セラミック耐摩耗層としての白色酸化アルミニウム

白色酸化アルミニウム(白色溶融アルミナ、Al₂O₃)は、 その優れた硬度(モース硬度9)、高い融点(約2050℃)、そして優れた化学的安定性により、耐摩耗性セラミック層として広く使用 されています。耐摩耗性コーティングや表面への応用例は以下の通りです。


1. 耐摩耗性に関する重要な特性

  • 高硬度:粒子、スラリー、摩擦による摩耗に耐えます。

  • 化学的不活性: 酸、アルカリ、溶剤による腐食に耐えます。

  • 熱安定性: 高温(最高1600~1800℃)でも性能を維持します。

  • 低多孔性: 高密度構造により侵食性媒体の浸透が低減します。

2. 一般的な応募方法

A. 溶射コーティング

  • プラズマ溶射

    • 白色の Al₂O₃ 粉末を溶かして金属基板(ポンプシャフト、バルブ、タービンブレードなど)に噴射します。

    • 摩耗や侵食に対抗する緻密で硬い層(厚さ200~500μm)を形成します。

  • HVOF(高速酸素燃料) :

    • プラズマ スプレーよりも高い接着強度があり、厳しい摩耗環境に適しています。

B. セラミックライニングとタイル

  • エポキシまたは樹脂で接着

    • Al₂O₃ タイル(例:純度 92~99%)は、鉱業/セメント産業のシュート、ホッパー、またはパイプラインに接着結合されます。

    • サイクロン、ファンブレード、研磨材を扱うコンベア システムに使用されます。

C. 耐摩耗性複合材料

  • Al₂O₃強化ポリマー

    • スラリーパイプ、ライナー、または床材(石炭処理プラントなど)用のエポキシ/ポリウレタンに添加されます。

  • セラミック金属マトリックス複合材料

    • シールやベアリングなどの高強度部品用に金属(Al、Feなど)と焼結されています。

3. 産業用途

  • 鉱業・セメント

    • 破砕機、粉砕機、スラリー輸送装置用のライナー。

  • 石油・ガス:

    • 砂による浸食を防ぐためにドリルビット、バルブ、ポンプにコーティングを施します。

  • 発電

    • フライアッシュの摩耗を軽減するための石炭火力発電所のボイラー管コーティング。

  • 自動車

    • 摩耗の激しいエンジン部品(ピストンリング、シリンダーライナーなど)

4. 代替案に対する利点

  • コスト効率が高い: 多くの用途において、炭化ケイ素 (SiC) や炭化タングステン (WC) よりも安価です。

  • 汎用性: 複数の堆積方法 (スプレー、タイル、鋳造) と互換性があります。

  • 非毒性: 食品/製薬業界に安全です (一部の重金属コーティングとは異なります)。

5. 制限事項

  • 脆さ: 衝撃を受けると割れやすい。靭性を向上させるために TiO₂ または ZrO₂ と組み合わせられることが多い。

  • 基板の準備: 剥離を防ぐためにグリットブラストと熱適合性が必要です。

 

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