаря широкому происхождению, низкой цене и хорошей износостойкости глиноземные керамические материалы широко используются в промышленности.Результаты показывают, что стойкость к эрозионному износу керамического материала 95% Al2O3 более чем в 5 раз выше, чем у чугуна с высоким содержанием хрома (Cr15Mo3).Что касается трения и износа, когда содержание глинозема низкое, содержание глинозема влияет на износостойкость глиноземной керамики.С увеличением содержания Al2O3 повышается его износостойкость.Эффект более заметен при мокром измельчении.
2. Циркониевая керамика
Циркониевый шлифовальный материал имеет высокую плотность, высокую прочность и ударную вязкость.Фактически, удельный вес шарика из оксида алюминия составляет около 3,6 г/см3, а удельный вес шарика из циркония составляет около 6,0 г/см3.Таким образом, диоксид циркония обладает отличной износостойкостью и очень высокой эффективностью измельчения, а также может предотвратить загрязнение материала.Он особенно подходит для мокрого измельчения и диспергирования.В настоящее время он широко используется в керамике, магнитных материалах, покрытиях, красках, фармацевтической и пищевой промышленности, таких как передовая автомобильная краска, краска для мобильных телефонов, чернила для струйной печати, передовая косметика и т. д. Благодаря высокому удельному весу, высокому ударная вязкость и превосходная износостойкость, шлифовальные шарики из диоксида циркония постепенно стали наиболее широко используемыми мелющими телами на рынке.
В порошковой технике цирконий можно использовать в качестве мелющей среды.В то же время диоксид циркония также может использоваться как часть песчаной мельницы.Задача песочной мельницы – измельчить.Превосходная мельница для песка должна обладать такими преимуществами, как высокая эффективность измельчения, стабильная работа оборудования и высокое качество продукции.Для обеспечения этих преимуществ необходимо выдвинуть требования к его комплектующим:
•Отличная износостойкость, то есть низкая скорость износа при шлифовании, что не вызовет серьезного загрязнения продуктов шлифования;
•Большая твердость, то есть достаточно большая, чтобы обеспечить высокую эффективность измельчения.
Среди керамических деталей цирконий является не только наиболее широко используемым, но и наиболее зрелым керамическим элементом в песчаной мельнице.Среди четырех алмазных материалов (диоксид циркония, оксид алюминия, карбид кремния и нитрид кремния) с отработанной технологией цирконий обладает наибольшей ударной вязкостью.В высокоскоростной вращающейся песчаной мельнице преимущество циркония в качестве ротора более очевидно.В процессе высокоскоростного вращения процесс контактного шлифования между ротором и материалом легко приведет к трещинам в керамических деталях.Керамические детали со временем сломаются.Только керамика из диоксида циркония может соответствовать эксплуатационной прочности в этих особых условиях эксплуатации.Применение керамических роторов отвечает требованиям приготовления и применения многих высокочистых сверхдисперсных порошков без ферромагнитных загрязнений.
3. Циркониевая алюминиевая композитная керамика
Благодаря высокой твердости, стабильным химическим свойствам и приемлемой цене широко используются керамические шарики из глинозема.Шлифовальный шар из диоксида циркония имеет большую пропорцию и хорошую ударную вязкость.В настоящее время он также применяется на многих рынках.Действительно, хрупкость керамики Al2O3 серьезно препятствует применению и развитию глиноземной керамики.В последние годы исследователи пытаются улучшить механические свойства глиноземной керамики путем добавления второй фазы.
Глинозем имеет высокую твердость, а диоксид циркония обладает хорошей ударной вязкостью.Два материала образуют превосходные композиты с высокой прочностью и ударной вязкостью в продуктах ZTA, которые находят более широкое применение.Керамика ZTA обладает высокой прочностью на изгиб и вязкостью разрушения при комнатной температуре, а также отличной износостойкостью.Этот композиционный керамический материал не только демонстрирует характеристики высокой ударной вязкости и высокой прочности керамики из диоксида циркония, но также сохраняет преимущества высокой твердости керамики из оксида алюминия.С улучшением всесторонних механических свойств его износостойкость также значительно улучшилась.Конкретная пропорция двух материалов может быть скорректирована в соответствии с фактическими требованиями пользователей.Свойства керамики из оксида алюминия, закаленной оксидом циркония, лучше, чем у керамики из оксида алюминия 99, но их цена ниже, чем у керамики из оксида циркония.Циркониево-алюминиевые керамические абразивы/износостойкие накладки модифицируются и упрочняются путем введения микроэлемента циркония.Использование закалки фазовым превращением для формирования поликристаллической структуры способствует повышению прочности, ударной вязкости и износостойкости продукта.Это также значительно улучшает ударную вязкость керамических абразивов/износостойких накладок.
