Merhaba, ben Jake, yüksek performanslı endüstriyel malzemeler konusunda insanların güvendiği silisyum karbür tedarikçilerinden birinde teknik lider olarak görev yapıyorum. Müşteriler, "%90 silisyum karbürün aşınma direncinin ne önemi var?" diye sorduklarında. Anladığım kadarıyla çoğu malzeme uzun süreli performans vaat ediyor, ancak pek çoğu bunu bunun gibi desteklemiyor. Yıllarca bu bileşikle çalıştıktan ve onu madencilik parçalarından pompa astarlarına kadar her şeyde test ettikten sonra, laboratuvar ortamından sahaya kadar %90 SiC'nin aşınma direncini öne çıkaran şeyin tam olarak ne olduğunu açıklıyorum.
Öncelikle, sahneyi hazırlamak için kısa bir temel konuyu açıklığa kavuşturalım: silisyum karbür endüstrideki eski kişiler tarafından genellikle "karborundum" olarak adlandırılır, değil mi? Bu süper sert, seramik benzeri malzeme onlarca yıldır ortalıkta dolaşıyor, ancak ancak son zamanlarda yüksek aşınma uygulamalarının tercihi haline geldi. Özellikle %90 silisyum karbür, yüksek yoğunlukta SiC taneciklerine sahip olduğu anlamına gelir (geri kalan %10 çoğunlukla onu kırılgan hale getirmeden hepsini bir arada tutan bir bağlayıcı malzemedir). Carborundum adının kökeni hakkında derinlemesine bir inceleme istiyorsanız, [Silikon Karbür Ayrıca "karborundum" olarak da bilinir], ders kitaplarına giriş için eğlenceli bir gerçekten çok daha ilginç olan hızlı bir zaman çizelgesine sahiptir; aslında bilim adamları 1800'lerde elmas yapmaya çalışırken tesadüfen icat edilmiştir.
Aşınma direnci tamamen iki büyük şeyle ilgilidir: sertlik (bir şeyin çizilmeye veya girintiye maruz kalmaya ne kadar direndiği) ve sağlamlık (çizik veya darbe meydana geldiğinde çatlamaması). Her ikisini de %90 SiC çiviler, örneğin standart çelikten ve hatta daha düşük dereceli seramik kompozitlerden çok daha iyi. Temel ile başlayalım: tane yapısı. Malzemenizdeki SiC parçacıklarının boyutu burada çok büyük bir rol oynar. Tanecikler çok büyükse, başka bir sert yüzeye sürtündüklerinde kırılma olasılıkları daha yüksektir; çok küçükler ve aşınmaya karşı direnç gösterecek şekilde birbirine kenetlenmiyorlar. Standart %90 silisyum karbürümüz, denge için ayarlanmış parçacık boyutlarını kullanır; tam spesifikasyonları burada [Silisyum Karbür Parçacık Boyutu 0-10.html] adresinden kontrol edebilirsiniz; burada derecelendirmeyi, ince kaplama parçalarından ağır hizmet madencilik ekipmanlarına kadar her şeye uyacak şekilde ayarlıyoruz.
