ما هي العوامل المؤثرة على مقاومة التآكل للسيراميك؟
تُستخدم المواد الخزفية المقاومة للتآكل-على نطاق واسع في مجالات طحن وتلميع المواد، والطلاءات المقاومة للتآكل-، والبطانات الداخلية للأنابيب أو المعدات، وأجزاء الهيكل، وما إلى ذلك، كما تحدد خصائصها المقاومة للتآكل- بشكل مباشر فترة الخدمة الآمنة للمعدات والأجزاء الميكانيكية. تشتمل المواد الخزفية المقاومة للتآكل - الشائعة على الزركونيا، والألومينا، ونيتريد البورون المكعب، ونيتريد السيليكون، وكربيد البورون، وكربيد السيليكون، وما إلى ذلك.
من أجل الحصول على مواد خزفية مقاومة للتآكل- تتمتع بمقاومة أفضل للتآكل، قام العديد من العلماء بدراسة آلية تآكل المواد الخزفية والعوامل المؤثرة على مقاومة التآكل للسيراميك. بشكل عام، تتأثر مقاومة التآكل للسيراميك بعاملين، أحدهما هيكل المادة نفسها، والآخر عوامل خارجية مثل الحمل ودرجة الحرارة والجو.
تأثير الخواص الميكانيكية على مقاومة التآكل للسيراميك
في الأبحاث المبكرة حول خاصية مقاومة التآكل لمواد السيراميك، كان من المعتقد أن صلابة المواد الخزفية ترتبط ارتباطًا وثيقًا بخاصية التآكل. وقد وجد لاحقًا أن العلاقة بين صلابة السيراميك وتآكله لم تكن واضحة جدًا. على سبيل المثال، صلابة سيراميك الألومينا أعلى من سيراميك الزركونيا TZP، لكن مقاومة التآكل ليست بالضرورة أعلى من سيراميك TZP.
على الرغم من أن الصلابة يمكن أن تعكس قوة الترابط لحدود الحبوب إلى حد ما، إلا أن التآكل يتشكل أخيرًا بسبب انفصال المواد عن سطح التآكل، لذلك لم تعد صلابة مادة السيراميك تستخدم كمؤشر تنبؤي لقياس التآكل. تشير بعض الدراسات إلى أنه مع تحسين صلابة الكسر وصلابة المادة، ينخفض معدل تآكل السيراميك تدريجيًا، وتكون مقاومة التآكل أفضل.
تأثير البنية المجهرية على مقاومة التآكل للسيراميك
بشكل عام، البنية المجهرية للمواد غالبًا ما يكون لها تأثير كبير على الخصائص العيانية للمواد. مادة السيراميك عبارة عن جسم متكلس يتكون من الحبوب والبلورات-، وغالبًا ما تحدد بنيته المجهرية خصائصه العيانية. أظهرت العديد من الدراسات أن مقاومة التآكل للمواد الخزفية ترتبط بشكل كبير بحجم الحبوب، وتكوين مرحلة حدود الحبوب، وتوزيع الضغط على حدود الحبوب، والمسام والبنى المجهرية الأخرى.
حجم الحبوب
في الصناعة، يمكن للمواد المعدنية تحسين خواصها الميكانيكية عن طريق تكرير الحبوب، وهو ما يسمى تقوية الحبوب الدقيقة. المبدأ الرئيسي هو أنه كلما كان حجم الحبوب أصغر، زادت مساحة حدود الحبوب وزاد توزيع حدود الحبوب بشكل متعرج، مما يمكن أن يزيد بشكل فعال من مسار نمو الكراك ويؤدي إلى تركيز الضغط في المواد المشتتة. لقد وجد أن صقل الحبوب له تأثير معين على مقاومة التآكل للمواد الخزفية.
المسامية
المسامية لها تأثير مهم جدا على خصائص السيراميك. المسام يعادل وجود عيب، مما سيؤدي إلى تركيز الإجهاد، وتسريع تمدد الشق وتقليل قوة الترابط بين الحبوب، وبالتالي يؤثر بشكل خطير على الخواص الميكانيكية للسيراميك. تحت تأثير الاحتكاك، قد تتصل المسام مع بعضها البعض لتشكل مصدر صدع، مما يؤدي إلى تسريع تآكل المواد.
مرحلة الحدود الحبوب والشوائب بين البلورات
يتكون السيراميك من الحبوب ومراحل حدود الحبوب والمسام. في عملية التلبيد، تتواجد بعض المواد المضافة والشوائب المضافة إلى السيراميك بشكل رئيسي عند حدود الحبوب على شكل "المرحلة الثانية" أو "الطور الزجاجي"، وسيؤثر وجودها على قوة الترابط بين الحبوب. أثناء احتكاك السيراميك وتآكله، يمكن أن تحدث تشققات بسهولة عند حدود الحبوب. سوف تتسبب قوة الترابط المنخفضة لحدود الحبوب في حدوث كسر على طول الحبوب أثناء عملية التآكل، مما سيؤدي إلى سحب الحبوب الكاملة ويسبب تآكلًا خطيرًا.
عادةً ما توجد المادة المضافة للسيراميك متعدد البلورات على حدود الحبوب في شكل الطور الزجاجي. أثناء عملية الاحتكاك، تؤدي درجة الحرارة المرتفعة الناتجة إلى تقليل لزوجة الزجاج، مما يؤدي إلى تشوه البلاستيك. إذا كان الضغط على حدود الحبوب المجاورة غير مناسب، فسوف يتسبب في حدوث تشقق عند حدود الحبوب ويسبب تآكلًا خطيرًا.
إذا كانت كمية مناسبة من المواد المضافة يمكن أن تشكل مرحلة ثانية عند حدود الحبوب، فعادةً ما يكون ذلك مفيدًا لمقاومة التآكل للمادة. على سبيل المثال، إضافة الزركونيا إلى الألومينا لصنع سيراميك الألومينا المقوى بالزركونيا، المعروف أيضًا باسم سيراميك ZTA. نظرًا لأن زيادة الإجهاد الناجم عن T- ZrO2 يؤدي إلى تحسين صلابة الكسر وقوة المواد الخزفية، يمكن أن تمنع الزركونيا والألومينا نمو الحبوب وتحقيق تأثير التبلور الدقيق - من حيث البنية المجهرية، وذلك لتحسين مقاومة التآكل بشكل أكبر.
