Aşınmaya Dayanıklı Malzemeler Alanında İleri Seramik Uygulamaları
Aşınma ve korozyon direnci endüstrisi, yüzey işleme endüstrisinin bir koludur.Önleyici bakım ve yeniden üretim teknolojisi hizmetlerinin gelişmekte olan endüstrileri olarak, enerji, çelik, kimya madenciliği, çimento ve diğer endüstrilerdeki ekipman ve iş parçalarının aşınma ve korozyon problemlerini çözmek için çok önemlidirler.Aşınmaya ve korozyona dayanıklı endüstri güçlü bir canlılığa sahiptir.Endüstriyel ekipmanın hizmet ömrü, aşınma ve korozyona karşı koruma yoluyla büyük ölçüde iyileştirilebilir.Aynı zamanda, bakım veya değiştirmeden kaynaklanan çelik ve diğer malzemelerin tüketimi, kaynakları korumak için azaltılabilir.Aşınmaya ve korozyona dayanıklı endüstri, kaynakları korumak, çevreyi korumak ve döngüsel ekonomiyi desteklemek için önemli bir önlemdir.Ayrıca, işletmelerin enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı sağlamaları, maliyetleri düşürmeleri ve ekonomik verimliliği artırmaları için güçlü yardımcılardır.
Aşınma ve korozyon direnci endüstrisinin özü, ilgili endüstrilerde yeni malzeme ve teknolojilerin uygulanmasıdır.Esas olarak aşınmaya dayanıklı seramik teknolojisi, termal püskürtme, yüzey kaplama ve aşınmaya dayanıklı plaka, lazer kaplama, korozyon önleyici ve aşınmaya dayanıklı kaplama teknolojisi, korozyon önleyici teknoloji, aşınmaya dayanıklı malzeme teknolojisi vb.
Aşınmaya Dayanıklı Malzemeler Alanında İleri Seramik Uygulamaları
İstatistiklere göre, sürtünme dünyadaki birincil enerjinin yaklaşık 1/3'ünü tüketir.Bu arada, makine parçalarının yaklaşık %80'i aşınma nedeniyle arızalanır.Mekanik parçaların aşınma arızası, sürtünme çifti malzemelerinin seçimi ve servis koşulları ile yakından ilgilidir.Genel olarak,
►Aşınmaya dayanıklı malzemeler, aşınma miktarının az olduğu sürtünme ve aşınma koşullarında kullanılan malzemeleri ifade eder.
►Sürtünme önleyici malzemeler, küçük sürtünme katsayısına sahip malzemeyi ifade eder.
►Sürtünme malzemeleri, büyük sürtünme katsayısına sahip malzemeyi ifade eder.
Mekanik parçaların gerektirdiği farklı çalışma koşulları ve sürtünme ve aşınma performanslarına göre doğru malzemeleri doğru seçmek ve kullanmak çok önemlidir.Örneğin, yüksek darbeli ortamlarda kullanılan aşınmaya dayanıklı malzemeler genellikle yüksek manganlı çeliktir.Bununla birlikte, küçük darbe yükü ortamında, yüksek manganlı çeliğin kullanımı, yüksek manganlı çeliğin deformasyon sertleşmesinin avantajlarını ortadan kaldırırken, yüksek kromlu dökme demir kullanımı daha uygundur.Sürtünme önleyici malzemeler veya sürtünme malzemeleri ne olursa olsun, her ikisi de aynı anda iyi aşınma direncine sahip olmalıdır.Malzemelerin iyi aşınma direnci, yalnızca mekanik parçaların hizmet ömrünü uzatmakla kalmaz, aynı zamanda parçaların değiştirilmesini ve işçilerin emek yoğunluğunu da azaltır.Özellikle malzemelerin iyi aşınma direnci, enerji ve malzeme kaynaklarından da tasarruf sağlayabilir.bu nedenle, farklı çalışma koşulları ve mekanik parça performans gerekliliklerine göre mekanik ekipman performansını iyileştirmede ve enerji tasarrufunda aşınmaya dayanıklı malzemelerin doğru seçilmesi önemlidir.
Aşınmaya dayanıklı malzeme türleri
Dünyada çeşitli aşınmaya dayanıklı malzemeler vardır.
