Nadir toprak oksitlerinin seramik kaplamalardaki etkisi nedir?

Seramikler, metal malzemeler ve polimer malzemeler üç ana katı malzeme olarak listelenmiştir. Seramik, yüksek sıcaklık direnci, korozyon direnci, aşınma direnci vb. gibi birçok mükemmel özelliğe sahiptir, çünkü seramiğin atomik bağlanma modu iyonik bağ, kovalent bağ veya yüksek bağ enerjisine sahip karışık iyon-kovalent bağdır. Seramik kaplama, alt tabakanın dış yüzeyinin görünümünü, yapısını ve performansını değiştirebilir, Kaplama-alt tabaka kompoziti yeni performansı için tercih edilir. Alt tabakanın orijinal özelliklerini seramik malzemelerin yüksek sıcaklık direnci, yüksek aşınma direnci ve yüksek korozyon direnci özellikleriyle organik olarak birleştirebilir ve iki tür malzemenin kapsamlı avantajlarından tam anlamıyla yararlanabilir, bu nedenle havacılık, havacılık, ulusal savunma, kimya endüstrisi ve diğer endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Nadir toprak, benzersiz 4f elektronik yapısı ve fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle yeni malzemelerin "hazine evi" olarak adlandırılır. Ancak, saf nadir toprak metalleri nadiren doğrudan araştırmada kullanılır ve çoğunlukla nadir toprak bileşikleri kullanılır. En yaygın bileşikler CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS ve nadir toprak ferrosilikondur. Bu nadir toprak bileşikleri seramik malzemelerin ve seramik kaplamaların yapısını ve özelliklerini iyileştirebilir.

Nadir toprak oksitlerinin seramik malzemelerde uygulanması

Nadir toprak elementlerini stabilizatör ve sinterleme yardımcıları olarak farklı seramiklere eklemek, sinterleme sıcaklığını düşürebilir, bazı yapısal seramiklerin mukavemetini ve tokluğunu iyileştirebilir ve böylece üretim maliyetini azaltabilir. Aynı zamanda, nadir toprak elementleri yarı iletken gaz sensörlerinde, mikrodalga ortamında, piezoelektrik seramiklerde ve diğer fonksiyonel seramiklerde de çok önemli bir rol oynar. Araştırma, iki veya daha fazla nadir toprak oksidinin alümina seramiklere birlikte eklenmesinin, alümina seramiklere tek bir nadir toprak oksidi eklemekten daha iyi olduğunu bulmuştur. Optimizasyon testinden sonra, Y2O3 + CeO2 en iyi etkiye sahiptir. 1490℃'de %0,2Y2O3 + %0,2CeO2 eklendiğinde, sinterlenmiş numunelerin bağıl yoğunluğu %96,2'ye ulaşabilir ve bu da yalnızca herhangi bir nadir toprak oksidi Y2O3 veya CeO2 içeren numunelerin yoğunluğunu aşar.

La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3'ün sinterlemeyi desteklemedeki etkisi yalnızca La2O3 eklemekten daha iyidir ve aşınma direnci açıkça iyileştirilmiştir. Ayrıca iki nadir toprak oksitinin karıştırılmasının basit bir ekleme olmadığını, ancak aralarında bir etkileşim olduğunu ve bunun alümina seramiklerinin sinterlenmesi ve performans iyileştirmesi için daha faydalı olduğunu gösterir, ancak ilke hala incelenmeyi beklemektedir.

Ek olarak, sinterleme yardımcı maddeleri olarak karışık nadir toprak metal oksitlerinin eklenmesinin malzemelerin göçünü iyileştirebileceği, MgO seramiklerinin sinterlenmesini destekleyebileceği ve yoğunluğu artırabileceği bulunmuştur. Ancak, karışık metal oksit içeriği %15'ten fazla olduğunda, bağıl yoğunluk azalır ve açık gözeneklilik artar.

İkincisi, nadir toprak oksitlerinin seramik kaplamaların özellikleri üzerindeki etkisi

Mevcut araştırmalar, nadir toprak elementlerinin tane boyutunu iyileştirebileceğini, yoğunluğu artırabileceğini, mikro yapıyı iyileştirebileceğini ve arayüzü arındırabileceğini göstermektedir. Seramik kaplamaların mukavemetini, tokluğunu, sertliğini, aşınma direncini ve korozyon direncini iyileştirmede benzersiz bir rol oynar, bu da seramik kaplamaların performansını belirli bir ölçüde iyileştirir ve seramik kaplamaların uygulama aralığını genişletir.

