Các ứng dụng của gốm tiên tiến trong lĩnh vực vật liệu chống mài mòn
Công nghiệp chống mài mòn và ăn mòn là một nhánh của ngành xử lý bề mặt.Là các ngành dịch vụ công nghệ chăm sóc phòng ngừa và tái sản xuất mới nổi, chúng rất quan trọng để giải quyết các vấn đề về mài mòn và ăn mòn của thiết bị và phôi trong điện, thép, khai thác hóa chất, xi măng và các ngành công nghiệp khác.Ngành công nghiệp chống mài mòn và ăn mòn có sức sống mạnh mẽ.Tuổi thọ của thiết bị công nghiệp có thể được cải thiện đáng kể thông qua bảo vệ chống mài mòn và ăn mòn.Đồng thời, có thể giảm mức tiêu thụ thép và các vật liệu khác do bảo trì hoặc thay thế để tiết kiệm tài nguyên.Công nghiệp chống mài mòn và ăn mòn là một biện pháp quan trọng để tiết kiệm tài nguyên, bảo vệ môi trường và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn.Chúng cũng là những trợ thủ đắc lực cho doanh nghiệp trong việc tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cốt lõi của ngành chống mài mòn và ăn mòn là ứng dụng các vật liệu và công nghệ mới trong các ngành liên quan.Nó chủ yếu bao gồm công nghệ gốm chống mài mòn, phun nhiệt, tấm bề mặt và chống mài mòn, lớp phủ laser, công nghệ phủ chống ăn mòn và chống mài mòn, công nghệ chống ăn mòn, công nghệ vật liệu chống mài mòn, v.v.
Các ứng dụng của gốm tiên tiến trong lĩnh vực vật liệu chống mài mòn
Dựa trên số liệu thống kê, ma sát tiêu thụ khoảng 1/3 năng lượng sơ cấp trên thế giới.Trong khi đó, có khoảng 80% chi tiết máy hỏng do hao mòn.Sự hao mòn của các bộ phận cơ khí có liên quan mật thiết đến việc lựa chọn vật liệu cặp ma sát và điều kiện sử dụng.Nói chung,
►Các vật liệu chống mài mòn đề cập đến các vật liệu được sử dụng trong điều kiện ma sát và mài mòn với lượng mài mòn nhỏ.
►Vật liệu chống ma sát đề cập đến vật liệu có hệ số ma sát nhỏ.
►Vật liệu ma sát đề cập đến vật liệu có hệ số ma sát lớn.
Điều rất quan trọng là chọn và sử dụng đúng vật liệu phù hợp dựa trên các điều kiện làm việc khác nhau cũng như hiệu suất ma sát và mài mòn theo yêu cầu của các bộ phận cơ khí.Ví dụ, vật liệu chống mài mòn được sử dụng trong môi trường chịu tác động cao thường là thép mangan cao.Tuy nhiên, trong môi trường tải trọng tác động nhỏ, việc sử dụng thép mangan cao sẽ không phát huy được ưu điểm biến dạng cứng của thép mangan cao, trong khi sử dụng gang có hàm lượng crôm cao sẽ phù hợp hơn.Bất kể vật liệu chống ma sát hay vật liệu ma sát, cả hai đều phải có khả năng chống mài mòn tốt cùng một lúc.Khả năng chống mài mòn tốt của vật liệu không chỉ có thể kéo dài tuổi thọ của các bộ phận cơ khí mà còn giảm việc thay thế các bộ phận và cường độ lao động của công nhân.Đặc biệt, khả năng chống mài mòn tốt của vật liệu cũng có thể tiết kiệm năng lượng và tài nguyên vật chất.do đó, điều quan trọng là phải chọn đúng vật liệu chống mài mòn để cải thiện hiệu suất của thiết bị cơ khí và tiết kiệm năng lượng dựa trên các điều kiện làm việc khác nhau và yêu cầu về hiệu suất của các bộ phận cơ khí.
Các loại vật liệu chịu mài mòn
Có nhiều vật liệu chống mài mòn khác nhau trên thế giới.
