هل تتمتع سيراميكات الزركونيا بمقاومة أفضل للتآكل من سيراميكات الألومينا؟ ولماذا؟

هل تتمتع سيراميكات الزركونيا بمقاومة أفضل للتآكل من سيراميكات الألومينا؟ ولماذا؟

هناك شد مستمر بين أكسيد الزركونيوم و أكسيد الألومنيوم السيراميك في هندسة المكونات التقنية. كلاهما يتميز بخصائص ميكانيكية وكيميائية وفيزيائية مذهلة.

وصنعنا التمييز الشامل بين السيراميكين بناءً على هذه الخصائص.

ولكن ماذا عن المقارنة بين الزركونيا وأكسيد الألومنيوم، مع التركيز حصريًا على مقاومتهما للتآكل؟

مقاومة التآكل لسيراميك الزركونيا مقابل سيراميك أكسيد الألومنيوم

يظهر الزركونيا والألومينا ديناميكيات تآكل مختلفة في ظل ظروف محددة:

1. البيئات المبردة

كيف يتم مقارنة سلوك التآكل للألومينا عند تعرضها لبيئات ذات درجات حرارة منخفضة للغاية مع سلوك التآكل للزركونيا؟

تجارب حجر الألومينا تآكل الجسم الثلاثي عند درجات حرارة منخفضة. وذلك لأن الحبيبات الدقيقة الناتجة عن الاحتكاك تتجمع بين الأسطح المنزلقة. وبالتالي، تعمل هذه الحبيبات الدقيقة كجسم ثالث، مما يتسبب في هدر المواد.

مع استمرار الانزلاق، حبيبات الألومينا السائبة تخفض معامل الاحتكاكيحدث هذا الانخفاض نتيجة لزيادة درجة حرارة التلامس عند سرعات الانزلاق العالية.

علاوة على ذلك، تتميز الألومينا بموصلية حرارية عالية عند درجة حرارة النيتروجين السائل (LN2). في حالة الشطف المستمر بالنيتروجين السائل، تتولد حرارة أكبر من منطقة التلامس، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض معامل الاحتكاك.

ماذا يعني معامل الاحتكاك المنخفض؟ لديك لوحة سيراميك من الألومينا ذات مقاومة أضعف للتآكل.

من ناحية أخرى، تشهد الزركونيا ارتداء الجسمين. وهذا يعني أنه لا توجد حبيبات زركونيا ملتصقة بشكل فضفاض بين الأجسام المنزلقة.

يُظهر معدل تآكل سيراميك الزركونيا انخفاضًا منتظمًا مع استمرار الانزلاق. في النهاية، قد يُشكل الزركونيا أخدودًا للتآكل. ومع ذلك، حتى عند أقصى عمق للتآكل، فإن معدل التآكل منخفض نسبيًا. 

ويؤدي التآكل إلى زيادة طفيفة في الحمل، وهو ما لا يؤثر بشكل كبير على مقاومته للتآكل، على عكس الألومينا.

لذلك، يظهر الزركونيا مقاومة أفضل للتآكل من الألومينا في الظروف المبردة.

2. درجة حرارة الغرفة أو درجة الحرارة العالية

تتمتع مواد سيراميك الزركونيا عمومًا بمقاومة عالية للتشقق في درجات الحرارة العالية.

نظرًا لاستحالة استخدام مواد التشحيم السائلة في درجات حرارة عالية، تُثبّت سيراميكات الزركونيا بأكاسيد المغنيسيوم والإتريوم. في هذه الحالة، يُصبح السيراميك زيادة في معامل الاحتكاك.  

ومع ذلك، تتعرض سيراميك الزركونيا غير المعدلة للتعب السطحي والتلف الهش في ظل ظروف درجات الحرارة العالية.

معامل مرونة الزركونيا عند درجة حرارة الغرفة أعلى منه عند 1500 درجة مئوية. وتتغير صلابتها وسلوكها الميكانيكي مع ارتفاع درجات الحرارة نتيجةً لتغيرات في بنيتها الدقيقة ووجود شوائب فيها.

من ناحية أخرى، فإن صلابة الألومينا على مقياس موس (9) أعلى من صلابة أكسيد الزركونيوم (8.5). كما أنها يتميز باستقرار حراري أفضل مقارنة بالزركونيا. بالإضافة إلى ذلك، فإن السيراميك ارتفاع المحتوى الحراري يُفسّر أداءه الاستثنائي واستقراره في درجات الحرارة العالية. لذا، يُعدّ طلاء الألومينا مثاليًا للتطبيقات التي تنطوي على معدلات تآكل عالية في درجات الحرارة العالية.