•Aşınmaya dayanıklı malzemeler, kimyasal bileşimlerine göre metal aşınmaya dayanıklı malzemeler, seramik aşınmaya dayanıklı malzemeler, polimer aşınmaya dayanıklı malzemeler ve aşınmaya dayanıklı kompozitler olarak ayrılabilir.
•Farklı malzeme yapılarına bağlı olarak, aşınmaya dayanıklı malzemeler, entegre aşınmaya dayanıklı malzemelere ve yüzey aşınmaya dayanıklı malzemelere ayrılabilir.
•Farklı kullanım sıcaklıklarına bağlı olarak, aşınmaya dayanıklı malzemeler normal sıcaklıkta aşınmaya dayanıklı malzemelere ve yüksek sıcaklıkta aşınmaya dayanıklı malzemelere ayrılabilir.
1) Metalik malzemeler
Metal malzemeler aşınmaya dayanıklı çelik ve aşınmaya dayanıklı dökme demir olarak ayrılabilir.Üretimde yaygın olarak kullanılan metal malzemeler aşınmaya dayanıklı alaşımlı çelik, yüksek manganlı çelik, rulman çeliği ve takım çeliğidir.Yüksek manganlı çeliğin aşınma direnci, deformasyon sertleşmesi ile iyileştirilir.Ek olarak, diğer aşınmaya dayanıklı çelikler, karbür oluşturma elemanları ekleyerek ve karbon ile karbürler oluşturarak esas olarak çeliğin sertliğini ve aşınma direncini geliştirir.Şu anda, aşınmaya dayanıklı çeliğin gelişme eğilimi, mikro alaşımlama (B, Ti, Nb, V, vb. ekleme gibi), güçlendirme, nadir toprak modifikasyonu ve kompozit güçlendirmedir.Bu iz elementler, çelikte borit oluşturmak için B ve diğer iz elementlerin eklenmesi ve çeliğin aşınma direncini artırmak için yüksek sertlikte karbür oluşturmak üzere Ti, Nb, V eklenmesi gibi çelikte bileşikler oluşturur.Döküm işleminde WC ve AlO eklenir.Çelik matris kompozit, çelik matrisin eşit parçacıklarla güçlendirilmesiyle oluşturulur.
2) Seramik malzemeler
Seramik malzemeler.Aşınmaya dayanıklı seramikler olarak kullanılan malzemeler başlıca oksit seramikler, karbür seramikler ve nitrür seramiklerdir.Tipik aşınmaya dayanıklı seramikler arasında alümina, silisyum karbür, silisyum nitrür vb. bulunur. Seramik malzemeler çok kırılgandır.Bu nedenle, aşınmaya dayanıklı seramik malzemelerin sertleştirilmesi ana araştırma yönüdür.Sermet olarak da bilinen semente karbür, WC veya TiC partikülleri ile güçlendirilmiş Co bazlı bir alaşımdır.Bu malzeme genellikle alet, aşındırıcı alet ve çok yüksek aşınma direnci gerektiren diğer parçalar olarak kullanılır.
3) Polimer aşınmaya dayanıklı malzemeler
Polimer aşınmaya dayanıklı malzemeler başlıca naylon, poliüretan, epoksi reçine ve kauçuk içerir.Polimer malzemelerin dezavantajları, düşük sertlik ve düşük servis sıcaklığıdır.Bu nedenle, ortak seramik parçacıklarının veya liflerinin güçlendirilmesi, bunların mukavemetini ve aşınma direncini artırabilir.
Modern işletmeler, ekonomik hedeflere ulaşmak için genellikle yüksek hızlı teknolojiyi benimsiyor.Tesisin verimliliği aşağıdaki parametrelerle belirlenir:
•Ekipman özellikleri ve dayanıklılık;
•Yatırım maliyeti, işletme maliyeti, bakım ve onarım maliyeti.
Bunların arasında en önemlisi üretimde güvenli ve güvenilir olması ve bakımın azaltılmasıdır.Bu nedenle, yüksek hızda çalışan ekipmanın aşınmasını ve korozyonunu azaltmak çok önemlidir.Seramik malzemelerin üstün özellikleri ile seramik ürünlerin kullanımı, birçok uygulamada gerekli olan aşınma direnci ve korozyon direnci sorunlarını çözebilir.Metal malzemeler ve polimerlerle karşılaştırıldığında, seramikler daha iyi aşınma direncine, korozyon direncine ve ısı yalıtımına sahiptir.
