Wat is de invloed van zeldzame aardoxiden in keramische coatings?

Keramiek, metalen materialen en polymeermaterialen worden vermeld als de drie belangrijkste vaste materialen. Keramiek heeft veel uitstekende eigenschappen, zoals hoge temperatuurbestendigheid, corrosieweerstand, slijtvastheid, enz., Omdat de atomaire bindingsmodus van keramiek ionische binding, covalente binding of gemengde ion-covalente binding met hoge bindingsenergie is. Keramische coating kan het uiterlijk, de structuur en de prestaties van het buitenoppervlak van het substraat veranderen. Coating-substraatcomposiet heeft de voorkeur vanwege zijn nieuwe prestaties. Het kan op organische wijze de originele kenmerken van het substraat combineren met de kenmerken van hoge temperatuurbestendigheid, hoge slijtvastheid en hoge corrosieweerstand van keramische materialen, en de uitgebreide voordelen van de twee soorten materialen ten volle benutten, dus het wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart , luchtvaart, nationale defensie, chemische industrie en andere industrieën.

Zeldzame aarde wordt de ‘schatkamer’ van nieuwe materialen genoemd vanwege zijn unieke 4f ​​elektronische structuur en fysische en chemische eigenschappen. Zuivere zeldzame aardmetalen worden echter zelden rechtstreeks in onderzoek gebruikt, en zeldzame aardverbindingen worden meestal gebruikt. De meest voorkomende verbindingen zijn CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS en zeldzame aardferrosilicium. Deze zeldzame aardverbindingen kunnen de structuur en eigenschappen van keramische materialen en keramische coatings verbeteren.

I toepassing van zeldzame aardoxiden in keramische materialen

Het toevoegen van zeldzame aardelementen als stabilisatoren en sinterhulpmiddelen aan verschillende keramieksoorten kan de sintertemperatuur verlagen, de sterkte en taaiheid van sommige structurele keramiek verbeteren en zo de productiekosten verlagen. Tegelijkertijd spelen zeldzame aardelementen ook een zeer belangrijke rol in halfgeleidergassensoren, microgolfmedia, piëzo-elektrische keramiek en andere functionele keramiek. Uit het onderzoek is gebleken dat het samen toevoegen van twee of meer zeldzame aardoxides aan aluminiumoxide-keramiek beter is dan het toevoegen van een enkel zeldzaam aardoxide aan aluminiumoxide-keramiek. Na de optimalisatietest heeft Y2O3+CeO2 het beste effect. Wanneer 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 wordt toegevoegd bij 1490 ℃, kan de relatieve dichtheid van gesinterde monsters 96,2% bereiken, wat hoger is dan de dichtheid van monsters met alleen zeldzame aardoxide Y2O3 of CeO2.

Het effect van La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 bij het bevorderen van het sinteren is beter dan dat van het toevoegen van alleen La2O3, en de slijtvastheid is duidelijk verbeterd. Het laat ook zien dat het mengen van twee zeldzame aardoxides geen eenvoudige toevoeging is, maar dat er een interactie tussen beide is, wat gunstiger is voor het sinteren en de prestatieverbetering van aluminiumoxide-keramiek, maar het principe moet nog worden bestudeerd.

Bovendien is gevonden dat de toevoeging van gemengde zeldzame aardmetaaloxiden als sinterhulpmiddelen de migratie van materialen kan verbeteren, het sinteren van MgO-keramiek kan bevorderen en de dichtheid kan verbeteren. Wanneer het gehalte aan gemengd metaaloxide echter meer dan 15% bedraagt, neemt de relatieve dichtheid af en neemt de open porositeit toe.

Ten tweede de invloed van zeldzame aardoxides op de eigenschappen van keramische coatings

Uit bestaand onderzoek blijkt dat zeldzame aardelementen de korrelgrootte kunnen verfijnen, de dichtheid kunnen vergroten, de microstructuur kunnen verbeteren en het grensvlak kunnen zuiveren. Het speelt een unieke rol bij het verbeteren van de sterkte, taaiheid, hardheid, slijtvastheid en corrosieweerstand van keramische coatings, wat de prestaties van keramische coatings tot op zekere hoogte verbetert en het toepassingsbereik van keramische coatings verbreedt.

