Nadir toprak oksitlerin seramik kaplamalardaki etkisi nedir?

Seramik, metal malzemeler ve polimer malzemeler üç ana katı malzeme olarak listelenmektedir. Seramik, yüksek sıcaklık direnci, korozyon direnci, aşınma direnci vb. gibi birçok mükemmel özelliğe sahiptir, çünkü seramiğin atomik bağlanma modu, yüksek bağ enerjisine sahip iyonik bağ, kovalent bağ veya karışık iyon-kovalent bağdır. Seramik kaplama, alt tabakanın dış yüzeyinin görünümünü, yapısını ve performansını değiştirebilir. Kaplama-alt tabaka kompoziti, yeni performansı nedeniyle tercih edilmektedir. Substratın 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 faydalanabilir, bu nedenle havacılıkta yaygın olarak kullanılır. , havacılık, milli savunma, kimya endüstrisi ve diğer endüstriler.

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

Nadir toprak oksitlerin seramik malzemelere uygulanması

Nadir toprak elementlerinin stabilizatör olarak eklenmesi ve farklı seramiklere sinterleme AIDS'i eklenmesi, sinterleme sıcaklığını azaltabilir, bazı yapısal seramiklerin mukavemetini ve tokluğunu artırabilir ve dolayısıyla üretim maliyetini azaltabilir. Aynı zamanda nadir toprak elementleri yarı iletken gaz sensörleri, mikrodalga ortamları, piezoelektrik seramikler ve diğer fonksiyonel seramiklerde de çok önemli bir rol oynamaktadır. Araştırma, alümina seramiklerine iki veya daha fazla nadir toprak oksidinin birlikte eklenmesinin, alümina seramiklerine tek bir nadir toprak oksidi eklemekten daha iyi olduğunu buldu. Optimizasyon testinden sonra Y2O3+CeO2 en iyi etkiye sahiptir. 1490°C'de %0,2 Y2O3+%0,2 CeO2 eklendiğinde, sinterlenmiş numunelerin bağıl yoğunluğu %96,2'ye ulaşabilir; bu, yalnızca nadir toprak oksit Y2O3 veya CeO2 içeren numunelerin yoğunluğunu aşar.

La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3'ün sinterlemeyi teşvik etme etkisi, yalnızca La2O3 eklenmesinden daha iyidir ve aşınma direnci açıkça artar. Aynı zamanda, iki nadir toprak oksidin karıştırılmasının basit bir ekleme olmadığını, ancak aralarında alümina seramiklerin sinterlenmesi ve performansının iyileştirilmesi için daha faydalı olan bir etkileşimin bulunduğunu, ancak prensibin henüz çalışılmadığını göstermektedir.

Ek olarak, karışık nadir toprak metal oksitlerinin sinterleme AIDS'i olarak eklenmesinin malzemelerin migrasyonunu iyileştirebildiği, MgO seramiklerinin sinterlenmesini destekleyebildiği ve yoğunluğu arttırabildiği bulunmuştur. Ancak karışık metal oksit içeriği %15'ten fazla olduğunda bağıl yoğunluk azalır ve açık gözeneklilik artar.

İkincisi, nadir toprak oksitlerin seramik kaplamaların özellikleri üzerindeki etkisi

Mevcut araştırmalar, nadir toprak elementlerinin tane boyutunu iyileştirebildiğini, yoğunluğu artırabildiğini, mikro yapıyı geliştirebildiğini ve arayüzü saflaştırabildiğini gösteriyor. Seramik kaplamaların mukavemetini, tokluğunu, sertliğini, aşınma direncini ve korozyon direncini arttırmada benzersiz bir rol oynar, bu da seramik kaplamaların performansını belirli bir dereceye kadar artırır ve seramik kaplamaların uygulama aralığını genişletir.