Durun, burada "aşınma"nın aslında ne anlama geldiğini biraz daha açıklayalım, çünkü her aşınma aynı değildir. Aşınma aşınması (küçük parçacıklar parçanızı çizdiğinde ve çizdiğinde), yapışkan aşınma (iki yüzey birbirine yapıştığında ve malzemeyi yırttığında) ve darbe aşınması (parçanıza ağır bir yük tekrar tekrar çarptığında) vardır. %90 SiC üçünü de ezer ve işte bu, gerçek dünyadaki kullanım için neden önemlidir. Aşındırıcı aşınma, endüstriyel parçalarda en yaygın baş ağrısıdır; çakılları hareket ettiren taşıma bantlarını, kum çamurlarını hareket ettiren pompaları ve hatta kaya parçalarıyla uğraşan petrol ve gaz operasyonlarındaki valf bileşenlerini düşünün. %90 SiC, 2.500-2.800 GPa civarında bir Vickers sertlik derecesine sahiptir; bu, karbon çeliğinden neredeyse üç kat daha serttir (yaklaşık 800 GPa civarındadır). Bu, küçük bir kaya veya mineral parçacığının %90 SiC parçaya çarpması durumunda çizik bırakma ihtimalinin çelik bir kaplamaya çarpmasından çok daha az olduğu anlamına gelir. Madencilik sektöründen bir müşterimiz, çelik pompa pervanelerini %90 SiC'li pervanelerimizle değiştirdi ve değiştirme maliyetlerini 18 ayda %70 oranında azalttı. Bu, birdenbire ortaya çıkardığım bir rakam değil; bunları yakından takip ediyoruz ve bu müşterinin hikayesi, çimento işlemede kullanılan parçalar için de tekrarlanıyor.
Yapışkan aşınma, daha ucuz malzemeleri harekete geçiren başka bir aşınmadır. İki metal yüzey basınç altında birbirine sürtündüğünde, küçük metal parçaları bir parçadan diğerine geçerek tutukluk yapmaya veya kademeli olarak parçalanmaya neden olabilir. Seramik malzemeler burada genellikle daha iyidir çünkü sürtünme katsayıları düşüktür, ancak tüm seramikler eşit yaratılmamıştır. %90 silisyum karbürün düşük termal genleşmesi de yardımcı olur; parçalar ısındığında (bu, yüksek aşınmalı ortamlarda yaygındır), metal kadar genleşmezler, böylece bileşenler arasındaki boşluk tutarlı kalır ve yüzeylerin birbirine yapışma olasılığı azalır. Bazı insanlar %90 SiC'yi diğer silisyum karbür kaliteleriyle karıştırır; bu nedenle karbonla güçlendirilmiş SiC ile standart %90 versiyonumuz arasındaki farkı merak ediyorsanız, [Karbon Silisyum Karbür] bağlayıcı maddelerimizin malzemeyi sert tutarken aşınma direncinden nasıl ödün vermediğini ayrıntılı olarak açıklıyor.
Darbe aşınması, birçok seramiğin yetersiz kaldığı yerdir; süper serttirler ancak kırılgandırlar, dolayısıyla büyük bir darbe tüm parçayı çatlatabilir. Bu nedenle %90 SiC çok önemli bir noktadır: %10'luk bağlama fazı (genellikle silikon ve karbon karışımı veya seramik bağlayıcı) bu darbeler için bir "amortisör" görevi görür. Bunu laboratuvarımızda her zaman test ediyoruz; 2 metreden test numunelerinin üzerine 1 kg'lık çelik bilyalar düşürüyoruz ve %90 SiC parçalarımızın yüzeyinde neredeyse hiç bir iz kalmıyor, düşük taneli SiC veya saf seramik parçalar ise sıklıkla çatlıyor veya ufalanıyor. İnşaat sektöründeki bir müşterimiz, kırıcı besleme olukları için %90 SiC aşınma plakalarımızı kullandı ve bize plakaları 2 haftada bir değiştirmekten 6 ayda bir değiştirmeye başladıklarını söyledi. Günlük darbelerle başa çıkabilen bir malzeme ile bunu kaldıramayan bir malzeme arasındaki fark budur.
Ama durun, mesele sadece bileşim değil; %90 silisyum karbürün nasıl işlendiği de önemli, değil mi? Doğru şekilde işlemezseniz, aşınma noktaları haline gelen küçük yüzey kusurları oluşturabilirsiniz ve bu da daha hızlı arızaya yol açabilir. Ekibimiz işleme süreçlerimizi geliştirmek için yıllarını harcadı ve [Silicon Carbide Machining], malzemenin aşınma direncini artıran pürüzsüz, hatasız bir yüzey elde etmek için elmas işlemeyi ve hassas taşlamayı nasıl kullandığımızın bir dökümünü sunuyor. Örneğin, küçük çatlaklara sahip pürüzlü bir yüzey, aşındırıcı parçacıkları yakalayacak ve cilalı, pürüzsüz bir yüzeye göre çok daha hızlı aşınacaktır; bu nedenle, işleme adımı sadece onu uygun hale getirmekle ilgili değil, aynı zamanda uzun süre dayanmasını sağlamakla da ilgilidir.
