:導入$1200億の機械的摩耗コストがかかります
機械的摩耗は、世界中の産業機器で最も広範でコストのかかる故障モードの1つです。業界の予測では、摩耗、摩擦、腐食の世界経済への影響は、これ以上のレベルにあるとされています$毎年1200億—世界のgdpの1 ~ 2%に相当する。鉱業、鉱物加工、化学工業、重工業では、摩耗関連部品の交換が占めています総維持費の30-60%。
硬化鋼、耐摩耗性合金、表面コーティング、ポリマーライニングといった従来のアプローチには、それぞれ基本的な制限があります。金属は腐食性研磨性環境では急速に劣化する。コーティングは衝撃荷重下で剝離します。ポリマーは高温で破壊する。この性能差は、根本的な方向転換を促しています先端構造のセラミックその中には窒化ケイ素(Si₃N₄)機械部品の耐摩耗性に優れた素材として注目されています。
本総合技術ガイドエスアイ₃の次元N₄&ごと#39;s耐摩耗性-独自のトライボロジー特性や製造プロセスから、鉱業、化学加工、自動車、エネルギー、重工業のアプリケーションに至るまで、実際の展開まで。
なぜ摩擦に强くて机械部品を受けSi₃N₄かというと
機械部品の耐摩耗性は、硬度、靭性、摩擦特性、熱安定性、および化学的不活性性の複雑な相互作用によって支配されます。Si₃N₄な業績を上げていくパラメータ同時に-配送をして右に出る者はその他工学材料も組み合わせです
異例硬度
hv「スーパー・スキンズ」 gpa(ビッカース)
最高陶器,ほんとうに頭が下がる
KIC6 ~ 8メガパスカル・m½
低摩耗
μ= 0。1-0.3(無給油スライド)
熱安定
1400°c(2550°f)まで運行。
ハード・ハードネスのパラドックスは解決された
ほとんどのセラミックスでは、硬度が高いと脆性が犠牲になります。Si₃独特な所がN₄ある:そのβ-phase特徴长く伸びた連動穀物クラックブリッジと穀物の引き抜き靭性メカニズムを作り出しますこれによりあらゆるモノリシックセラミックの最高の破壊靭性優れた硬度を維持しながら、基本的な硬さと靭性のトレードオフを解決します。
複合摩耗モード抵抗
実際の機械的摩耗は、孤立して発生することはめったにありません。コンポーネント顔アブレッシブ+侵食+腐食+凝着摩耗。Si₃N₄有数の一斉で4モードを着るに抵抗する資料で特有を、最も高いcombined-wear環境を要求さ鉱山に適し化学処理やエネルギーを保持します
トライボロジー性能:耐摩耗性の背後にある科学
Tribology摩擦の科学はくのに、报润滑-する何でSi₃₄を理解する提供的枠組み性能すべて他の材料に强くのアプリケーションでいる。以下の図、四小学校は機構およびどうをSi₃N₄'sの材料のプロパティはそれぞれ反対です:
図1:Si₃N₄耐摩耗性機構hello, Tribological jersey地図
詳細は摩耗率を参照のこと
標準pin-on-disk試験(ASTM G99)、Si₃N₄特定着率展示の10⁻⁶- 10⁻⁷mm³/ N・m-以下に匹敵するSiCアル・₂O₃。しかし、corrosive-abrasive成绩书のみ環境(例えば、酸性モルタル)、Si₃N₄'s耐食性利用摩耗中に腐食する他のセラミックスと比較して、総材料損失を3 ~ 5倍低減します。
無給油スライド機構
Si₃N₄形薄いtribofilmのSiO₂・nH₂O(水和シリカゲル)湿潤環境におけるスライド界面で。この自己生成潤滑層は、摩擦係数を低減しますμ≈0.1-オイルを塗ったスチール・オン・スチールに匹敵する-シールおよびベアリング用途でドライランニングまたはわずかに潤滑された動作を可能にします。
强くてSi₃N₄成分の工程を
