Недостатки традиционных износостойких материалов
В действительности, черные металлы уже давно являются распространенными износостойкими материалами, среди которых широко используются марганцевая сталь, белый чугун и легированная сталь. Однако эти материалы имеют определенные недостатки. Например, аустенитная марганцевая сталь обладает превосходной прочностью, но довольно сложна в обработке. Обычный белый чугун и низколегированный белый чугун обладают хорошей твердостью и износостойкостью, но страдают от высокой хрупкости, что ограничивает их применение только в условиях легких нагрузок. Хотя среднелегированный и высоколегированный белый чугун решили проблему высокой хрупкости, их производство сопряжено со значительно более высокими затратами.
Износ, коррозия и разрушение являются основными причинами выхода из строя компонентов оборудования, что широко распространено в таких отраслях, как металлургия, строительство, электроэнергетика и машиностроение. Среди этих факторов износ оказывает наиболее сильное воздействие на компоненты. Особенно в транспортном оборудовании износ материалов составляет приблизительно 80% случаев выхода компонентов из строя, поскольку традиционные износостойкие материалы уже не способны соответствовать требованиям эксплуатации в суровых условиях.
В 1980-х годах постепенно появились несколько износостойких керамических материалов, таких как бориды, карбиды и нитриды, после чего страны по всему миру вложили значительные ресурсы в соответствующие исследования. Благодаря углублению исследований, эти новые типы износостойких керамических материалов получили все более широкое применение в промышленном оборудовании и трубопроводах благодаря своим превосходным характеристикам. Заменив традиционные металлические материалы, они значительно увеличили срок службы оборудования и его непрерывную работоспособность.
Свойства и характеристики износостойкой промышленной керамики
Промышленные керамические материалы заняли видное место в секторе износостойкости, главным образом благодаря следующим ключевым свойствам и характеристикам:
(1) Высокая твердость и прочность;
(2) Отличная износостойкость и длительный срок службы. Испытания показали, что его износостойкость в 180 раз выше, чем у марганцевой стали, и в 118 раз выше, чем у высокохромистой литой стали.
(3) Высокая ударопрочность;
(4) Высокая термостойкость. Прочное соединение и отличная термостойкость;
(5) Малый вес. Плотность износостойкой керамики составляет приблизительно 3,6 г/см³, что вдвое меньше плотности стали и железа, что позволяет значительно снизить нагрузку на оборудование.
(6) Широкий спектр применения и высокая адаптивность. Промышленные керамические материалы различных типов могут быть выбраны в соответствии со специфическими требованиями для всего износостойкого механического оборудования в таких системах, как измельчение, подготовка угля, транспортировка материалов, удаление золы и пылеудаление, которые широко используются на предприятиях, включая тепловые электростанции, металлургические заводы, плавильные заводы, шахты и цементные заводы.
Классификация износостойкой промышленной керамики
В зависимости от материала, к распространенным износостойким промышленным керамическим материалам относятся в основном оксидная керамика, карбидная керамика и нитридная керамика.
(1) Износостойкая оксидная промышленная керамика
Среди материалов для изготовления износостойких компонентов керамика на основе оксида алюминия выделяется как типичный представитель износостойких промышленных керамических материалов. Благодаря высокой твердости, превосходной химической стабильности и выдающейся износостойкости керамика на основе оксида алюминия широко используется в таких отраслях, как металлургия, нефтехимия и аэрокосмическая промышленность. Однако относительно низкая трещиностойкость и плохая термостойкость ограничивают ее применение в промышленности, особенно в тех областях, где предъявляются жесткие требования к механическим свойствам материалов. Введение определенного количества других соединений в керамику на основе оксида алюминия может эффективно повысить ее прочность, тем самым еще больше улучшив ее износостойкость. По этой причине в настоящее время композитная керамика на основе матрицы из оксида алюминия стала одним из основных направлений исследований и разработок.
(2) Износостойкая нитридная керамика
Нитридная керамика появилась сравнительно поздно и не получила быстрого развития до 1970-х годов. Почти вся она производится методом искусственного синтеза. Помимо высокой прочности и твердости, она также обладает превосходными электрическими и тепловыми свойствами. После десятилетий развития нитридная керамика, такая как нитрид кремния, нитрид алюминия и нитрид бора, широко используется в качестве высокопрочных механических компонентов, коррозионностойких компонентов и износостойких деталей в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, машиностроение и металлургия.
(3) Износостойкая керамика из карбида
Керамика на основе карбида бора обладает чрезвычайно стабильными химическими свойствами, а её твёрдость уступает только твёрдости алмаза и кубического нитрида бора (ЦБН), что делает её превосходным износостойким или антифрикционным материалом с широкими перспективами применения в абразивах, подшипниках, уплотнительных кольцах и режущих инструментах. Однако трибологические свойства керамики на основе карбида бора сильно зависят от температуры, нагрузки, скорости трения и материалов трущейся пары, поэтому в практических применениях необходимо в полной мере учитывать условия работы и факторы окружающей среды.
