Jaki jest wpływ tlenków metali ziem rzadkich w powłokach ceramicznych?

Ceramika, materiały metalowe i materiały polimerowe są wymienione jako trzy główne materiały stałe. Ceramika ma wiele doskonałych właściwości, takich jak odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję, odporność na zużycie itp., ponieważ tryb wiązania atomowego ceramiki to wiązanie jonowe, wiązanie kowalencyjne lub mieszane wiązanie jonowo-kowalencyjne o wysokiej energii wiązania. Powłoka ceramiczna może zmienić wygląd, strukturę i działanie zewnętrznej powierzchni podłoża. Kompozyt powłoka-podłoże jest preferowany ze względu na nowe właściwości. Może organicznie łączyć oryginalne właściwości podłoża z właściwościami odporności na wysoką temperaturę, wysoką odpornością na zużycie i wysoką odpornością na korozję materiałów ceramicznych oraz w pełni wykorzystywać wszechstronne zalety dwóch rodzajów materiałów, dlatego jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym , lotnictwo, obrona narodowa, przemysł chemiczny i inne gałęzie przemysłu.

Ziemię rzadką nazywa się „skarbnicą” nowych materiałów ze względu na jej unikalną strukturę elektronową 4f oraz właściwości fizyczne i chemiczne. Jednak czyste metale ziem rzadkich są rzadko wykorzystywane bezpośrednio w badaniach, a najczęściej stosuje się związki metali ziem rzadkich. Najpopularniejszymi związkami są CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS i żelazokrzem ziem rzadkich. Te związki metali ziem rzadkich mogą poprawiać strukturę i właściwości materiałów ceramicznych i powłok ceramicznych.

I Zastosowanie tlenków metali ziem rzadkich w materiałach ceramicznych

Dodanie pierwiastków ziem rzadkich jako stabilizatorów i środków wspomagających spiekanie do różnych materiałów ceramicznych może obniżyć temperaturę spiekania, poprawić wytrzymałość i wytrzymałość niektórych materiałów ceramicznych konstrukcyjnych, a tym samym obniżyć koszty produkcji. Jednocześnie pierwiastki ziem rzadkich odgrywają również bardzo ważną rolę w półprzewodnikowych czujnikach gazu, mediach mikrofalowych, ceramice piezoelektrycznej i innej ceramice funkcjonalnej. Badania wykazały, że dodanie dwóch lub więcej tlenków pierwiastków ziem rzadkich do ceramiki z tlenku glinu jest lepsze niż dodanie pojedynczego tlenku pierwiastka ziem rzadkich do ceramiki z tlenku glinu. Po teście optymalizacyjnym najlepszy efekt daje Y2O3+CeO2. Po dodaniu 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 w temperaturze 1490℃, gęstość względna spiekanych próbek może osiągnąć 96,2%, co przekracza gęstość próbek z samym tlenkiem pierwiastka ziem rzadkich Y2O3 lub CeO2.

Wpływ La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 na promowanie spiekania jest lepszy niż efekt dodania samego La2O3, a odporność na zużycie jest wyraźnie poprawiona. Pokazuje również, że zmieszanie dwóch tlenków metali ziem rzadkich nie jest prostym dodatkiem, ale istnieje między nimi interakcja, która jest bardziej korzystna dla spiekania i poprawy wydajności ceramiki z tlenku glinu, ale zasada pozostaje do zbadania.

Ponadto stwierdzono, że dodatek mieszanych tlenków metali ziem rzadkich jako środka wspomagającego spiekanie może poprawić migrację materiałów, sprzyjać spiekaniu ceramiki MgO i poprawiać gęstość. Jednakże, gdy zawartość mieszanych tlenków metali jest większa niż 15%, gęstość względna maleje, a porowatość otwarta wzrasta.

Po drugie, wpływ tlenków metali ziem rzadkich na właściwości powłok ceramicznych

Istniejące badania pokazują, że pierwiastki ziem rzadkich mogą udoskonalić wielkość ziaren, zwiększyć gęstość, poprawić mikrostrukturę i oczyścić powierzchnię styku. Odgrywa wyjątkową rolę w poprawie wytrzymałości, wytrzymałości, twardości, odporności na zużycie i odporności na korozję powłok ceramicznych, co w pewnym stopniu poprawia wydajność powłok ceramicznych i poszerza zakres zastosowań powłok ceramicznych.