强くてSi₃の工程をN₄成分各段階时精密制御が必要最適な微视的-密集を確保するために、練れよく詰んだβ-Si₃N₄细身でさえ、硬度連動の雑穀最大限靭性を兼ね備えている。以下が、完全な生産ワークフローだ:
粉合成
高純度α-Si₃N₄ゼオライト粉末(> 99.5%) Y₂O₃+アル₂O₃焼成エイズ。サブミクロンの粒子サイズにボールミル。
CIP形成
200-300 mpaで冷間静水圧プレス。欠陥のない焼結のための均一な緑色のボディ密度(>55% td)。
gps / hip焼結
1-10 mpaの気体で1750-1900°cで焼結する。細長い穀物の成長のα→β位相変換になります。
CNC加工
ダイヤモンド研削、ラッピング、および研磨。お前達±1μm。仕上面あらさRa<、0.2μm印行/ベアリング顔
QC &テスト
100%次元検査。密度、硬度、強度検証。音波欠陥検出。はい。
焼結-重要なステップ
先端セラミック、α-Si₃N₄粉溶けてreprecipitatesしてんから細長いβ-Si₃N₄穀物。粒の形態は、温度、時間、および窒素圧力によって制御されます。最適な焼結で微細構造を生成しますアスペクト比は5-10:1(長手:直径)、連動ネットワーク責任をSi₃N₄'s独特強い体力。過剰焼結は、強度を低下させる過度に大きな粒を生成します。
摩耗性能のための表面仕上げ
表面粗さは摩耗挙動に直接影響します。ため機械印顔鏡Ra<、0.1μmフィニッシュ最小漏れに居る、摩擦だため軸受人種Ra< 0.05μm流体力学映画形成性を確保すること。ためslurry-facing成分少し粗い終わらせ(Ra 0.3-0.5μm)指定可能な素粒子接着剤連絡エリアを研磨剤だからです
Si₃N₄摩擦に强くて製品&アプリケーション地図
以下の図地図エスアイ₃の範囲N₄完全に强くてこづき回される一部を第一次産業アプリケーション着や有力モード:
図2:Si₃N₄摩擦に强くて素子——&积によって求められる。産業マッピング
Si摩擦に强くて素子——₃N₄業界アプリケーション詳細に
各業界には、独自の摩耗の課題があります。語り手であるSi₃N₄成分としてアドレスした具体的な要求を行うの各アプリケーション藩-
鉱業&鉱物処理
着課題です研磨性鉱石スラリー、高衝撃破砕、浸食性ハイドロサイクロン流、および腐食性浸出化学物質。
Si₃N₄解決策:スラリーポンプインペラとライナー、ハイドロサイクロン渦ファインダー、浮遊選鉱セルノズル、粉砕媒体、およびパイプライン肘。Si最後₃m行のN個の₄ポンプ部5 ~ 10×長く研磨スラリーサービスにおける高クロム鉄よりも。
化学処理
着課題です化学腐食+触媒粒子、結晶性沈殿物、高速流れによる機械的摩耗の複合。
Si₃N₄解決策:メカニカルシール面(api 682)、バルブボールとシート、ポンプシャフトスリーブ、注入ポンププランジャー。腐食モルタルサービスはSi₃N業績₄印優れSiC / SiCペア3 ~ 5×優れた破壊靭性により。
自動車& evパワートレイン
着課題です高速ターボチャージャーベアリング、15,000 ~ 20,000+ rpmのevモーターベアリングで、放電損傷のリスクがあります。
Si₃N₄解決策:ハイブリッドベアリングボール(g5-g10)、ターボチャージャシャフトベアリング、evトラクションモーターベアリング。Si₃N₄'s電気絶縁は、放電加工が- evモーター用軸受の主故障モード- 60%軽量化により高速化。
油類&のガス
着課題ですこうない砂/形成粒子があり、H₂S / CO₂腐食、高圧/高温(HPHT)環境。
Si₃N₄解決策:ダウンホールモーターベアリング、サワーガスサービス用バルブトリム、泥ポンプ用シールリング、およびフロー制御コンポーネント。Si₃N₄'soso2とsoso2の作用は、soso2とsoso2の作用に影響を与える酸っぱいもここに残り.