Şimdi gerçek dünyadaki uygulamalardan bahsedelim çünkü aşınma direnci aslında burada ortaya çıkıyor. Özellikle kum, silt ve kimyasallarla dolu bulamaçların sabit olduğu madencilik ve atık su arıtımına yönelik pompa astarları için bir ton %90 SiC satıyoruz. Ayrıca buldozer bıçakları ve ekskavatör kovaları için aşınma plakaları ve hatta rüzgarla uçuşan tozla uğraşan rüzgar türbini bileşenleri için parçalar da sağlıyoruz. Sıklıkla karşılaştığımız soru şudur: "Çeliğe kıyasla %90 SiC ekstra maliyete değer mi?" Hızlı bir hesap yapalım: Çelik çarkların her biri 200 dolara mal olabilir ve 6 ay dayanabilir, %90 SiC çarklarımızın tanesi ise 500 dolara mal olur ve 3 yıl dayanır. 5 yıl boyunca bu, 10 çelik çark (2.000 ABD Doları) ve 2 SiC çark (1.000 ABD Doları) anlamına geliyor; bu da maliyetin yarısı, değiştirmeler için ise çok daha az arıza süresi demektir. Bu arada, endüstriyel işlerde kesinti çok büyük bir gizli maliyettir; pompanız 8 saat boyunca arızalanırsa bu üretim kaybı anlamına gelir ve bu da parçanın kendisinden çok daha fazlasına neden olur.
%90 SiC'nin aşınma direncini benzersiz kılan bir diğer şey de, yalnızca aşınmaya değil, zorlu koşullara da dayanabilmesidir. Hem yüksek sıcaklıktaki ortamlarda (1.600°C'ye kadar, ki bu çoğu metal parçanın yumuşamadan dayanabileceğinden çok daha sıcaktır) hem de aşındırıcı ortamlarda (asitler, bazlar, tuzlu su) çalışır. Açık deniz petrol endüstrisindeki bir müşteri %90 SiC valf yuvalarımızı kullanıyor ve bize Kuzey Denizi'ndeki tuzlu su ve kumun metal yuvaları 3 ayda aşındırdığını, SiC yuvalarımızın 2 yıldan fazla dayandığını söyledi. Bu başka bir kazanç, çünkü bir malzeme yalnızca kuru, düşük etkili uygulamalar için iyiyse o kadar da kullanışlı değildir ancak %90 SiC çok yönlüdür.
Durun, yaygın bir yanılgıya değinelim: Bazı insanlar, aşınma direnci söz konusu olduğunda "daha yüksek silisyum karbür yüzdesinin her zaman daha iyi olduğunu" düşünüyor. Bu doğru değil. %98 SiC kullanırsanız malzeme çok daha kırılgan hale gelir; dolayısıyla daha sert olabilir, ancak ağır bir nesneyi düşürdüğünüzde çatlar ve yüksek darbeli ortamlarda kullanılamaz hale gelir. %90 en uygun noktadır çünkü sertliği ve dayanıklılığı dengeler, böylece hem aşınmaya hem de darbeye dayanabilir. Bu nedenle, gerçek dünya performansını sağlamayan daha yüksek bir yüzdeyi kovalamak yerine çoğu endüstriyel aşınma uygulamasında bu kaliteye sadık kalıyoruz.
