Який вплив рідкоземельних оксидів на керамічні покриття?

Кераміка, металеві матеріали та полімерні матеріали входять до списку трьох основних твердих матеріалів. Кераміка має багато чудових властивостей, таких як стійкість до високих температур, корозійна стійкість, зносостійкість тощо, оскільки режим атомного зв’язку кераміки є іонним зв’язком, ковалентним зв’язком або змішаним іонно-ковалентним зв’язком із високою енергією зв’язку. Керамічне покриття може змінити зовнішній вигляд, структуру та характеристики зовнішньої поверхні підкладки. Композитне покриття-підкладка має перевагу завдяки своїм новим характеристикам. Він може органічно поєднувати оригінальні характеристики підкладки з характеристиками високотемпературної стійкості, високої зносостійкості та високої стійкості до корозії керамічних матеріалів, а також повністю використовувати всі переваги двох видів матеріалів, тому він широко використовується в аерокосмічній галузі. , авіації, національної оборони, хімічної промисловості та інших галузей.

Рідкісноземельні землі називають «скарбницею» нових матеріалів через їх унікальну електронну структуру 4f та фізичні та хімічні властивості. Однак чисті рідкоземельні метали рідко використовуються безпосередньо в дослідженнях, а переважно використовуються рідкоземельні сполуки. Найбільш поширеними сполуками є CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS і рідкоземельний феросиліцій. Ці рідкоземельні сполуки можуть покращити структуру та властивості керамічних матеріалів і керамічних покриттів.

I застосування рідкоземельних оксидів в керамічних матеріалах

Додавання рідкоземельних елементів як стабілізаторів і засобів спікання до різної кераміки може знизити температуру спікання, підвищити міцність і в’язкість деяких конструкційних керамічних виробів і, таким чином, знизити вартість виробництва. У той же час рідкоземельні елементи також відіграють дуже важливу роль у напівпровідникових датчиках газу, мікрохвильових середовищах, п’єзоелектричній кераміці та інших функціональних керамічних виробах. Дослідження показали, що додавання двох або більше рідкоземельних оксидів до глиноземної кераміки разом краще, ніж додавання одного рідкоземельного оксиду до глиноземної кераміки. Після тесту на оптимізацію Y2O3+CeO2 має найкращий ефект. Коли 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 додається при 1490 ℃, відносна щільність спечених зразків може досягати 96,2%, що перевищує щільність зразків з будь-яким рідкоземельним оксидом Y2O3 або CeO2 окремо.

Ефект La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 у сприянні спіканню кращий, ніж додавання лише La2O3, і зносостійкість, очевидно, покращується. Це також показує, що змішування двох рідкоземельних оксидів не є простим додаванням, але існує взаємодія між ними, яка є більш корисною для спікання та покращення продуктивності глиноземної кераміки, але принцип ще належить вивчити.

Крім того, виявлено, що додавання змішаних оксидів рідкоземельних металів як засобів спікання може покращити міграцію матеріалів, сприяти спіканню MgO кераміки та покращити щільність. Однак, коли вміст змішаного оксиду металу перевищує 15%, відносна щільність зменшується, а відкрита пористість збільшується.

По-друге, вплив рідкоземельних оксидів на властивості керамічних покриттів

Існуючі дослідження показують, що рідкоземельні елементи можуть покращити розмір зерна, збільшити щільність, покращити мікроструктуру та очистити поверхню розділу. Він відіграє унікальну роль у підвищенні міцності, міцності, твердості, зносостійкості та стійкості до корозії керамічних покриттів, що певною мірою покращує характеристики керамічних покриттів і розширює діапазон застосування керамічних покриттів.

1

Покращення механічних властивостей керамічних покриттів оксидами рідкоземельних елементів

Рідкоземельні оксиди можуть значно підвищити твердість, міцність на вигин і міцність на розтягування керамічних покриттів. Експериментальні результати показують, що міцність на розрив покриття можна ефективно покращити, використовуючи Lao _ 2 як добавку в Al2O3 + 3% TiO _ 2, а міцність на розрив може досягати 27,36 МПа, коли кількість Lao _ 2 становить 6,0 %. Додаючи CeO2 з масовою часткою 3,0% і 6,0% до матеріалу Cr2O3, міцність на розрив покриття становить 18~25 МПа, що більше, ніж початкові 12~16 МПа. Однак, коли вміст CeO2 становить 9,0%, міцність на розрив міцність зв'язку зменшується до 12~15 МПа.

2

Підвищення термостійкості керамічного покриття рідкісноземельними елементами

Тест на стійкість до термічного удару є важливим тестом для якісного відображення міцності з’єднання між покриттям і підкладкою та відповідності коефіцієнта теплового розширення між покриттям і підкладкою. Це безпосередньо відображає здатність покриття протистояти відшаруванню, коли температура поперемінно змінюється під час використання, а також відображає здатність покриття протистояти втомі від механічних ударів і здатність зв’язуватися з підкладкою збоку. Тому це також ключовий фактор для оцінки якість керамічного покриття.

Дослідження показують, що додавання 3,0% CeO2 може зменшити пористість і розмір пор у покритті, а також зменшити концентрацію напруги на краю пор, таким чином покращуючи стійкість до термічного удару покриття Cr2O3. Однак пористість керамічного покриття Al2O3 зменшилася, а міцність зв’язку та термін служби покриття при термічному ударі підвищилися, очевидно, після додавання LaO2. Коли додана кількість LaO2 становить 6% (масова частка), стійкість до термічного удару покриття є найкращою, а термін служби при термічному ударі може досягати 218 разів, тоді як термін служби при термічному ударі для покриття без LaO2 становить лише 163 разів.

3

Рідкоземельні оксиди впливають на зносостійкість покриттів

Рідкоземельні оксиди, які використовуються для підвищення зносостійкості керамічних покриттів, це переважно CeO2 і La2O3. Їх шестикутна шарувата структура може демонструвати хорошу функцію змащення та підтримувати стабільні хімічні властивості при високій температурі, що може ефективно покращити зносостійкість та зменшити коефіцієнт тертя.

Дослідження показують, що коефіцієнт тертя покриття з належною кількістю CeO2 є малим і стабільним. Повідомлялося, що додавання La2O3 до металокерамічного покриття на основі нікелю, нанесеного плазмовим напиленням, може, очевидно, зменшити фрикційний знос і коефіцієнт тертя покриття, а коефіцієнт тертя є стабільним із невеликими коливаннями. Поверхня зносу шару оболонки без рідкісноземельних елементів демонструє серйозну адгезію та крихке руйнування та розколювання, однак покриття, що містить рідкісноземельні елементи, демонструє слабку адгезію на зношеній поверхні, і немає ознак крихкого розколювання на великій площі. Мікроструктура рідкоземельного покриття є щільнішою і компактнішою, а пори зменшені, що зменшує середню силу тертя, яку несуть мікроскопічні частинки, а також зменшує тертя та зношування. до зміни сили взаємодії між двома гранями кристала і зменшує коефіцієнт тертя.

Резюме:

Незважаючи на те, що рідкоземельні оксиди досягли великих успіхів у застосуванні керамічних матеріалів і покриттів, які можуть ефективно покращити мікроструктуру та механічні властивості керамічних матеріалів і покриттів, все ще є багато невідомих властивостей, особливо щодо зменшення тертя та зносу. Як зробити Міцність і зносостійкість матеріалів у взаємодії з їхніми змащувальними властивостями стала важливим напрямком, який заслуговує на обговорення в галузі трибології.

Тел.: +86-21-20970332Електронна пошта:info@shxlchem.com