อิทธิพลของแรร์เอิร์ธออกไซด์ในการเคลือบเซรามิกคืออะไร?

เซรามิก วัสดุโลหะ และวัสดุโพลีเมอร์จัดเป็นวัสดุแข็งหลักสามชนิด เซรามิกมีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมหลายประการ เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการสึกหรอ ฯลฯ เนื่องจากโหมดพันธะอะตอมของเซรามิกคือพันธะไอออนิก พันธะโควาเลนต์ หรือพันธะไอออน-โควาเลนต์ผสมที่มีพลังงานพันธะสูง การเคลือบเซรามิกสามารถเปลี่ยนลักษณะ โครงสร้าง และประสิทธิภาพของพื้นผิวด้านนอกของพื้นผิวได้ คอมโพสิตการเคลือบ-พื้นผิวเป็นที่นิยมสำหรับประสิทธิภาพใหม่ มันสามารถรวมลักษณะดั้งเดิมของพื้นผิวเข้ากับลักษณะของความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ความต้านทานการสึกหรอสูงและความต้านทานการกัดกร่อนสูงของวัสดุเซรามิกได้อย่างเป็นธรรมชาติ และให้ข้อได้เปรียบที่ครอบคลุมของวัสดุทั้งสองชนิดอย่างเต็มที่ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ , การบิน, การป้องกันประเทศ, อุตสาหกรรมเคมีและอุตสาหกรรมอื่น ๆ

ธาตุหายากถูกเรียกว่า "คลังสมบัติ" ของวัสดุใหม่ เนื่องจากมีโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ 4f อันเป็นเอกลักษณ์ ตลอดจนคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี อย่างไรก็ตาม โลหะหายากจากโลหะหายากมักไม่ค่อยถูกนำมาใช้โดยตรงในการวิจัย และส่วนใหญ่จะใช้สารประกอบโลหะหายาก สารประกอบที่พบมากที่สุด ได้แก่ CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS และเฟอร์โรซิลิกอนของธาตุหายาก สารประกอบของธาตุหายากเหล่านี้สามารถปรับปรุงโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุเซรามิกและการเคลือบเซรามิกได้

ฉันประยุกต์ใช้ออกไซด์ของธาตุหายากในวัสดุเซรามิก

การเพิ่มธาตุหายากเป็นตัวเพิ่มความคงตัวและตัวช่วยในการเผาผนึกให้กับเซรามิกต่างๆ สามารถลดอุณหภูมิการเผาผนึก ปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของเซรามิกโครงสร้างบางชนิด และช่วยลดต้นทุนการผลิตได้ ในเวลาเดียวกัน ธาตุหายากยังมีบทบาทสำคัญในเซ็นเซอร์ก๊าซเซมิคอนดักเตอร์ ตัวกลางไมโครเวฟ เซรามิกเพียโซอิเล็กทริก และเซรามิกเชิงฟังก์ชันอื่นๆ ผลการวิจัยพบว่าการเติมแรร์เอิร์ธออกไซด์ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปลงในเซรามิกอลูมินาเข้าด้วยกันนั้นดีกว่าการเติมแรร์เอิร์ธออกไซด์ตัวเดียวลงในเซรามิกอลูมินา หลังจากการทดสอบการปรับให้เหมาะสมแล้ว Y2O3+CeO2 จะให้ผลดีที่สุด เมื่อเติม 0.2%Y2O3+0.2%CeO2 ที่อุณหภูมิ 1490°C ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของตัวอย่างที่เผาผนึกจะสูงถึง 96.2% ซึ่งเกินกว่าความหนาแน่นของตัวอย่างเมื่อใช้แรร์เอิร์ธออกไซด์ Y2O3 หรือ CeO2 เพียงอย่างเดียว

ผลกระทบของ La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 ในการส่งเสริมการเผาผนึกจะดีกว่าการเพิ่ม La2O3 เท่านั้น และความต้านทานการสึกหรอก็ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการผสมออกไซด์ของธาตุหายากสองชนิดนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่มีปฏิกิริยาระหว่างกัน ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเผาผนึกและการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซรามิกอลูมินามากกว่า แต่ยังคงต้องศึกษาหลักการต่อไป

นอกจากนี้ พบว่าการเติมออกไซด์ของโลหะหายากผสมเป็นเอดส์ในการเผาสามารถปรับปรุงการเคลื่อนย้ายของวัสดุ ส่งเสริมการเผาเซรามิก MgO และปรับปรุงความหนาแน่น อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณออกไซด์ของโลหะผสมมากกว่า 15% ความหนาแน่นสัมพัทธ์จะลดลง และความพรุนแบบเปิดจะเพิ่มขึ้น

ประการที่สอง อิทธิพลของแรร์เอิร์ธออกไซด์ต่อคุณสมบัติของการเคลือบเซรามิก

การวิจัยที่มีอยู่แสดงให้เห็นว่าธาตุหายากสามารถปรับขนาดเกรน เพิ่มความหนาแน่น ปรับปรุงโครงสร้างจุลภาค และทำให้ส่วนต่อประสานบริสุทธิ์ มีบทบาทพิเศษในการปรับปรุงความแข็งแรง ความเหนียว ความแข็ง ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการกัดกร่อนของการเคลือบเซรามิก ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของการเคลือบเซรามิกในระดับหนึ่ง และขยายขอบเขตการใช้งานของการเคลือบเซรามิกให้กว้างขึ้น

1

การปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของการเคลือบเซรามิกด้วยออกไซด์ของแรร์เอิร์ธออกไซด์