1

Poprawa właściwości mechanicznych powłok ceramicznych za pomocą tlenków metali ziem rzadkich

Tlenki ziem rzadkich mogą znacznie poprawić twardość, wytrzymałość na zginanie i wytrzymałość na rozciąganie powłok ceramicznych. Wyniki eksperymentów pokazują, że wytrzymałość powłoki na rozciąganie można skutecznie poprawić stosując Lao _ 2 jako dodatek w materiale Al2O3 + 3% TiO _ 2, a wytrzymałość wiązania na rozciąganie może osiągnąć 27,36 MPa, gdy ilość Lao _ 2 wynosi 6,0 %. Dodanie CeO2 o ułamku masowym 3,0% i 6,0% do materiału Cr2O3, wytrzymałość powłoki na rozciąganie wynosi od 18 ~ 25 MPa, czyli jest większa niż pierwotne 12 ~ 16 MPa. Jednakże, gdy zawartość CeO2 wynosi 9,0%, wytrzymałość na rozciąganie siła wiązania spada do 12 ~ 15 MPa.

2

Poprawa odporności powłoki ceramicznej na szok termiczny za pomocą pierwiastków ziem rzadkich

Test odporności na szok termiczny jest ważnym testem pozwalającym jakościowo odzwierciedlić siłę wiązania pomiędzy powłoką a podłożem oraz dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej pomiędzy powłoką a podłożem. Odzwierciedla bezpośrednio odporność powłoki na łuszczenie się, gdy temperatura zmienia się naprzemiennie podczas użytkowania, a także odzwierciedla odporność powłoki na zmęczenie mechaniczne i zdolność wiązania z podłożem z boku. Dlatego też kluczowym czynnikiem jest ocena jakość powłoki ceramicznej.

Z badań wynika, że ​​dodatek 3,0% CeO2 może zmniejszyć porowatość i wielkość porów w powłoce oraz zmniejszyć koncentrację naprężeń na krawędziach porów, poprawiając w ten sposób odporność powłoki Cr2O3 na szok termiczny. Jednakże porowatość powłoki ceramicznej Al2O3 zmniejszyła się, a siła wiązania i trwałość powłoki w wyniku szoku termicznego wyraźnie wzrosła po dodaniu LaO2. Gdy ilość dodatku LaO2 wynosi 6% (ułamek masowy), odporność powłoki na szok termiczny jest najlepsza, a trwałość szoku termicznego może osiągnąć 218 razy, podczas gdy trwałość powłoki bez LaO2 wynosi tylko 163 czasy.

3

Tlenki metali ziem rzadkich wpływają na odporność powłok na zużycie

Tlenki metali ziem rzadkich stosowane w celu poprawy odporności powłok ceramicznych na zużycie to głównie CeO2 i La2O3. Ich sześciokątna struktura warstwowa może wykazywać dobrą funkcję smarowania i utrzymywać stabilne właściwości chemiczne w wysokiej temperaturze, co może skutecznie poprawić odporność na zużycie i zmniejszyć współczynnik tarcia.

Z badań wynika, że ​​współczynnik tarcia powłoki przy odpowiedniej zawartości CeO2 jest mały i stabilny. Donoszono, że dodanie La2O3 do natryskiwanej plazmowo powłoki cermetalowej na bazie niklu może w oczywisty sposób zmniejszyć zużycie cierne i współczynnik tarcia powłoki, a współczynnik tarcia jest stabilny i ma niewielkie wahania. Powierzchnia użytkowa warstwy okładzinowej niezawierającej pierwiastków ziem rzadkich wykazuje poważną przyczepność oraz kruche pękanie i odpryski, jednakże powłoka zawierająca pierwiastki ziem rzadkich wykazuje słabą przyczepność do zużytej powierzchni i nie ma oznak kruchego odpryskiwania na dużej powierzchni. Mikrostruktura powłoki domieszkowanej pierwiastkami ziem rzadkich jest gęstsza i bardziej zwarta, a pory są zmniejszone, co zmniejsza średnią siłę tarcia przenoszoną przez mikroskopijne cząstki oraz zmniejsza tarcie i zużycie. Domieszkowanie ziem rzadkich może również zwiększyć odległość cermetali w płaszczyźnie kryształu, prowadzi to na zmianę siły oddziaływania pomiędzy dwiema ścianami kryształu i zmniejsza współczynnik tarcia.

Streszczenie:

Chociaż tlenki metali ziem rzadkich poczyniły ogromne osiągnięcia w zastosowaniu materiałów i powłok ceramicznych, które mogą skutecznie poprawić mikrostrukturę i właściwości mechaniczne materiałów i powłok ceramicznych, nadal istnieje wiele nieznanych właściwości, zwłaszcza w zakresie zmniejszania tarcia i zużycia. Jak wykonać Współpraca wytrzymałości i odporności na zużycie materiałów z ich właściwościami smarnymi stała się ważnym kierunkiem wartym dyskusji w obszarze tribologii.

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