1

Nadir toprak oksitlerle seramik kaplamaların mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi

Nadir toprak oksitler, seramik kaplamaların sertliğini, bükülme mukavemetini ve çekme bağlanma mukavemetini önemli ölçüde artırabilir. Deneysel sonuçlar, Al2O3+%3 TiO _ 2 malzemesinde Lao _ 2'nin katkı maddesi olarak kullanılmasıyla kaplamanın çekme dayanımının etkili bir şekilde artırılabileceğini ve Lao _ 2 miktarı 6,0 olduğunda çekme bağ dayanımının 27,36 MPa'ya ulaşabileceğini göstermektedir. %. Cr2O3 malzemesine kütle oranı %3,0 ve %6,0 olan CeO2 eklenmesi, Kaplamanın çekme bağlanma mukavemeti 18~25MPa arasındadır; bu, orijinal 12~16MPa'dan daha yüksektir. Bununla birlikte, CeO2 içeriği %9,0 olduğunda, çekme mukavemeti bağ gücü 12~15MPa'ya düşer.

2

Nadir toprak 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 niteliksel olarak yansıtan önemli bir testtir. Kullanım sırasında sıcaklık dönüşümlü olarak değiştiğinde kaplamanın soyulmaya karşı direnç gösterme yeteneğini doğrudan yansıtır ve aynı zamanda kaplamanın mekanik şok yorulmasına karşı direnç gösterme yeteneğini ve alt tabakaya yandan bağlanma yeteneğini de yansıtır. Bu nedenle, aynı zamanda karar vermek için de anahtar faktördür. seramik kaplama kalitesi.

Araştırma, %3,0 CeO2 ilavesinin kaplamadaki gözenekliliği ve gözenek boyutunu azaltabildiğini ve gözeneklerin kenarlarındaki gerilim konsantrasyonunu azaltabildiğini, böylece Cr2O3 kaplamanın termal şok direncini artırabildiğini göstermektedir. Bununla birlikte, Al2O3 seramik kaplamanın gözenekliliği azaldı ve kaplamanın bağlanma mukavemeti ve termal şok arıza ömrü, LaO2 ilave edildikten sonra belirgin bir şekilde arttı. LaO2 ilave miktarı %6 (kütle fraksiyonu) olduğunda, kaplamanın termal şok direnci en iyisidir ve termal şok arıza ömrü 218 kata ulaşabilirken, LaO2 olmadan kaplamanın termal şok arıza ömrü sadece 163'tür. kez.

3

Nadir toprak oksitleri kaplamaların aşınma direncini etkiler

Seramik kaplamaların aşınma direncini arttırmak için kullanılan nadir toprak oksitleri çoğunlukla CeO2 ve La2O3'tür. Altıgen katmanlı yapıları, iyi bir yağlama işlevi gösterebilir ve yüksek sıcaklıkta kararlı kimyasal özellikleri koruyabilir, bu da aşınma direncini etkili bir şekilde artırabilir 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 stabil olduğu rapor edilmiştir. Nadir toprak içermeyen kaplama tabakasının aşınma yüzeyi, ciddi yapışma ve kırılgan kırılma ve dökülme gösterir. Bununla birlikte, nadir toprak içeren kaplama, aşınmış yüzeyde zayıf yapışma gösterir ve geniş alanlı kırılgan dökülme belirtisi yoktur. Nadir toprak katkılı kaplamanın mikro yapısı daha yoğun ve daha kompakttır ve gözenekler azalır, bu da mikroskobik parçacıklar tarafından taşınan ortalama sürtünme kuvvetini azaltır ve sürtünmeyi ve aşınmayı azaltır. Nadir toprak katkılaması aynı zamanda sermetlerin kristal düzlem mesafesini de artırabilir. iki kristal yüz arasındaki etkileşim kuvvetinin değişmesine ve sürtünme katsayısının azalmasına neden olur.

Özet:

Nadir toprak oksitler, seramik malzeme ve kaplamaların mikroyapısını ve mekanik özelliklerini etkili bir şekilde geliştirebilen seramik malzeme ve kaplamaların uygulanmasında büyük başarılar elde etmiş olsa da, özellikle sürtünme ve aşınmayı azaltma konusunda hala bilinmeyen birçok özellik bulunmaktadır. Malzemelerin mukavemeti ve aşınma direnci, yağlama özellikleriyle birlikte çalışarak triboloji alanında tartışmaya değer önemli bir konu haline geldi.

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