Yaygın aşınmaya dayanıklı seramik türleri
oksit seramikler
1. Alümina seramikler
Alümina seramikler genellikle ana kristal faz olarak alümina içeren α-Seramik malzemeleri ifade eder.Farklı alümina içeriğine göre alümina seramikler 75 porselen, 85 porselen, 90 porselen, 95 porselen ve 99 porselen olarak ayrılabilir.α- Ana kristal fazı alümina olan seramik malzemeler aşağıdaki mükemmel özelliklere sahiptir:
•Çok yüksek sertlik ve mekanik dayanım,
•İyi aşınma direnci, termal iletkenlik ve elektrik gücü
•Yüksek yalıtım direnci
•Düşük dielektrik kaybı
•Elektrik performansı, sıcaklık ve frekans değişikliği ile nispeten kararlıdır
•uygun imalat
•Yüzey düz ve düzdür;
Alümina seramikler, elektrik yalıtım malzemeleri olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.Şimdiye kadar, ondan fazla çeşit Al2O3 kristal yapısı bulundu, ancak esas olarak üç çeşit var.1300 ℃ üzerindeki sıcaklıklarda, diğer kristal fazlar neredeyse tamamen α-Al2O3'e dönüşür.
Geniş kaynağı, düşük fiyatı ve iyi aşınma direnci nedeniyle, alümina seramik malzemeler endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.Sonuçlar, %95 Al2O3 seramik malzemenin erozyon aşınma direncinin, yüksek kromlu dökme demirin (Cr15Mo3) 5 katından daha fazla olduğunu göstermektedir.Sürtünme ve aşınma için, alümina içeriği düşük olduğunda, alümina içeriği alümina seramiklerin aşınma direnci üzerinde bir etkiye sahiptir.Al2O3 içeriğinin artmasıyla aşınma direnci artar.Islak öğütmede etki daha belirgindir.
2. Zirkonya seramikleri
Zirkonya öğütme ortamı yüksek yoğunluğa, yüksek mukavemete ve tokluğa sahiptir.Aslında, alümina topun özgül ağırlığı yaklaşık 3,6 g/cm3 iken zirkonya topunun özgül ağırlığı yaklaşık 6,0 g/cm3'tür.Bu nedenle zirkonya, mükemmel aşınma direncine ve çok yüksek öğütme verimliliğine sahiptir ve malzeme kirliliğini önleyebilir.Özellikle ıslak öğütme ve dispersiyon için uygundur.Şu anda, gelişmiş otomotiv boyası, cep telefonu boyası, mürekkep püskürtmeli mürekkep, gelişmiş kozmetik vb. Gibi seramik, manyetik malzemeler, kaplamalar, mürekkepler, ilaç ve gıda endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek özgül ağırlığı ile, yüksek tokluk ve mükemmel aşınma direnci, zirkonya taşlama boncukları yavaş yavaş piyasada en yaygın kullanılan taşlama ortamı haline geldi.
Toz mühendisliğinde, öğütme ortamı olarak zirkonya kullanılabilir.Aynı zamanda kum değirmeninin bir parçası olarak zirkon da kullanılabilir.Kum değirmeninin görevi öğütmektir.Mükemmel bir kum değirmeni, yüksek öğütme verimliliği, istikrarlı ekipman performansı ve yüksek ürün kalitesi gibi avantajlara sahip olmalıdır.Bu avantajların sağlanabilmesi için aksesuarlarına ilişkin gereksinimlerin ortaya konulması gerekmektedir:
•Mükemmel aşınma direnci, yani öğütme sırasında öğütme ürünlerinde ciddi kirliliğe neden olmayacak düşük aşınma oranı;
•Büyük sertlik, yani öğütmenin yüksek verimliliğini sağlayacak kadar büyüktür.