•Dựa trên thành phần hóa học của chúng, vật liệu chống mài mòn có thể được chia thành vật liệu chống mài mòn kim loại, vật liệu chống mài mòn gốm, vật liệu chống mài mòn polymer và vật liệu tổng hợp chống mài mòn.
•Dựa trên các cấu trúc vật liệu khác nhau, vật liệu chống mài mòn có thể được chia thành vật liệu chống mài mòn tích hợp và vật liệu chống mài mòn bề mặt.
•Dựa trên nhiệt độ sử dụng khác nhau, vật liệu chống mài mòn có thể được chia thành vật liệu chống mài mòn ở nhiệt độ bình thường và vật liệu chống mài mòn ở nhiệt độ cao.
1) Vật liệu kim loại
Vật liệu kim loại có thể được chia thành thép chịu mài mòn và gang chịu mài mòn.Các vật liệu kim loại thường được sử dụng trong sản xuất là thép hợp kim chịu mài mòn, thép mangan cao, thép chịu lực và thép dụng cụ.Khả năng chống mài mòn của thép mangan cao được cải thiện bằng cách làm cứng biến dạng.Ngoài ra, các loại thép chịu mài mòn khác chủ yếu cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép bằng cách thêm các nguyên tố tạo cacbua và tạo cacbua bằng cacbon.Hiện nay, xu hướng phát triển của thép chống mài mòn là gia cường vi hợp kim (chẳng hạn như thêm B, Ti, Nb, V, v.v.), biến tính đất hiếm và gia cường composite.Các nguyên tố vi lượng này tạo thành các hợp chất trong thép, chẳng hạn như thêm B và các nguyên tố vi lượng khác để tạo thành boride trong thép và thêm Ti, Nb, V để tạo thành cacbua có độ cứng cao nhằm cải thiện khả năng chống mài mòn của thép.WC và AlO được thêm vào trong quá trình đúc.Hỗn hợp ma trận thép được hình thành bằng cách tăng cường ma trận thép với các hạt bằng nhau.
2) Vật liệu gốm sứ
Vật liệu gốm sứ.Các vật liệu được sử dụng làm gốm chịu mài mòn chủ yếu bao gồm gốm oxit, gốm cacbua và gốm nitrit.Các loại gốm chịu mài mòn điển hình bao gồm alumina, silicon carbide, silicon nitride, v.v. Vật liệu gốm rất giòn.Do đó, việc làm cứng vật liệu gốm chịu mài mòn là hướng nghiên cứu chính.Cacbua xi măng, còn được gọi là gốm kim loại, là một hợp kim dựa trên Co được gia cố bằng các hạt WC hoặc TiC.Vật liệu này thường được sử dụng làm công cụ, dụng cụ mài mòn và các bộ phận khác đòi hỏi khả năng chống mài mòn rất cao.
3) Vật liệu chịu mài mòn polymer
Các vật liệu chống mài mòn polymer chủ yếu bao gồm nylon, polyurethane, nhựa epoxy và cao su.Nhược điểm của vật liệu polymer là độ cứng thấp và nhiệt độ làm việc thấp.Do đó, tăng cường các hạt hoặc sợi gốm thông thường có thể cải thiện độ bền và khả năng chống mài mòn của chúng.
Các doanh nghiệp hiện đại thường áp dụng công nghệ tốc độ cao để đạt được các mục tiêu kinh tế.Hiệu quả của nhà máy được xác định bởi các thông số sau:
•Đặc tính và độ bền của thiết bị;
•Chi phí đầu tư, chi phí vận hành, chi phí bảo trì, sửa chữa.
Trong số đó, điều quan trọng nhất là an toàn và đáng tin cậy trong sản xuất và giảm thiểu bảo trì.Do đó, điều rất quan trọng là giảm hao mòn và ăn mòn thiết bị chạy tốc độ cao.Với các đặc tính nổi bật của vật liệu gốm, việc sử dụng các sản phẩm gốm có thể giải quyết các vấn đề về khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn cần thiết trong nhiều ứng dụng.So với vật liệu kim loại và polyme, gốm sứ có khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và cách nhiệt tốt hơn.