ออกไซด์ของธาตุหายากสามารถปรับปรุงความแข็ง ความแข็งแรงในการดัดงอ และความต้านทานแรงดึงของการเคลือบเซรามิกได้อย่างมีนัยสำคัญ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสามารถปรับปรุงความต้านทานแรงดึงของสารเคลือบได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ Lao _ 2 เป็นสารเติมแต่งในวัสดุ Al2O3+3% TiO _ 2 และความแข็งแรงของพันธะแรงดึงสามารถเข้าถึง 27.36MPa เมื่อปริมาณของ Lao _ 2 เท่ากับ 6.0 % การเพิ่ม CeO2 ที่มีเศษส่วนมวล 3.0% และ 6.0% ลงในวัสดุ Cr2O3 ความต้านทานแรงดึงของการเคลือบอยู่ระหว่าง 18~25MPa ซึ่งมากกว่า 12~16MPa ดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม เมื่อเนื้อหาของ CeO2 อยู่ที่ 9.0% แรงดึง ความแข็งแรงของพันธะลดลงเหลือ 12~15MPa

2

การปรับปรุงความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนของการเคลือบเซรามิกด้วยธาตุหายาก

การทดสอบความต้านทานการกระแทกจากความร้อนเป็นการทดสอบที่สำคัญในการสะท้อนในเชิงคุณภาพถึงความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างสารเคลือบและสารตั้งต้น และการจับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างสารเคลือบและสารตั้งต้น สะท้อนถึงความสามารถของการเคลือบในการต้านทานการหลุดลอกโดยตรงเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงสลับกันระหว่างการใช้งาน และยังสะท้อนถึงความสามารถของการเคลือบในการต้านทานความล้าจากการกระแทกทางกลและความสามารถในการยึดเกาะกับพื้นผิวจากด้านข้าง ดังนั้นจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการตัดสิน คุณภาพของการเคลือบเซรามิก

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเติม CeO2 3.0% สามารถลดความพรุนและขนาดรูพรุนในการเคลือบ และลดความเข้มข้นของความเครียดที่ขอบรูพรุน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของการเคลือบ Cr2O3 อย่างไรก็ตาม ความพรุนของการเคลือบเซรามิก Al2O3 ลดลง และความแข็งแรงในการยึดเกาะและอายุการใช้งานความล้มเหลวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของการเคลือบเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดหลังจากเติม LaO2 เมื่อปริมาณการเติม LaO2 เท่ากับ 6% (เศษส่วนมวล) ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของสารเคลือบจะดีที่สุด และอายุการใช้งานความล้มเหลวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของความร้อนสามารถเข้าถึงได้ 218 เท่า ในขณะที่อายุการใช้งานความล้มเหลวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันของการเคลือบโดยไม่มี LaO2 อยู่ที่ 163 เท่า ครั้ง

3

ออกไซด์ของธาตุหายากส่งผลต่อความต้านทานการสึกหรอของสารเคลือบ

ออกไซด์ของธาตุหายากที่ใช้ในการปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของการเคลือบเซรามิกส่วนใหญ่เป็น CeO2 และ La2O3 โครงสร้างชั้นหกเหลี่ยมสามารถแสดงฟังก์ชันการหล่อลื่นที่ดีและรักษาคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรที่อุณหภูมิสูง ซึ่งสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสี

ผลการวิจัยพบว่าค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีของสารเคลือบที่มีปริมาณ CeO2 ที่เหมาะสมมีค่าน้อยและเสถียร มีรายงานว่าการเพิ่ม La2O3 ลงในการเคลือบเซอร์เม็ทที่ใช้นิกเกิลแบบฉีดพ่นด้วยพลาสมาสามารถลดการสึกหรอจากการเสียดสีและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเคลือบได้อย่างเห็นได้ชัด และค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีจะคงที่โดยมีความผันผวนเพียงเล็กน้อย พื้นผิวที่สึกหรอของชั้นหุ้มที่ไม่มีแรร์เอิร์ธแสดงการยึดเกาะอย่างรุนแรง และการแตกหักและการหลุดร่อนที่เปราะ อย่างไรก็ตาม การเคลือบที่มีแรร์เอิร์ธจะแสดงการยึดเกาะที่อ่อนแอบนพื้นผิวที่สึกหรอ และไม่มีสัญญาณของการหลุดร่อนเปราะในพื้นที่ขนาดใหญ่ โครงสร้างจุลภาคของสารเคลือบที่เจือด้วยดินที่หายากมีความหนาแน่นและกะทัดรัดมากขึ้น และรูขุมขนจะลดลง ซึ่งจะช่วยลดแรงเสียดทานโดยเฉลี่ยที่เกิดจากอนุภาคขนาดเล็ก และลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ ธาตุหายากที่เติมด้วยสาร Doping ยังสามารถเพิ่มระยะห่างระนาบคริสตัลของเซอร์เม็ตได้อีกด้วย ถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิวหน้าคริสตัลทั้งสอง และลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

สรุป:

แม้ว่าแรร์เอิร์ธออกไซด์ประสบความสำเร็จอย่างมากในการใช้วัสดุเซรามิกและการเคลือบ ซึ่งสามารถปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกลของวัสดุเซรามิกและการเคลือบได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ก็ยังมีคุณสมบัติที่ไม่รู้จักมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ วิธีการทำ ความแข็งแรงและความทนทานต่อการสึกหรอของวัสดุที่ทำงานร่วมกับคุณสมบัติในการหล่อลื่นได้กลายเป็นทิศทางสำคัญที่ควรค่าแก่การหารือในสาขาไทรโบโลยี

โทร: +86-21-20970332อีเมล-info@shxlchem.com