Desventajas de los materiales tradicionales resistentes al desgaste
De hecho, los materiales ferrosos han sido desde hace mucho tiempo opciones comunes para la resistencia al desgaste, siendo el acero al manganeso, la fundición blanca y el acero aleado varias variedades ampliamente utilizadas. Sin embargo, estos materiales presentan ciertas desventajas. Por ejemplo, el acero al manganeso austenítico ofrece una excelente tenacidad, pero es bastante difícil de mecanizar. La fundición blanca simple y la fundición blanca de baja aleación ofrecen buena dureza y resistencia al desgaste, pero presentan una alta fragilidad, lo que las limita a aplicaciones que implican solo cargas ligeras. Si bien la fundición blanca de media y alta aleación ha superado el problema de la alta fragilidad, se asocia con costos de producción significativamente más altos.
El desgaste, la corrosión y las fracturas son las principales causas de fallos en los componentes de los equipos, ampliamente presentes en sectores como la metalurgia, la construcción, la energía eléctrica y la maquinaria. Entre estos factores, el desgaste es el que más afecta a los componentes. Especialmente en los equipos de transporte, el desgaste del material representa aproximadamente el 80 % de los casos de fallo de componentes, donde los materiales tradicionales resistentes al desgaste ya no son capaces de cumplir con los requisitos de servicio en condiciones de trabajo rigurosas.
En la década de 1980, surgieron gradualmente diversos materiales cerámicos resistentes al desgaste, como boruros, carburos y nitruros, tras lo cual países de todo el mundo invirtieron importantes recursos en investigación al respecto. Con la profundización de la investigación, estos nuevos materiales cerámicos resistentes al desgaste se han aplicado cada vez más en equipos industriales y tuberías gracias a su excelente rendimiento. Al sustituir a los materiales metálicos convencionales, han mejorado significativamente la vida útil de los equipos y su capacidad de funcionamiento continuo.
Propiedades y características de las cerámicas industriales resistentes al desgaste
Los materiales cerámicos industriales han conseguido una posición destacada en el sector resistente al desgaste, principalmente debido a las siguientes propiedades y características clave:
(1) Alta dureza y resistencia;
(2) Excelente resistencia al desgaste y larga vida útil. Las pruebas han demostrado que su resistencia al desgaste es 180 veces superior a la del acero al manganeso y 118 veces superior a la del acero fundido con alto contenido de cromo.
(3) Alta resistencia al impacto;
(4) Resistencia a altas temperaturas. Adhesión firme y excelente resistencia al calor.
(5) Ligereza. La densidad de la cerámica resistente al desgaste es de aproximadamente 3,6 g/cm³, solo la mitad que la del acero y el hierro, lo que reduce significativamente la carga del equipo.
(6) Amplia gama de aplicaciones y fuerte adaptabilidadSe pueden seleccionar materiales cerámicos industriales de diferentes tipos según los requisitos específicos para todos los equipos mecánicos de desgaste intensivo en sistemas como pulverización, preparación de carbón, transporte de material, descarga de cenizas y eliminación de polvo, que se utilizan ampliamente en empresas que incluyen plantas de energía térmica, acerías, fundiciones, minas y plantas de cemento.
Clasificación de cerámicas industriales resistentes al desgaste
Clasificados por material, los materiales cerámicos industriales resistentes al desgaste comunes incluyen principalmente cerámica de óxido, cerámica de carburo y cerámica de nitruro.
(1) Cerámica industrial resistente al desgaste por óxido
Entre los materiales para la fabricación de componentes resistentes al desgaste, la cerámica de alúmina destaca como un ejemplo típico de los materiales cerámicos industriales resistentes al desgaste. Gracias a su alta dureza, excelente estabilidad química y excepcional resistencia al desgaste, se utiliza ampliamente en sectores como la metalurgia, la petroquímica y la industria aeroespacial. Sin embargo, su baja tenacidad a la fractura y su baja resistencia al choque térmico han limitado sus aplicaciones en la industria, especialmente en aquellos con requisitos exigentes en cuanto a las propiedades mecánicas de los materiales. La introducción de una cierta cantidad de otros compuestos en la cerámica de alúmina puede mejorar eficazmente su tenacidad, mejorando así su resistencia al desgaste. Por esta razón, la cerámica compuesta con matriz de alúmina se ha convertido en una importante línea de investigación y desarrollo en la actualidad.
(2) Cerámica resistente al desgaste de nitruro
Las cerámicas de nitruro se iniciaron relativamente tarde y no experimentaron un desarrollo rápido hasta la década de 1970. Casi todas se producen mediante síntesis artificial. Además de ofrecer alta resistencia y dureza, también presentan excelentes propiedades eléctricas y térmicas. Tras décadas de desarrollo, las cerámicas de nitruro, como el nitruro de silicio, el nitruro de aluminio y el nitruro de boro, se han utilizado ampliamente como componentes mecánicos de alta resistencia, resistentes a la corrosión y resistentes al desgaste en sectores como el aeroespacial, el de maquinaria y el metalúrgico.
(3) Cerámica de carburo resistente al desgaste
Las cerámicas de carburo de boro presentan propiedades químicas extremadamente estables, y su dureza es superada únicamente por la del diamante y el nitruro de boro cúbico (CBN), lo que las convierte en excelentes materiales resistentes al desgaste o antifricción con amplias posibilidades de aplicación en abrasivos, rodamientos, juntas tóricas y herramientas de corte. Sin embargo, las propiedades tribológicas de las cerámicas de carburo de boro (B₄C) se ven muy afectadas por la temperatura, la carga, la velocidad de fricción y los materiales de pares de fricción, por lo que las condiciones de trabajo y los factores ambientales deben tenerse plenamente en cuenta en las aplicaciones prácticas.