Các loại gốm chịu mài mòn phổ biến
gốm oxit
1. Gốm sứ alumin
Gốm alumina thường đề cập đến vật liệu gốm α- với alumina là pha kết tinh chính.Theo hàm lượng alumina khác nhau, gốm alumina có thể được chia thành 75 sứ, 85 sứ, 90 sứ, 95 sứ và 99 sứ.với vật liệu α-Gốm với alumina là pha tinh thể chính có các đặc tính tuyệt vời sau:
•Độ cứng và độ bền cơ học rất cao,
•Chống mài mòn tốt, dẫn nhiệt và độ bền điện
•Điện trở cách điện cao
•Tổn thất điện môi thấp
•Hiệu suất điện tương đối ổn định với sự thay đổi của nhiệt độ và tần số
•sản xuất thuận tiện
•Bề mặt phẳng và phẳng;
Gốm alumina đã được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện.Cho đến nay, hơn mười loại cấu trúc tinh thể Al2O3 đã được tìm thấy, nhưng chủ yếu có ba loại.Ở nhiệt độ trên 1300℃, các pha tinh thể khác gần như chuyển hoàn toàn thành α- Al2O3.
Do nguồn rộng, giá thấp và khả năng chống mài mòn tốt, vật liệu gốm alumina được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.Kết quả cho thấy khả năng chống mài mòn của vật liệu gốm 95% Al2O3 gấp hơn 5 lần so với gang hàm lượng crom cao (Cr15Mo3).Đối với ma sát và mài mòn, khi hàm lượng alumina thấp, hàm lượng alumina có ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của gốm alumina.Với sự gia tăng hàm lượng Al2O3, khả năng chống mài mòn của nó tăng lên.Hiệu quả có ý nghĩa hơn trong mài ướt.
2. Gốm Zirconia
Môi trường mài Zirconia có mật độ cao, độ bền và độ dẻo dai cao.Trên thực tế, trọng lượng riêng của quả bóng alumina là khoảng 3,6g/cm3, trong khi của quả bóng zirconia là khoảng 6,0g/cm3.Do đó, zirconia có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và hiệu quả mài rất cao, đồng thời có thể ngăn ngừa ô nhiễm vật liệu.Nó đặc biệt thích hợp cho nghiền ướt và phân tán.Hiện nay, nó đã được sử dụng rộng rãi trong gốm sứ, vật liệu từ tính, sơn, mực, dược phẩm và thực phẩm, chẳng hạn như sơn ô tô tiên tiến, sơn điện thoại di động, mực in phun, mỹ phẩm cao cấp, v.v. Với trọng lượng riêng cao, cao độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, hạt mài zirconia đã dần trở thành phương tiện mài được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường.
Trong kỹ thuật bột, zirconia có thể được sử dụng làm phương tiện nghiền.Đồng thời, zirconia cũng có thể được sử dụng như một phần của máy nghiền cát.Nhiệm vụ của máy nghiền cát là nghiền.Một máy nghiền cát tốt cần phải có ưu điểm là hiệu quả nghiền cao, hiệu suất thiết bị ổn định và chất lượng sản phẩm cao.Để đảm bảo được những ưu điểm này, cần đưa ra những yêu cầu đối với phụ kiện của nó:
•Khả năng chống mài mòn tuyệt vời, nghĩa là tốc độ mài mòn thấp trong quá trình mài, sẽ không gây ô nhiễm nghiêm trọng cho các sản phẩm mài;
•Độ cứng lớn, nghĩa là đủ lớn để đảm bảo hiệu quả mài cao.
Trong số các bộ phận gốm, zirconia không chỉ được sử dụng rộng rãi nhất mà còn là bộ phận gốm trưởng thành nhất trong nhà máy cát.Trong số bốn vật liệu kim cương (zirconia, alumina, silicon carbide và silicon nitride) với công nghệ trưởng thành, zirconia có độ dẻo dai tốt nhất.Trong máy nghiền cát quay tốc độ cao, lợi thế của zirconia là rôto rõ ràng hơn.Trong quá trình quay tốc độ cao, quá trình mài tiếp xúc giữa rôto và vật liệu sẽ dễ dẫn đến các vết nứt trên các bộ phận gốm.Các bộ phận gốm sẽ vỡ theo thời gian.Chỉ gốm sứ zirconia mới có thể đáp ứng độ dẻo dai của điều kiện làm việc đặc biệt này.Ứng dụng của rôto gốm đáp ứng các yêu cầu cho việc chuẩn bị và ứng dụng nhiều loại bột siêu mịn có độ tinh khiết cao mà không gây ô nhiễm sắt từ.