Seramik parçalar arasında zirkonya, kum değirmeninde sadece en yaygın kullanılan değil, aynı zamanda en olgun seramik parçadır.Olgun teknolojiye sahip dört elmas malzeme (zirkonya, alümina, silisyum karbür ve silisyum nitrür) arasında zirkonya en iyi tokluğa sahiptir.Yüksek hızlı dönen kum değirmeninde, rotor olarak zirkonyanın avantajı daha belirgindir.Yüksek hızlı dönüş sürecinde, rotor ve malzeme arasındaki temaslı taşlama işlemi, seramik parçalarda kolaylıkla çatlaklara yol açacaktır.Seramik parçalar zamanla kırılacaktır.Bu özel çalışma koşulunun hizmet tokluğunu yalnızca zirkon seramikler karşılayabilir.Seramik rotorların uygulanması, ferromanyetik kirlilik olmadan birçok yüksek saflıkta ultra ince tozun hazırlanması ve uygulanmasına yönelik gereksinimleri karşılar.
3. Zirkonya alümina alüminyum kompozit seramikler
Yüksek sertliği, kararlı kimyasal özellikleri ve uygun fiyatı ile alümina seramik bilyeler yaygın olarak kullanılmaktadır.Zirkonya taşlama bilyası büyük bir orana ve iyi tokluğa sahiptir.Şu anda birçok pazarda da uygulanmaktadır.Aslında Al2O3 seramiklerinin kırılganlığı, alümina seramiklerin uygulanmasını ve geliştirilmesini ciddi şekilde engellemektedir.Son yıllarda araştırmacılar ikinci faz ekleyerek alümina seramiklerin mekanik özelliklerini iyileştirmeye çalışmaktadırlar.
Alümina yüksek sertliğe sahipken, zirkonya iyi tokluğa sahiptir.İki malzeme, daha yaygın olarak kullanılan ZTA ürününde yüksek mukavemet ve yüksek tokluğa sahip mükemmel kompozitler oluşturur.ZTA seramikleri, oda sıcaklığında yüksek eğilme mukavemetine ve kırılma tokluğuna ve ayrıca mükemmel aşınma direnci performansına sahiptir.Bu kompozit seramik malzeme, yalnızca zirkonya seramiklerin yüksek tokluk ve yüksek mukavemet özelliklerini göstermekle kalmaz, aynı zamanda alümina seramiklerin yüksek sertlik avantajlarını da korur.Kapsamlı mekanik özelliklerin iyileştirilmesiyle aşınma direnci de büyük ölçüde iyileştirildi.İki malzemenin belirli oranı, kullanıcıların gerçek kullanım gereksinimlerine göre ayarlanabilir.Zirkonya ile sertleştirilmiş alümina seramiklerin özellikleri 99 alümina seramikten daha iyidir ancak fiyatları zirkonya seramikten daha düşüktür.Zirkonyum alüminyum seramik aşındırıcılar/aşınmaya dayanıklı astarlar, eser element zirkonyum eklenerek modifiye edilir ve sertleştirilir.Polikristal bir yapı oluşturmak için faz dönüştürme toklaştırmasının kullanılması, ürünün mukavemetini, tokluğunu ve aşınma direncini geliştirmeye elverişlidir.Bu aynı zamanda seramik aşındırıcıların/aşınmaya dayanıklı astarların darbe dayanıklılığını da büyük ölçüde artırır.
Karbür seramikler
Yüksek sertlik, yüksek mukavemet ve yüksek aşınma direncine bağlı olarak, karbür seramikler korozyon direnci ve aşınma direnci ile yüksek sıcaklık ortamında yaygın olarak kullanılmaktadır.Yüksek aşınma direncine sahip seramikler silisyum karbür ve boron karbür içerir.
1. Silisyum karbür seramikler
Silisyum karbür seramikler, mükemmel özelliklerinden dolayı ulusal savunma, makine, metalurji, elektronik ve diğer endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Birçok seramik malzeme arasında silisyum karbür, yüksek sertliğe, yüksek sıcaklık direncine, iyi termal kararlılığa, düşük termal genleşme katsayısına ve mükemmel termal iletkenliğe sahiptir.Silisyum karbür, malzeme biliminde her zaman sıcak bir araştırma konusu olmuştur.Zirkonya ile karşılaştırıldığında, kum değirmeninin öğütme silindirinde kullanılan silisyum karbür, hızlı ısı dağılımı, düşük maliyet ve daha fazla aşınma direnci gibi en az birkaç avantaja sahiptir.Hızlı ısı yayılımının avantajı, yüksek sıcaklıktan dolayı öğütme gövdesindeki malzemelerin topaklanmasını önleyerek öğütme verimini artırabilir.Aşınma direnci açısından silisyum karbür mükemmel performansa sahiptir.Bununla birlikte, yetersiz tokluk ve kolay parçalanma gibi eksiklikleri de vardır.Büyük bir varil yapmak kolay değil.
