¿Cuál es la influencia de los óxidos de tierras raras en los revestimientos cerámicos?

La cerámica, los materiales metálicos y los materiales poliméricos figuran como los tres principales materiales sólidos. La cerámica tiene muchas propiedades excelentes, como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, etc., porque el modo de enlace atómico de la cerámica es un enlace iónico, un enlace covalente o un enlace mixto ion-covalente con alta energía de enlace. El revestimiento cerámico puede cambiar la apariencia, la estructura y el rendimiento de la superficie exterior del sustrato. El compuesto revestimiento-sustrato se ve favorecido por su nuevo rendimiento. Puede combinar orgánicamente las características originales del sustrato con las características de resistencia a altas temperaturas, alta resistencia al desgaste y alta resistencia a la corrosión de los materiales cerámicos, y aprovechar al máximo las ventajas integrales de los dos tipos de materiales, por lo que se usa ampliamente en el sector aeroespacial. , aviación, defensa nacional, industria química y otras industrias.

Las tierras raras se denominan “el tesoro” de los nuevos materiales debido a su estructura electrónica única y sus propiedades físicas y químicas. Sin embargo, los metales puros de tierras raras rara vez se utilizan directamente en la investigación y, sobre todo, se utilizan compuestos de tierras raras. Los compuestos más comunes son CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS y ferrosilicio de tierras raras. Estos compuestos de tierras raras pueden mejorar la estructura y las propiedades de los materiales cerámicos y los revestimientos cerámicos.

I aplicación de óxidos de tierras raras en materiales cerámicos.

Agregar elementos de tierras raras como estabilizadores y auxiliares de sinterización a diferentes cerámicas puede reducir la temperatura de sinterización, mejorar la resistencia y tenacidad de algunas cerámicas estructurales y, por lo tanto, reducir el costo de producción. Al mismo tiempo, las tierras raras también desempeñan un papel muy importante en sensores de gas semiconductores, medios de microondas, cerámicas piezoeléctricas y otras cerámicas funcionales. La investigación encontró que agregar dos o más óxidos de tierras raras a las cerámicas de alúmina juntos es mejor que agregar un solo óxido de tierras raras a las cerámicas de alúmina. Después de la prueba de optimización, Y2O3+CeO2 tiene el mejor efecto. Cuando se agrega 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 a 1490℃, la densidad relativa de las muestras sinterizadas puede alcanzar el 96,2%, lo que excede la densidad de las muestras con cualquier óxido de tierras raras Y2O3 o CeO2 solo.

El efecto de La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 para promover la sinterización es mejor que el de agregar solo La2O3, y la resistencia al desgaste obviamente mejora. También muestra que la mezcla de dos óxidos de tierras raras no es una simple adición, sino que existe una interacción entre ellos, que es más beneficiosa para la sinterización y la mejora del rendimiento de las cerámicas de alúmina, pero el principio aún está por estudiar.

Además, se ha descubierto que la adición de óxidos mixtos de metales de tierras raras como ayudas a la sinterización puede mejorar la migración de materiales, promover la sinterización de cerámicas de MgO y mejorar la densidad. Sin embargo, cuando el contenido de óxido metálico mixto es superior al 15%, la densidad relativa disminuye y la porosidad abierta aumenta.

En segundo lugar, la influencia de los óxidos de tierras raras en las propiedades de los revestimientos cerámicos.

Las investigaciones existentes muestran que los elementos de tierras raras pueden refinar el tamaño del grano, aumentar la densidad, mejorar la microestructura y purificar la interfaz. Desempeña un papel único en la mejora de la resistencia, tenacidad, dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión de los recubrimientos cerámicos, lo que mejora el rendimiento de los recubrimientos cerámicos hasta cierto punto y amplía el rango de aplicación de los recubrimientos cerámicos.

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Mejora de las propiedades mecánicas de los recubrimientos cerámicos mediante óxidos de tierras raras.