3. Gốm composite nhôm Zirconia alumina
Với độ cứng cao, tính chất hóa học ổn định và giá cả phù hợp, bóng gốm alumina được sử dụng rộng rãi.Bóng mài zirconia có tỷ lệ lớn và độ dẻo dai tốt.Hiện nay, nó cũng được áp dụng ở nhiều thị trường.Trên thực tế, độ giòn của gốm Al2O3 cản trở nghiêm trọng việc ứng dụng và phát triển gốm alumin.Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu cố gắng cải thiện tính chất cơ học của gốm alumina bằng cách thêm pha thứ hai.
Alumina có độ cứng cao, trong khi zirconia có độ dẻo dai tốt.Hai vật liệu tạo thành vật liệu tổng hợp tuyệt vời với độ bền cao và độ dẻo dai cao trong sản phẩm của ZTA, được sử dụng rộng rãi hơn.Gốm ZTA có độ bền uốn cao và độ bền gãy ở nhiệt độ phòng, cũng như hiệu suất chống mài mòn tuyệt vời.Vật liệu gốm composite này không chỉ thể hiện đặc tính dẻo dai và độ bền cao của gốm zirconia mà còn giữ được ưu điểm độ cứng cao của gốm alumina.Với việc cải thiện các tính chất cơ học toàn diện, khả năng chống mài mòn của nó cũng được cải thiện rất nhiều.Tỷ lệ cụ thể của hai vật liệu có thể được điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng thực tế của người dùng.Đặc tính của gốm alumina cường lực zirconia tốt hơn gốm 99 alumina, nhưng giá của chúng thấp hơn gốm zirconia.Vật liệu mài mòn/lớp lót chống mài mòn bằng gốm nhôm zirconium được sửa đổi và làm cứng bằng cách đưa vào nguyên tố vi lượng zirconium.Việc sử dụng quá trình tôi luyện chuyển pha để tạo thành cấu trúc đa tinh thể có lợi cho việc cải thiện độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn của sản phẩm.Điều này cũng cải thiện đáng kể độ bền va đập của vật liệu mài mòn gốm/lớp lót chống mài mòn.
gốm cacbua
Tùy thuộc vào độ cứng cao, độ bền cao và khả năng chống mài mòn cao, gốm cacbua được sử dụng rộng rãi trong môi trường nhiệt độ cao với khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn.Gốm chịu mài mòn cao bao gồm cacbua silic và cacbua bo.
1. Gốm cacbua silic
Do những đặc tính tuyệt vời của chúng, gốm sứ cacbua silic được sử dụng rộng rãi trong quốc phòng, máy móc, luyện kim, điện tử và các lĩnh vực công nghiệp khác.
Trong số nhiều vật liệu gốm, silicon carbide có độ cứng cao, khả năng chịu nhiệt độ cao, ổn định nhiệt tốt, hệ số giãn nở nhiệt thấp và tính dẫn nhiệt tuyệt vời.Cacbua silic luôn là một chủ đề nghiên cứu nóng trong khoa học vật liệu.So với zirconia, cacbua silic được sử dụng trong xi lanh nghiền của máy nghiền cát có ít nhất một số ưu điểm, chẳng hạn như tản nhiệt nhanh, chi phí thấp và khả năng chống mài mòn cao hơn.Ưu điểm của tản nhiệt nhanh có thể ngăn chặn sự kết tụ của vật liệu trong thân máy mài do nhiệt độ cao, do đó nâng cao hiệu quả mài.Về khả năng chống mài mòn, silicon carbide có hiệu suất tuyệt vời.Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là không đủ độ dẻo dai và dễ bị phân mảnh.Nó không phải là dễ dàng để làm cho một thùng lớn.