يتعرض الألومينا لتغيرات في ديناميكيات التآكل عند درجات الحرارة المرتفعة، مثل التشوه البلاستيكي. ومع ذلك، صلابتها العالية وقلة صلابتها معامل التمدد الحراري تعزيز مقاومة التآكل بشكل أفضل نسبيًا.

بفضل ثباتها الحراري المذهل، تقاوم الألومينا التآكل عند درجات حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية. وفي نفس درجة الحرارة، تتعرض الزركونيا لقدر كبير من التآكل والتحول الطوري.

لذلك، تتمتع الألومينا بمقاومة أفضل للتآكل من الزركونيا في درجات الحرارة المرتفعة.

3. الظروف الحمضية والقلوية

إن خصائص سيراميك أكسيد الألومنيوم، مثل وحدات المرونة العالية، وثبات درجة الحرارة، والصلابة العالية، قد تقودك إلى افتراض أنها تمتلك جميع الخصائص المثالية.

ولكن كيف يتفاعل مع التعرض للمواد الكيميائية، مقارنة بأكسيد الزركونيوم؟

إن الاستقرار الحراري العالي للألومينا ومقاومتها للتآكل يحسنان بشكل كبير من مقاومتها للتآكل في البيئات القلوية. 

عند وضع صفيحة سيراميك الألومينا في ظروف قلوية منخفضة، مثل الماء، فإنها تُبدي مقاومة عالية للتآكل نظرًا لصلابة ذوبانها العالية. كما تُغطي المادة السيراميكية طبقات احتكاكية (هيدروكسيدية) تعمل كواجهة حماية من التآكل.

 من ناحية أخرى، عند وضع مادة سيراميك الزركونيا في محلول مائي، تبدأ بعض آليات التحول الطوري بالحدوث. يؤدي هذا إلى معدل تآكل أعلى من صفيحة الألومينا عند وضعها في المحلول نفسه. تحد هذه التحولات الطورية من أداء الزركونيا في البيئات الحمضية أو القلوية.

لذلك، تتمتع لوحة السيراميك المصنوعة من الألومينا بمقاومة أفضل للتآكل من لوحة الزركونيا في ظل ظروف يتم التحكم في درجة الحموضة فيها.

ومع ذلك، يتعرض الألومينا لتآكل شديد في ظروف كيميائية احتكاكية قاسية، مثل المحاليل شديدة الحموضة أو القلوية. وقد لا يكون التآكل بنفس شدة تآكل الزركونيا في نفس الظروف.

سيراميك الألومينا المقوى بالزركونيا (ZTA)

ماذا عن دمج فوائد الألومينا وخصائص الزركونيا؟ ماذا يحدث على مستوى البنية الدقيقة؟

إضافة أكسيد الزركونيوم إلى مركب الألومينا يُسبب في البداية تكثيفًا بسبب انحرافات الشبكة. بعد التلبيد، يتكون لديك طوران: الزركونيا والألومينا. مع تبريد الطلاء، يتحول الزركونيا من رباعي الزوايا إلى أحادي الميل، مما يؤدي إلى تكوّن شقوق دقيقة وانخفاض في الحجم.

تمنع الشقوق الدقيقة انتشار الشقوق الكبيرة في كامل البنية الدقيقة. يؤدي هذا إلى آلية تقوية. لتحسين هذه الآلية، يُنصح باستخدام حبيبات زركونيا أصغر حجمًا.

تجمع سيراميك الألومينا المقوى بالزركونيا بين أفضل ما في الألومينا والزركونيا. إنه يستغل خصائص مادة السيراميك الألومينا مثل مقاومة التآكل والتآكل العالية، وقوة الانحناء، والصلابة.

يمنحه محتواه من الزركونيا متانة عالية للكسر، وهو أمر مهم لمنع انتشار الشقوق وتلف المواد. علاوة على ذلك، يتميز بصلابة عالية، تسبق في صلابتها أقوى مادة معروفة. تتمتع ZTA بقدرة عالية على التحمل تحت الضغط والحمل العالي، مما يجعلها مادة سيراميكية شديدة المقاومة للتآكل

خاتمة

حتى الآن، نأمل أن تكونوا قد تعرفتم على سلوك الألومينا والزركونيا في ظروف مختلفة، وكيف يؤثر ذلك على مقاومتهما للتآكل. مع أننا قد لا نشير إلى أيٍّ منهما على أنه أفضل، إلا أننا لخصنا سلوكهما في التآكل في ظروف محددة. نأمل أن يفيدكم هذا في اتخاذ قراراتكم، وفقًا لتطبيقاتكم الصناعية. لمزيد من المعلومات أو الخدمات المحددة، لا تترددوا في التواصل معنا. اتصل بنا اليوم.