1

Verbetering van de mechanische eigenschappen van keramische coatings door zeldzame aardoxiden

Zeldzame aardoxiden kunnen de hardheid, buigsterkte en treksterkte van keramische coatings aanzienlijk verbeteren. De experimentele resultaten tonen aan dat de treksterkte van de coating effectief kan worden verbeterd door Lao _ 2 te gebruiken als additief in Al2O3 + 3% TiO _ 2 materiaal, en dat de treksterkte 27,36 MPa kan bereiken wanneer de hoeveelheid Lao _ 2 6,0 is. %. Door CeO2 met een massafractie van 3,0% en 6,0% toe te voegen aan Cr2O3-materiaal, ligt de treksterkte van de coating tussen 18 ~ 25 MPa, wat groter is dan de oorspronkelijke 12 ~ 16 MPa. Wanneer het CeO2-gehalte echter 9,0% bedraagt, neemt de treksterkte toe. De hechtsterkte neemt af tot 12~15 MPa.

2

Verbetering van de thermische schokbestendigheid van keramische coating door zeldzame aardmetalen

De thermische schokbestendigheidstest is een belangrijke test om de hechtsterkte tussen coating en substraat en de afstemming van de thermische uitzettingscoëfficiënt tussen coating en substraat kwalitatief weer te geven. Het weerspiegelt direct het vermogen van de coating om weerstand te bieden tegen afbladderen wanneer de temperatuur afwisselend verandert tijdens gebruik, en weerspiegelt ook het vermogen van de coating om weerstand te bieden aan mechanische schokvermoeidheid en het vermogen om vanaf de zijkant met het substraat te hechten. Daarom is het ook de sleutelfactor om de kwaliteit van keramische coating.

Uit het onderzoek blijkt dat de toevoeging van 3,0% CeO2 de porositeit en poriegrootte in de coating kan verminderen en de spanningsconcentratie aan de rand van de poriën kan verminderen, waardoor de thermische schokbestendigheid van de Cr2O3-coating wordt verbeterd. De porositeit van de keramische Al2O3-coating nam echter af en de hechtsterkte en de levensduur van de coating bij thermische schokken namen duidelijk toe na toevoeging van LaO2. Wanneer de toegevoegde hoeveelheid LaO2 6% bedraagt ​​(massafractie), is de thermische schokbestendigheid van de coating het beste en kan de levensduur van thermische schokken 218 keer bedragen, terwijl de levensduur van de coating zonder LaO2 slechts 163 keer bedraagt. keer.

3

Zeldzame aardoxiden beïnvloeden de slijtvastheid van coatings

De zeldzame aardoxiden die worden gebruikt om de slijtvastheid van keramische coatings te verbeteren, zijn meestal CeO2 en La2O3. Hun zeshoekige gelaagde structuur kan een goede smeerfunctie vertonen en stabiele chemische eigenschappen behouden bij hoge temperaturen, wat de slijtvastheid effectief kan verbeteren en de wrijvingscoëfficiënt kan verminderen.

Uit het onderzoek blijkt dat de wrijvingscoëfficiënt van de coating met de juiste hoeveelheid CeO2 klein en stabiel is. Er is gerapporteerd dat het toevoegen van La2O3 aan plasmagespoten cermetcoating op nikkelbasis de wrijvingsslijtage en de wrijvingscoëfficiënt van de coating duidelijk kan verminderen, en dat de wrijvingscoëfficiënt stabiel is met weinig fluctuaties. Het slijtoppervlak van de bekledingslaag zonder zeldzame aarde vertoont ernstige hechting en brosse breuk en afbrokkeling. De coating die zeldzame aarde bevat, vertoont echter een zwakke hechting op het versleten oppervlak en er is geen teken van brosse afsplintering over een groot oppervlak. De microstructuur van met zeldzame aarde gedoteerde coating is dichter en compacter en de poriën zijn verkleind, wat de gemiddelde wrijvingskracht van microscopische deeltjes vermindert en wrijving en slijtage vermindert. Doping van zeldzame aarde kan ook de kristalvlakafstand van cermets vergroten. aan de verandering van de interactiekracht tussen de twee kristalvlakken en vermindert de wrijvingscoëfficiënt.

Samenvatting:

Hoewel zeldzame aardoxides grote successen hebben geboekt bij de toepassing van keramische materialen en coatings, die de microstructuur en mechanische eigenschappen van keramische materialen en coatings effectief kunnen verbeteren, zijn er nog steeds veel onbekende eigenschappen, vooral wat betreft het verminderen van wrijving en slijtage. sterkte en slijtvastheid van materialen samenwerken met hun smerende eigenschappen is een belangrijke richting geworden die de moeite waard is om te bespreken op het gebied van de tribologie.

Tel: +86-21-20970332E-mail：info@shxlchem.com