航空宇宙&国防
着課題ですガスタービンの主軸軸受;1000°c、300万を超える高dn値、最小限の潤滑可用性。
Si₃N₄解決策:g3-g5主軸・変速機用軸受ボール、タービンブレード先端シュラウド、ジンバル用軸受。Si₃N₄により、goodまたはminimal-lubrication鋼製軸受が故障する温度での軸受運転。
エネルギー&発電
着課題です風力タービン主軸受漂流損傷、地熱塩水腐食、放射線環境における原子力ポンプシール。
Si₃N₄解決策:风タ-ビンの主要軸と生成器ベアリング(防止電気的浸食)の纸,地熱塩水ポンプ封印の纸,小学校核冷却ポンプ印顔とSi₃N₄基板パワーエレクトロニクス(IGBT / SiCモジュール)。
パルプ&紙
着課題ですねぇ鉱物sn-bi系ハンダ(黄砂₃、ウィルヘルム₂)、腐食漂白化学物質(ClO₂、H₂O₂)して繊維摩擦力を続けます。
Si₃N₄解決策:化学回収のためのボード箔、吸引ボックスカバー、ドクターブレードホルダー、およびポンプシールを形成します。Si₃N₄木太刀維持仕上面あらさ10×長く安定したシート形成品質を保証する充填ptfeよりも優れています。
steel & metal manufacturing
着課題です高温ロール軸受、溶融金属接触、スケール摩耗、および熱サイクル疲労。
Si₃N₄解決策:連続キャスターロールベアリング、ホットストリップミルガイドローラー、溶融鋼用熱電対保護管、およびるつぼを扱う溶融金属。Si₃N₄'溶融金属による非濡れ性と1400°cの能力は比類のないです。
拡張知識-総所有コスト: Si₃N着₄の構成要素従来よりイニシャルコストの高い国は金属製陶磁器の総所有コスト(tco)は通常40 ~ 70%低くなります装置のライフサイクル全体にわたってを搭載した鉱業モルタルポンプSi₃N₄impellersと医者の出馬可能性も12-18ヵ月高クロム鉄の場合は3 ~ 6か月のメンテナンスを必要とせず、年間2 ~ 3回の予定外のシャットダウンとそれに伴う生産損失をなくします。
材质比較:Si₃N₄vsその他の摩擦に强くな資料
| 財産 | Si₃N₄ | SiC | アル₂O₃ | ZrO₂ | 硬质合金タングステン钢持 | 焼き入れ鋼。 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 硬度(GPa) | 「スーパー・スキンズ」 | 労苦★ | 15 ~ 20 | 12 ~ 14 | 13-17 | 8 |
| 骨折靭性を分担(MPa・m½) | 6 ~ 8★ | 3 ~ 5 | 3 ~ 5 | 5 | 10 ~ 15 | 15 ~ 25 |
| 熱ショック抵抗 | 優秀な★ | 良い | 適度な | 良い | 良い | 良い |
| 耐食性 | 優秀な★ | 優秀な | 良い | 良い | (Coペンタックス) | 貧しい |
| 密度(g / cm³) | 3.2 | 3.2 | 3.9 | 6.0 | 14.5 | 7.8 |
| マックス温度 | 1400°C★ | 1600°C | 1200°C | 800°C | 600°C | ~ 200°C |
| 結合着点数 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ |
★=最高のカテゴリー。複合摩耗スコアは、アブレッシブ摩耗+侵食摩耗+腐食摩耗+凝着摩耗モードの性能を同時に評価します。
見識によって: Siが₃N₄する5つ星の複合摩耗スコアを達成する唯一の材料4つの摩耗モードすべてで同時に優れているからです。sicは硬度が高いが、靭性(衝撃破壊性)が低い。zroゾイドは良好な靭性を持つが、硬度と温度は低い。炭化タングステンは、そのコバルトバインダーに腐食します。鋼は腐食性高温環境では破損します。Si₃N₄は均衡性能のみです
成分選択する指导(者):指定がSi₃N₄
Siする際に、₃N₄:を選ぶ
コンポーネント顔着結合モード(研磨剤+腐食性、びらん性+熱衝撃、接着剤+高温)
動作温度は、ポリマー、コーティング、または金属の能力を超える(>腐食性環境では300°c)
熱自転車セラミックスは熱衝撃で割れますか
インパクト装着現在は募り陶磁器(SiCアル₂O₃)もろい苦しむ骨折
乾燥またはわずかに潤滑運営はN必要(Si₃₄'s無給油スライドtribofilm)
コンポーネントなければならない軽量高速回転用途向け(高n値のベアリングボール)
総所有コスト初期価格だけでなく、5 ~ 10年以上が評価基準となります
他の選択を考慮する時:
アプリケーション腐食や衝撃のない純粋な摩耗他またはアル₂O₃お得
プロセス流体は熱い集中HF(攻撃Si₃N₄)
アプリケーションが必要熱伝導率の最大(sic or aln preferred)
兵役環境は軟質で標準的な材料(硬化鋼、青銅)低コストで十分に動作します
何でアモイHUACIJULIのパートナーに强くてSi₃N₄成分?