2. Bo cacbua
Cacbua boron ép nóng là một hợp chất chịu lửa phi kim loại.Nó là một trong những chất cứng nhất trong chất mài mòn nhân tạo.Sản phẩm ép nóng có khả năng chống mài mòn cao.Sản phẩm có màu xám đen bóng.Gốm cacbua boron có khả năng chống mài mòn tốt.Nó có các ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực chống mài mòn.Trong điều kiện khắc nghiệt, vòi phun làm bằng gốm cacbua bo có tuổi thọ cao.Nó cao hơn nhiều so với vòi làm bằng oxit nhôm, cacbua vonfram và các vật liệu khác.
Trong đơn vị vận hành kỹ thuật bột, bột gốm được chuẩn bị bằng máy sấy phun ly tâm.Phương pháp này có ưu điểm là ít gây ô nhiễm, tốc độ sấy nhanh, hàm lượng nước đồng đều, phân bố kích thước hạt hẹp, tính lưu động của bột tốt, v.v. Tuy nhiên, nhiều loại bột gốm có độ cứng cao và bị mài mòn nghiêm trọng đối với vòi ly tâm quay tốc độ cao.Bằng cách sử dụng vật liệu cacbua boron, việc cải thiện tuổi thọ của vòi phun là rất hiệu quả.
gốm nitrua
1. Gốm silic nitrua
Gốm silicon nitride có trọng lượng riêng nhỏ, hệ số giãn nở nhiệt thấp, khả năng chống sốc nhiệt tốt và độ bền đứt gãy cao.Chúng được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, động cơ ô tô, máy móc, công nghiệp hóa chất và các lĩnh vực khác, đặc biệt là vật liệu kết cấu nhiệt độ cao mới.
Trong lĩnh vực kỹ thuật bột, mật độ của bánh xe phân loại của máy nghiền phản lực silicon nitride là 3,2g/m.Trọng lượng cơ thể của nó bằng 2/3 vật liệu kim loại.Tính năng sử dụng lớn nhất của bánh xe phân loại silicon nitride là ngăn ngừa ô nhiễm kim loại.Ngoài ra, trọng lượng riêng nhỏ hơn 40% so với gốm sứ zirconia.Điều này không chỉ có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng của động cơ mà còn yêu cầu ít động cơ hơn.Theo động cơ hiện có, việc ép xung có thể được thực hiện để thu được các hạt mịn hơn.
Là một loại phương tiện mài mới, silicon nitride đã được đưa vào lĩnh vực ứng dụng công nghiệp.Silicon nitride đã thu hút nhiều sự chú ý do tốc độ mài mòn cực thấp và tính chất cơ học tuyệt vời của nó.Mặc dù bị hạn chế bởi chi phí và mức độ xử lý của silicon nitride, nhưng silicon nitride không được sử dụng rộng rãi.Trọng lượng riêng nhỏ của silicon nitride không có lợi cho việc mài hiệu quả.Tuy nhiên, silicon nitride vẫn là một vật liệu mài mòn tiềm năng theo yêu cầu mài mòn thấp của việc sử dụng phương tiện mài.
2. Alumina nitrua
Gốm nhôm nitrua có độ cứng cao và đặc tính chịu nhiệt độ cao.Nó có thể được sử dụng làm dụng cụ cắt, bánh mài và khuôn kéo dây, cũng như nguyên liệu thô để chế tạo vật liệu dụng cụ và vật liệu gốm kim loại.Gốm nhôm nitrua cũng có khả năng chống mài mòn tuyệt vời.Nó có thể được sử dụng như một bộ phận chống mài mòn.Do chi phí cao, nó chỉ có thể được sử dụng cho các bộ phận bị mài mòn nghiêm trọng.Phủ một số bề mặt kim loại hoặc phi kim loại dễ bị oxy hóa bằng lớp phủ AIN.Điều này có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa và chống mài mòn của nó;Nó cũng có thể được sử dụng làm lớp phủ chống ăn mòn, chẳng hạn như bộ xử lý chất ăn mòn và lớp lót của thùng chứa.
Thời gian đăng: Dec-03-2022