Desvantagens dos materiais tradicionais resistentes ao desgaste
De fato, materiais ferrosos são há muito tempo opções comuns de resistência ao desgaste, sendo o aço manganês, o ferro fundido branco e o aço-liga algumas das variedades mais utilizadas. No entanto, esses materiais apresentam algumas desvantagens. Por exemplo, o aço manganês austenítico possui excelente tenacidade, mas é bastante difícil de usinar. O ferro fundido branco comum e o ferro fundido branco de baixa liga oferecem boa dureza e resistência ao desgaste, porém sofrem com alta fragilidade, o que limita seu uso a aplicações que envolvem apenas cargas leves. Embora o ferro fundido branco de média e alta liga tenha superado o problema da alta fragilidade, ele está associado a custos de produção significativamente mais elevados.
Desgaste, corrosão e fratura são as principais causas de falha de componentes de equipamentos, que ocorrem amplamente em setores como metalurgia, construção civil, energia elétrica e máquinas. Dentre esses fatores, o desgaste exerce o impacto mais severo sobre os componentes. Especialmente em equipamentos de transporte, o desgaste do material é responsável por aproximadamente 80% dos casos de falha de componentes, visto que os materiais tradicionalmente resistentes ao desgaste já não conseguem atender aos requisitos de serviço em condições de trabalho severas.
Na década de 1980, diversos materiais cerâmicos resistentes ao desgaste, como boridos, carbonetos e nitretos, surgiram gradualmente, levando países de todo o mundo a investir recursos substanciais em pesquisas na área. Com o aprofundamento das pesquisas, esses novos materiais cerâmicos resistentes ao desgaste têm sido cada vez mais aplicados em equipamentos industriais e tubulações devido ao seu excelente desempenho. Ao substituírem os materiais metálicos convencionais, eles melhoraram significativamente a vida útil dos equipamentos e a capacidade de operação contínua.
Propriedades e características de cerâmicas industriais resistentes ao desgaste
Os materiais cerâmicos industriais conquistaram uma posição de destaque no setor de resistência ao desgaste, principalmente devido às seguintes propriedades e características principais:
(1) Alta dureza e resistência;
(2) Excelente resistência ao desgaste e longa vida útil. Os testes mostraram que sua resistência ao desgaste é 180 vezes maior que a do aço manganês e 118 vezes maior que a do aço fundido com alto teor de cromo.
(3) Alta resistência ao impacto;
(4) Alta resistência à temperatura. Ligação firme e excelente resistência ao calor;
(5) Leveza. A densidade da cerâmica resistente ao desgaste é de aproximadamente 3,6 g/cm³, apenas metade da do aço e do ferro, o que pode reduzir significativamente a carga do equipamento.
(6) Ampla gama de aplicações e forte adaptabilidade. Materiais cerâmicos industriais de diferentes tipos podem ser selecionados de acordo com requisitos específicos para todos os equipamentos mecânicos de alto desgaste em sistemas como pulverização, preparação de carvão, transporte de materiais, descarga de cinzas e remoção de poeira, que são amplamente utilizados em empresas, incluindo usinas termelétricas, siderúrgicas, fundições, minas e fábricas de cimento.
Classificação de cerâmicas industriais resistentes ao desgaste
Classificados por material, os materiais cerâmicos industriais resistentes ao desgaste mais comuns incluem cerâmicas de óxido, cerâmicas de carboneto e cerâmicas de nitreto.
(1) Cerâmicas industriais resistentes ao desgaste por óxido
Entre os materiais para fabricação de componentes resistentes ao desgaste, as cerâmicas de alumina destacam-se como um representante típico de materiais cerâmicos industriais resistentes ao desgaste. Graças à sua alta dureza, excelente estabilidade química e excepcional resistência ao desgaste, as cerâmicas de alumina são amplamente utilizadas em setores como metalurgia, petroquímica e aeroespacial. No entanto, sua tenacidade à fratura relativamente baixa e a fraca resistência ao choque térmico têm restringido suas aplicações em campos industriais, especialmente aqueles com requisitos rigorosos para as propriedades mecânicas dos materiais. A introdução de uma certa quantidade de outros compostos nas cerâmicas de alumina pode aumentar efetivamente sua tenacidade, melhorando ainda mais sua resistência ao desgaste. Por esse motivo, as cerâmicas compósitas com matriz de alumina tornaram-se uma importante área de pesquisa e desenvolvimento atualmente.
(2) Cerâmicas de nitreto resistentes ao desgaste
As cerâmicas de nitreto tiveram um início relativamente tardio e só experimentaram um desenvolvimento rápido na década de 1970. Quase todas são produzidas por síntese artificial. Além de apresentarem alta resistência e dureza, também exibem excelentes propriedades elétricas e térmicas. Após décadas de desenvolvimento, cerâmicas de nitreto, como nitreto de silício, nitreto de alumínio e nitreto de boro, têm sido amplamente utilizadas como componentes mecânicos de alta resistência, componentes resistentes à corrosão e peças resistentes ao desgaste em setores como aeroespacial, mecânico e metalúrgico.
(3) Cerâmica de carboneto resistente ao desgaste
As cerâmicas de carbeto de boro exibem propriedades químicas extremamente estáveis e sua dureza só perde para a do diamante e do nitreto cúbico de boro (CBN), tornando-as excelentes materiais resistentes ao desgaste ou antifricção, com amplas perspectivas de aplicação em abrasivos, rolamentos, anéis de vedação e ferramentas de corte. No entanto, as propriedades tribológicas das cerâmicas de B₄C são fortemente influenciadas pela temperatura, carga, velocidade de fricção e materiais do par de fricção, portanto, as condições de trabalho e os fatores ambientais devem ser levados em consideração em aplicações práticas.