Карбидная керамика
В зависимости от их высокой твердости, высокой прочности и высокой износостойкости карбидная керамика широко используется в высокотемпературной среде с коррозионной стойкостью и износостойкостью.Керамика с высокой износостойкостью включает карбид кремния и карбид бора.
1. Керамика из карбида кремния
Благодаря своим превосходным свойствам карбидокремниевая керамика широко используется в национальной обороне, машиностроении, металлургии, электронике и других областях промышленности.
Среди многих керамических материалов карбид кремния обладает высокой твердостью, высокой термостойкостью, хорошей термической стабильностью, низким коэффициентом теплового расширения и отличной теплопроводностью.Карбид кремния всегда был горячей темой исследований в материаловедении.По сравнению с диоксидом циркония карбид кремния, используемый в измельчающем цилиндре песчаной мельницы, имеет как минимум несколько преимуществ, таких как быстрое рассеивание тепла, низкая стоимость и большая износостойкость.Преимущество быстрого рассеивания тепла может предотвратить агломерацию материалов в мелющих телах из-за высокой температуры, тем самым повышая эффективность измельчения.С точки зрения износостойкости карбид кремния имеет отличные характеристики.Однако у него также есть недостатки, заключающиеся в недостаточной ударной вязкости и легкой фрагментации.Сделать большую бочку непросто.
2. Карбид бора
Горячепрессованный карбид бора представляет собой неметаллическое тугоплавкое соединение.Это одно из самых твердых веществ в искусственных абразивах.Изделия горячего прессования обладают высокой износостойкостью.Продукт серый черный и глянцевый.Керамика из карбида бора обладает хорошей износостойкостью.Он имеет важные применения в области износостойкости.В тяжелых условиях насадка из карбидоборсодержащей керамики имеет длительный срок службы.Это намного выше, чем у сопла из оксида алюминия, карбида вольфрама и других материалов.
В агрегатах порошковой техники керамический порошок готовится с помощью центробежной распылительной сушилки.Этот метод имеет преимущества в меньшем загрязнении, быстрой скорости высыхания, равномерном содержании воды, узком гранулометрическом составе, хорошей текучести порошка и т. д. Однако многие керамические порошки имеют высокую твердость и серьезно изнашиваются для высокоскоростных вращающихся центробежных сопел.Использование материала из карбида бора эффективно увеличивает срок службы сопла.
нитридная керамика
1. Керамика из нитрида кремния
Керамика из нитрида кремния имеет малый удельный вес, низкий коэффициент теплового расширения, хорошую термостойкость и высокую вязкость разрушения.Они широко используются в аэрокосмической, автомобильной, машиностроительной, химической промышленности и других областях, особенно в качестве нового высокотемпературного конструкционного материала.
В области порошковой техники плотность калибрующего колеса струйной мельницы из нитрида кремния составляет 3,2 г/м.Вес его тела составляет 2/3 от металлического материала.Самая большая особенность сортировочного круга из нитрида кремния заключается в предотвращении загрязнения металлом.Кроме того, удельный вес на 40% меньше, чем у керамики из диоксида циркония.Это не только может значительно снизить энергопотребление двигателя, но и требует меньшего количества двигателя.При существующем двигателе можно реализовать разгон для получения более мелких частиц.
В качестве нового типа мелющих тел нитрид кремния вошел в область промышленного применения.Нитрид кремния привлек большое внимание благодаря своей чрезвычайно низкой скорости износа и превосходным механическим свойствам.Хотя нитрид кремния ограничен стоимостью и уровнем обработки нитрида кремния, нитрид кремния не так широко используется.Малый удельный вес нитрида кремния не способствует эффективному измельчению.Тем не менее, нитрид кремния по-прежнему является потенциальным абразивным материалом в соответствии с низкими требованиями к износу при использовании мелющих тел.
2. Нитрид алюминия
Керамика из нитрида алюминия обладает высокой твердостью и жаропрочностью.Его можно использовать в качестве режущих инструментов, шлифовальных кругов и волок для волочения проволоки, а также в качестве сырья для изготовления инструментальных и металлокерамических материалов.Керамика из нитрида алюминия также обладает отличной износостойкостью.Может использоваться как износостойкая деталь.Из-за высокой стоимости его можно использовать только для деталей с сильным износом.Покрытие некоторых легко окисляемых металлических или неметаллических поверхностей покрытием AIN.Это может улучшить его стойкость к окислению и износостойкость;Его также можно использовать в качестве антикоррозионного покрытия, например, для обработки агрессивных веществ и облицовки контейнеров.
Время публикации: 03 декабря 2022 г.