数十年間専門知識
技術チーム数十結合Si₃N₄研究と制造の経験と知識深いアプリケーション工学。
微视的最適化
な地表水β-Si₃N₄粒态学具体的に着用するのにアプリケーション-最適化サイズ、アスペクト比、穀物境界作文最大用の装束生活。
風習工学
全design-to-delivery能力を得る。コンセプトやcadからプロトタイピング、テスト、量産まで、すべて社内で行います。
妥協品質
100%の寸法検査、密度検証、超音波探傷、機械的特性試験をすべてのバッチで実施します。
素材組合
Si₃N₄を超えアル製造₂O₃、ZrO₂、や,SiC,陶磁器・ああイネーブル最適厳选素材やれるアプリケーション良い。
global supply & support
応答性の高い技術サポートと信頼性の高い世界的な配信。競争力のある価格設定と、業界をリードタイムでリードします。
よくある質問(faq)
q1:なぜ摩耗に強い機械部品に窒化ケイ素が使われるのですか?
Si₃N₄結合優れた硬度(hv13-17 gpa)、エンジニアリングセラミックスの中で最も高い破壊靭性(kIC6 ~ 8メガパスカル・m½)、低摩擦係数(μ0.1-0.3)●耐热や優れ腐蚀性。この独特に络み合っては、Si₃N₄成分同時に全员の4をモードを防ぎ、3 ~ 10×ペテン師必要セラミック金属従来栽培農家でもよりも少額です
Q2:何工程は用のSi₃N着₄成分?
(1)粉準備高純度αと-Si₃N₄+ Y₂O₃/アル₂O₃添加物と(2)冷たいisostatic押下(cip) 200 ~ 300 mpa、(3)ガス圧焼結またはヒップで1750-1900°Cの原点数満点2回のシェーディングおよびβ-grain開発(4)CNCダイヤモンド加工(5)100%品質検査寸法、密度、および超音波試験を含みます。
Q3:タイプには强くてSi₃m行のN個の₄部するという伝承も多く?
共通する部分を含む機械シール面とリング、ベアリングボール(g3-g20)、ポンプ軸スリーブ、バルブボールとシート、スプレーノズル、パイプラインライナー、研削媒体、線描画ダイ、切削工具のインサート、およびカスタム形状の構造部品-研磨、腐食、腐食、および凝着摩耗環境用に設計されています。
Q4:どの薬産業に强くてコンポーネントSi₃N₄でしょうか?
業などを含む基幹産業鉱業&鉱物処理(使用ポンプ、取り揃えている)化学処理(封印の纸,バルブ自動車& EV(自動車ベアリング)油類&のガス(こうない道具)航空宇宙(タービンベアリング)エネルギー(風力タービン)パルプ&紙(形成砂子)、製鉄(キャスターベアリング)。
Q5: Si₃はどうやってN₄比較SiCやアル₂O₃着用するのに使えるでしょうか?
もしかして、言葉が高い硬度ながらSi₃N₄提供2×より高い破壊靭性衝撃やチッピングに対してはるかに耐性がありますSi₃N₄も3-5×優れた熱衝撃性アル₂O₃。より結合wear-corrosion環境はSi₃N₄通常性能SiC及びアル₂O₃强靭◆上級審と腐食抵抗に遭い、お3 ~ 5×をチビ寿命現実環境のなかで働いていました