1

Nadir toprak oksitleri ile seramik kaplamaların mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi

Nadir toprak oksitleri, seramik kaplamaların sertliğini, eğilme mukavemetini ve çekme bağlanma mukavemetini önemli ölçüde artırabilir. Deneysel sonuçlar, Al2O3+3% TiO_2 malzemesinde katkı maddesi olarak Lao_2 kullanılarak kaplamanın çekme mukavemetinin etkili bir şekilde artırılabileceğini ve Lao_2 miktarı %6,0 olduğunda çekme bağ mukavemetinin 27,36 MPa'ya ulaşabileceğini göstermektedir. Cr2O3 malzemesine %3,0 ve %6,0 kütle kesrine sahip CeO2 eklendiğinde, kaplamanın çekme bağlanma mukavemeti 18 ~ 25 MPa arasındadır ve bu orijinal 12 ~ 16 MPa'dan daha büyüktür. Ancak, CeO2 içeriği %9,0 olduğunda çekme bağ mukavemeti 12 ~ 15 MPa'ya düşer.

2

Nadir toprak elementleri ile seramik kaplamanın termal şok direncinin iyileştirilmesi

Termal şok direnci testi, kaplama ile alt tabaka arasındaki bağlanma mukavemetini ve kaplama ile alt tabaka arasındaki termal genleşme katsayısının eşleşmesini nitel olarak yansıtmak için önemli bir testtir. Kullanım sırasında sıcaklık dönüşümlü olarak değiştiğinde kaplamanın soyulmaya karşı koyma yeteneğini doğrudan yansıtır ve ayrıca kaplamanın mekanik şok yorgunluğuna karşı koyma yeteneğini ve alt tabaka ile yandan bağlanma yeteneğini yansıtır. Bu nedenle, seramik kaplamanın kalitesini değerlendirmek için de önemli bir faktördür.

Araştırma, %3,0 CeO2 eklenmesinin kaplamadaki gözenekliliği ve gözenek boyutunu azaltabileceğini ve gözeneklerin kenarındaki gerilim konsantrasyonunu azaltabileceğini, böylece Cr2O3 kaplamanın termal şok direncini iyileştirebileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, Al2O3 seramik kaplamanın gözenekliliği azalmış ve LaO2 eklendikten sonra kaplamanın bağlanma mukavemeti ve termal şok arıza ömrü belirgin şekilde artmıştır. LaO2 ekleme miktarı %6 (kütle kesri) olduğunda, kaplamanın termal şok direnci en iyisidir ve termal şok arıza ömrü 218 kata ulaşabilirken, LaO2 içermeyen kaplamanın termal şok arıza ömrü yalnızca 163 kattır.

3

Nadir toprak oksitleri kaplamaların aşınma direncini etkiler

Seramik kaplamaların aşınma direncini iyileştirmek için kullanılan nadir toprak oksitleri çoğunlukla CeO2 ve La2O3'tür. Altıgen katmanlı yapıları iyi yağlama işlevi gösterebilir ve yüksek sıcaklıkta kararlı kimyasal özellikler koruyabilir, bu da aşınma direncini etkili bir şekilde iyileştirebilir ve sürtünme katsayısını azaltabilir.

Araştırma, uygun miktarda CeO2 içeren kaplamanın sürtünme katsayısının küçük ve kararlı olduğunu göstermektedir. Plazma püskürtmeli nikel bazlı sermet kaplamaya La2O3 eklenmesinin, kaplamanın sürtünme aşınmasını ve sürtünme katsayısını açıkça azaltabileceği ve sürtünme katsayısının çok az dalgalanmayla kararlı olduğu bildirilmiştir. Nadir toprak içermeyen kaplama tabakasının aşınma yüzeyi ciddi yapışma ve gevrek kırılma ve dökülme gösterir. Bununla birlikte, nadir toprak içeren kaplama aşınmış yüzeyde zayıf yapışma gösterir ve geniş alanlı gevrek dökülme belirtisi yoktur. Nadir toprak katkılı kaplamanın mikro yapısı daha yoğun ve daha kompakttır ve gözenekler küçülür, bu da mikroskobik parçacıkların taşıdığı ortalama sürtünme kuvvetini azaltır ve sürtünmeyi ve aşınmayı azaltır. Nadir toprak katkısı ayrıca sermetlerin kristal düzlem mesafesini artırabilir, iki kristal yüzü arasındaki etkileşim kuvvetinin değişmesine yol açar ve sürtünme katsayısını azaltır.

Özet:

Nadir toprak oksitleri, seramik malzemelerin ve kaplamaların mikro yapısını ve mekanik özelliklerini etkili bir şekilde iyileştirebilen seramik malzeme ve kaplamaların uygulanmasında büyük başarılar elde etmiş olsa da, özellikle sürtünme ve aşınmayı azaltmada hala bilinmeyen birçok özelliği bulunmaktadır. Malzemelerin mukavemetinin ve aşınma direncinin yağlama özellikleriyle nasıl işbirliği yapacağı, triboloji alanında tartışmaya değer önemli bir yön haline gelmiştir.

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