2. Bor karbür
Sıcak preslenmiş bor karbür metalik olmayan bir refrakter bileşiktir.Yapay aşındırıcılardaki en sert maddelerden biridir.Sıcak preslenmiş ürünler yüksek aşınma direncine sahiptir.Ürün gri siyah ve parlaktır.Bor karbür seramikler iyi aşınma direncine sahiptir.Aşınma direnci alanında önemli uygulamalara sahiptir.Zor koşullar altında, bor karbür seramikten yapılmış nozül uzun bir kullanım ömrüne sahiptir.Alüminyum oksit, tungsten karbür ve diğer malzemelerden yapılmış nozuldan çok daha yüksektir.
Toz mühendisliğinin ünite çalışmasında santrifüjlü sprey kurutucu ile seramik tozu hazırlanır.Bu yöntemin daha az kirlilik, hızlı kuruma hızı, tekdüze su içeriği, dar parçacık boyutu dağılımı, iyi toz akışkanlığı vb. avantajları vardır. Bununla birlikte, birçok seramik tozu yüksek sertliğe sahiptir ve yüksek hızda dönen santrifüj nozüllerde ciddi şekilde aşınır.Bor karbür malzemeyi benimseyerek, nozülün hizmet ömrünü iyileştirmede etkilidir.
Nitrür seramikleri
1. Silikon nitrür seramikler
Silisyum nitrür seramikler düşük özgül ağırlığa, düşük termal genleşme katsayısına, iyi termal şok direncine ve yüksek kırılma tokluğuna sahiptir.Havacılık, otomobil motoru, makine, kimya sanayi ve diğer alanlarda, özellikle yeni bir yüksek sıcaklık yapısal malzemesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Toz mühendisliği alanında, silisyum nitrür jet değirmenin derecelendirme çarkının yoğunluğu 3,2 g/m'dir.Gövde ağırlığı metal malzemenin 2/3'ü kadardır.Silisyum nitrür boylama çarkının en büyük kullanım özelliği metal kirliliğini önlemesidir.Ayrıca özgül ağırlığı zirkon seramiklere göre %40 daha küçüktür.Bu sadece motor enerji tüketimini büyük ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda daha az motor gerektirir.Mevcut motor altında, daha ince parçacıklar elde etmek için hız aşırtma gerçekleştirilebilir.
Yeni bir öğütme ortamı türü olarak silisyum nitrür endüstriyel uygulama alanına girmiştir.Silisyum nitrür, son derece düşük aşınma oranı ve mükemmel mekanik özellikleri nedeniyle büyük ilgi görmüştür.Silisyum nitrürün maliyeti ve işleme düzeyi ile sınırlı olmasına rağmen, silisyum nitrür o kadar yaygın kullanılmamaktadır.Silisyum nitrürün küçük özgül ağırlığı verimli öğütme için elverişli değildir.Bununla birlikte, silisyum nitrür, öğütme ortamı kullanımının düşük aşınma gerekliliklerine göre hala potansiyel bir aşındırıcı malzemedir.
2. Alümina nitrür
Alüminyum nitrür seramikler, yüksek sertlik ve yüksek sıcaklık dayanım özelliklerine sahiptir.Kesici takımlar, taşlama taşları ve tel çekme kalıpları ile alet malzemeleri ve metal seramik malzemelerin yapımında hammadde olarak kullanılabilir.Alüminyum nitrür seramikler ayrıca mükemmel aşınma direncine sahiptir.Aşınmaya dayanıklı bir parça olarak kullanılabilir.Maliyetinin yüksek olması nedeniyle sadece şiddetli aşınma olan parçalarda kullanılabilir.Bazı kolay oksitlenen metal veya metal olmayan yüzeylerin AIN kaplama ile kaplanması.Bu, oksidasyon direncini ve aşınma direncini artırabilir;Aşındırıcı maddelerin işlenmesi ve kapların astarlanması gibi korozyon önleyici kaplama olarak da kullanılabilir.
Gönderim zamanı: Aralık-03-2022