اکسید آلومینیوم سفید به عنوان لایه مقاوم در برابر سایش سرامیکی

اکسید آلومینیوم سفید (آلومینای ذوب‌شده سفید، Al₂O₃) به دلیل سختی استثنایی (Mohs 9)، نقطه ذوب بالا (~2050°C) و پایداری شیمیایی عالی، به طور گسترده به عنوان یک  لایه سرامیکی مقاوم در برابر سایش مورد استفاده قرار می‌گیرد  . در اینجا نحوه استفاده از آن در پوشش‌ها و سطوح مقاوم در برابر سایش آورده شده است:

۱. خواص کلیدی برای مقاومت در برابر سایش

• سختی بالا : در برابر سایش ناشی از ذرات، دوغاب و اصطکاک مقاومت می‌کند.

• بی‌اثری شیمیایی : در برابر خوردگی ناشی از اسیدها، قلیاها و حلال‌ها مقاوم است.

• پایداری حرارتی : عملکرد خود را در دماهای بالا (تا ۱۶۰۰-۱۸۰۰ درجه سانتیگراد) حفظ می‌کند.

• تخلخل کم : ساختار متراکم، نفوذ عوامل فرسایشی را کاهش می‌دهد.

۲. روش‌های کاربردی رایج

الف. پوشش‌های پاشش حرارتی

• پاشش پلاسما :

  • پودر سفید Al₂O₃ ذوب شده و روی زیرلایه‌های فلزی (مثلاً شفت‌های پمپ، شیرها، پره‌های توربین) رانده می‌شود.

  • یک لایه متراکم و سخت (با ضخامت ۲۰۰ تا ۵۰۰ میکرومتر) در برابر سایش و فرسایش تشکیل می‌دهد.

• سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF) :

  • استحکام اتصال بالاتر از اسپری پلاسما، مناسب برای محیط‌های سایش شدید.

ب. پوشش‌ها و کاشی‌های سرامیکی

• با اپوکسی یا رزین پیوند خورده است :

  • کاشی‌های Al₂O₃ (مثلاً با خلوص ۹۲ تا ۹۹٪) در صنایع معدن/سیمان به صورت چسبی به ناودان‌ها، قیف‌ها یا خطوط لوله متصل می‌شوند.

  • در سیکلون‌ها، پره‌های فن و سیستم‌های نقاله که مواد ساینده را جابجا می‌کنند، استفاده می‌شود.

ج. کامپوزیت‌های مقاوم در برابر سایش

• پلیمرهای تقویت‌شده با Al₂O₃ :

  • به اپوکسی/پلی اورتان برای لوله‌های دوغاب، آسترها یا کفپوش‌ها (مثلاً کارخانه‌های فرآوری زغال سنگ) اضافه می‌شود.

• کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی-فلزی :

  • برای قطعات با استحکام بالا مانند آب‌بندها یا یاتاقان‌ها، با فلزات (مثلاً آلومینیوم، آهن) زینتر شده است.

۳. موارد استفاده صنعتی

• معدن و سیمان :

  • آستر برای سنگ شکن ها، آسیاب ها و تجهیزات حمل و نقل دوغاب.

• نفت و گاز :

  • پوشش‌های روی مته‌ها، شیرها و پمپ‌ها برای مقاومت در برابر فرسایش شن و ماسه.

• تولید برق :

  • پوشش لوله‌های بویلر در نیروگاه‌های زغال‌سنگ‌سوز برای کاهش سایش ناشی از خاکستر بادی

• خودرو :

  • اجزای موتور که در معرض سایش زیاد هستند (مثلاً رینگ پیستون، بوش سیلندر).

۴. مزایا نسبت به جایگزین‌ها

• مقرون به صرفه : برای بسیاری از کاربردها، ارزان‌تر از کاربید سیلیکون (SiC) یا کاربید تنگستن (WC) است.

• تطبیق‌پذیری : سازگار با روش‌های مختلف رسوب‌گذاری (اسپری، کاشی‌کاری، ریخته‌گری).

• غیرسمی : برای صنایع غذایی/دارویی بی‌خطر است (برخلاف برخی از پوشش‌های فلزات سنگین).

۵. محدودیت‌ها

• شکنندگی : مستعد ترک خوردن در اثر ضربه؛ اغلب با TiO₂ یا ZrO₂ ترکیب می‌شود تا چقرمگی را بهبود بخشد.

• آماده‌سازی بستر : برای جلوگیری از لایه لایه شدن، نیاز به سندبلاست و سازگاری حرارتی دارد.