Los óxidos de tierras raras pueden mejorar significativamente la dureza, la resistencia a la flexión y la resistencia a la tracción de los revestimientos cerámicos. Los resultados experimentales muestran que la resistencia a la tracción del recubrimiento se puede mejorar eficazmente utilizando Lao _ 2 como aditivo en material Al2O3+3% TiO _ 2, y la resistencia a la tracción puede alcanzar 27,36 MPa cuando la cantidad de Lao _ 2 es 6,0 %. Al agregar CeO2 con una fracción de masa de 3,0% y 6,0% al material de Cr2O3, la resistencia de unión a la tracción del recubrimiento está entre 18~25MPa, que es mayor que la original de 12~16MPa. Sin embargo, cuando el contenido de CeO2 es 9,0%, la resistencia a la tracción La fuerza de unión disminuye a 12 ~ 15 MPa.

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Mejora de la resistencia al choque térmico del revestimiento cerámico por tierras raras.

La prueba de resistencia al choque térmico es una prueba importante para reflejar cualitativamente la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato y la coincidencia del coeficiente de expansión térmica entre el recubrimiento y el sustrato. Refleja directamente la capacidad del recubrimiento para resistir el pelado cuando la temperatura cambia alternativamente durante el uso, y también refleja la capacidad del recubrimiento para resistir la fatiga por impacto mecánico y la capacidad de unión con el sustrato desde un lado. Por lo tanto, también es el factor clave para juzgar la Calidad del revestimiento cerámico.

La investigación muestra que la adición de 3,0% de CeO2 puede reducir la porosidad y el tamaño de los poros en el recubrimiento, y reducir la concentración de tensión en el borde de los poros, mejorando así la resistencia al choque térmico del recubrimiento de Cr2O3. Sin embargo, la porosidad del recubrimiento cerámico de Al2O3 disminuyó y la fuerza de unión y la vida útil del recubrimiento ante fallas por choque térmico aumentaron obviamente después de agregar LaO2. Cuando la cantidad agregada de LaO2 es del 6% (fracción de masa), la resistencia al choque térmico del recubrimiento es la mejor y la vida útil de falla por choque térmico puede alcanzar 218 veces, mientras que la vida útil de falla por choque térmico del recubrimiento sin LaO2 es solo 163. veces.

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Los óxidos de tierras raras afectan la resistencia al desgaste de los recubrimientos

Los óxidos de tierras raras utilizados para mejorar la resistencia al desgaste de los revestimientos cerámicos son principalmente CeO2 y La2O3. Su estructura de capas hexagonales puede mostrar una buena función de lubricación y mantener propiedades químicas estables a altas temperaturas, lo que puede mejorar efectivamente la resistencia al desgaste y reducir el coeficiente de fricción.

La investigación muestra que el coeficiente de fricción del recubrimiento con la cantidad adecuada de CeO2 es pequeño y estable. Se ha informado que agregar La2O3 al recubrimiento cermet a base de níquel pulverizado con plasma puede obviamente reducir el desgaste por fricción y el coeficiente de fricción del recubrimiento, y el coeficiente de fricción es estable con poca fluctuación. La superficie de desgaste de la capa de revestimiento sin tierras raras muestra una adhesión grave y una fractura frágil y desprendimiento. Sin embargo, el revestimiento que contiene tierras raras muestra una adhesión débil en la superficie desgastada y no hay signos de desprendimiento frágil de gran superficie. La microestructura del recubrimiento dopado con tierras raras es más densa y compacta, y los poros se reducen, lo que reduce la fuerza de fricción promedio soportada por las partículas microscópicas y reduce la fricción y el desgaste. El dopaje de tierras raras también puede aumentar la distancia del plano cristalino de los cermets. al cambio de la fuerza de interacción entre las dos caras del cristal y reduce el coeficiente de fricción.

Resumen:

Aunque los óxidos de tierras raras han logrado grandes logros en la aplicación de materiales y revestimientos cerámicos, que pueden mejorar eficazmente la microestructura y las propiedades mecánicas de los materiales y revestimientos cerámicos, todavía quedan muchas propiedades desconocidas, especialmente en la reducción de la fricción y el desgaste. La fuerza y ​​la resistencia al desgaste de los materiales cooperan con sus propiedades lubricantes se ha convertido en una dirección importante digna de discusión en el campo de la tribología.

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