اکسید آلومینیوم سفید (Al₂O₃) به دلیل سختی بالا، بی‌اثر بودن شیمیایی و پایداری حرارتی، انتخابی عالی برای لایه مقاوم در برابر سایش است. در اینجا به تفصیل به خواص و کاربردهای آن در پوشش‌های مقاوم در برابر سایش می‌پردازیم:
خواص کلیدی اکسید آلومینیوم سفید برای مقاومت در برابر سایش
-
سختی بالا (Mohs 9) – در برابر سایش و فرسایش بهتر از بسیاری از فلزات و پلیمرها مقاومت می‌کند.
-
بی‌اثری شیمیایی – در برابر خوردگی ناشی از اسیدها، قلیاها و محیط‌های اکسیدکننده مقاومت می‌کند.
-
پایداری حرارتی – مقاومت خود را در دماهای بالا (تا حدود ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد) حفظ می‌کند.
-
تخلخل کم – هنگامی که به درستی تف‌جوشی یا پلاسما اسپری شود، یک لایه محافظ متراکم تشکیل می‌دهد.
-
عایق الکتریکی – در کاربردهایی که نیاز به محافظت در برابر سایش غیر رسانا دارند، مفید است.
کاربردهای رایج
-
پوشش‌های پاشش حرارتی (پلاسما یا HVOF) برای ماشین‌آلات صنعتی، پمپ‌ها و توربین‌ها.
-
پوشش‌های مقاوم در برابر سایش در قیف‌ها، ناودان‌ها و خطوط لوله‌ای که مواد ساینده را جابجا می‌کنند.
-
صفحات سایش و ابزارهای برش – به عنوان پوشش برای افزایش عمر مفید استفاده می‌شود.
-
زره سرامیکی و محافظت بالستیک – به دلیل سختی و مقاومت در برابر ضربه.
-
غلتک‌ها و راهنماهای صنعتی – محافظت در برابر اصطکاک و سایش.
روش‌های کاربرد
-
پاشش پلاسما – یک پوشش متراکم و با چسبندگی خوب برای محیط‌های با سایش بالا ایجاد می‌کند.
-
HVOF (سوخت اکسیژن با سرعت بالا) – استحکام پیوند عالی و تخلخل کم را ارائه می‌دهد.
-
تف‌جوشی – برای اجزای سرامیکی که نیاز به یکپارچگی ساختاری دارند، استفاده می‌شود.
-
پوشش‌های سل-ژل – لایه‌های نازک و یکنواخت برای کاربردهای دقیق.
مقایسه با سایر مواد مقاوم در برابر سایش
| مواد | سختی (موس) | حداکثر دما (°C) | بهترین برای |
|---|---|---|---|
| سفید Al₂O₃ | ۹ | حدود ۱۸۰۰ | سایش، خوردگی |
| کاربید کروم | ۸.۵ | حدود ۱۱۰۰ | سایش کشویی |
| کاربید تنگستن | ۹-۹.۵ | حدود ۱۲۰۰ | سایش شدید |
| کاربید سیلیکون | ۹.۵ | ۱۶۰۰ پوند | مواد شیمیایی + سایش |
محدودیت‌ها
-
شکنندگی – مستعد ترک خوردن در اثر ضربه است، مگر اینکه با عوامل سخت‌کننده (مثلاً ZrO₂) ترکیب شود.
-
آماده‌سازی زیرلایه مورد نیاز – برای چسبندگی در پاشش حرارتی، به سندبلاست مناسب نیاز است.
-
هزینه – گران‌تر از برخی از محلول‌های سایش مبتنی بر پلیمر اما بادوام‌تر.
پیشرفت‌ها
-
Al₂O₃-TiO₂ (۱۳٪ TiO₂) – چقرمگی را برای مقاومت در برابر ضربه بهبود می‌بخشد.
-
Al₂O₃-ZrO₂ – افزایش چقرمگی شکست برای کاربردهای تحت تنش بالا.
نتیجه‌گیری
اکسید آلومینیوم سفید برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت سایشی بالا، پایداری حرارتی و بی‌اثری شیمیایی دارند، ایده‌آل است . برای ضربه‌های شدید، پوشش‌های کامپوزیتی (مثلاً Al₂O₃-TiO₂) ممکن است ترجیح داده شوند.