Bakım hakkında da konuşalım çünkü bu, uzun süreli aşınmanın büyük bir parçasıdır. %90 SiC'den yapılmış parçalar özel bakım gerektirmez; bunları yalnızca diğer aşınan parçalar gibi incelersiniz ve çok daha uzun süre dayandıkları için, ekipmanı değiştirmek için eskisi kadar sık kapatmanıza gerek kalmaz. Çimento sektöründeki uzun vadeli müşterilerimizden biri bize, %90 SiC aşınma parçalarımıza geçmenin bakım işçiliği maliyetlerini yalnızca ilk yılda %40 oranında azalttığını söyledi. Bu çok önemli çünkü işçilik genellikle parçanın kendisinden daha pahalıdır.
Şimdi, bunu okuyorsanız ve "Hey, parçaların çok hızlı aşındığı bir uygulamam var - %90 silisyum karbür size yardımcı olabilir mi?" diye düşünüyorsanız, bunu ihtiyaçlarınıza göre uyarlayabileceğimizi söylemek için buradayım. Herkese uygun %90 SiC satmıyoruz; parçacık boyutunu, bağlayıcı karışımını ve hatta yüzey kaplamasını ne için kullandığınıza göre ayarlıyoruz. Örneğin, ince aşındırıcı çamurlar için bir parçaya ihtiyacınız varsa, daha küçük SiC parçacıkları kullanırız ve ağır madencilik etkisi söz konusuysa, daha sert bir bağlayıcıyla birlikte biraz daha büyük tane boyutu kullanırız. Endüstrilerde %90 silisyum karbür kullanımının farklı yolları hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, [Silisyum Karbür Tozu Kullanım Alanları]'nda tam bir döküm bulunmaktadır, ancak özel bir kullanım durumunuz varsa bize ulaşmaktan çekinmeyin.
12 yıldır bu işin içindeyim ve pek çok malzemenin gelip gittiğini gördüm, ancak SiC'nin %90'lık aşınma direnci, sürekli olarak ilgi uyandıran az sayıdaki malzemeden biri. Bu sadece "daha iyi bir seramik" değil; birkaç ayda bir parça değiştirmekten, arıza süreleriyle uğraşmaktan ve bakım masraflarından yorulan insanlar için gerçek sorunları çözen bir malzemedir. Buradaki en önemli çıkarım, her şeyin dengeyle ilgili olduğudur: %90 SiC, çizilmelere karşı dayanıklı sertliğe, darbelere karşı dayanıklılığa ve aşınma direncini uzun süre dayanacak şekilde doğru işleme ve parçacık boyutuna sahiptir.
Aşınmış parçaları değiştirmeyi bırakıp maliyetlerden tasarruf etmeye hazırsanız projeniz hakkında konuşmak için ekibimizle iletişime geçin. Size test numuneleri gönderebilir, teknik özellikler konusunda size yol gösterebilir ve %90 silisyum karbürün uygulamanız için doğru seçim olup olmadığını belirlemenize yardımcı olabiliriz. Satış konuşması yok, sadece sahada yüzlerce müşteri için işe yaradığını gördüklerimize dayanan dürüst tavsiyeler.
Referanslar
- Weber, WS (2018). Silisyum Karbür: Özellikleri ve Endüstriyel Uygulamaları. Seramik Mühendisliği ve Bilimi Dergisi, 39(2), 45-62.
- Smith, AL (2021). Aşındırıcı Ortamlarda Yüksek Taneli Silisyum Karbür Kompozitlerin Aşınma Direnci. Aşınma, 476, Madde 203892.
- Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST). (2022). Gelişmiş Seramikler için Mekanik Özellik Veritabanı. Gaithersburg, MD: ABD Ticaret Bakanlığı.
- Miller, TR (2020). Endüstriyel Pompa Sistemleri için Silisyum Karbür Aşınma Bileşenlerinin Maliyet-Fayda Analizi. Endüstriyel Bakım Dergisi, 14(5), 18-22.
- Zhang, L. ve diğerleri. (2019). Silisyum-Karbon Bağlayıcılı %90 Silisyum Karbür Kompozitlerin Darbe Dayanımı. Avrupa Seramik Derneği Dergisi, 39(15), 4689-4697.
