Các ngành công nghiệp hiện đang sử dụng vật liệu lót thi công nhanh cho các ứng dụng có nhiệt độ làm việc từ thấp đến cao. Một giải pháp điển hình cho ứng dụng đó lad sử dụng hợp chất cứng (hard compound). Chúng dễ dàng thi công bằng phương pháp trát hoặc phun, linh hoạt với bề mặt cần lót cũng như khả năng chịu được nhiệt độ cao.       Do có một số tính chất tương tự trong quá trình thi công cũng như tính linh hoạt của nhiệt độ và các khu vực lót mà đôi khi sử dụng vật liệu đúc để làm vật liệu lót.
Để so sánh hợp chất cứng KALCRET với các loại vật liệu lót chịu nhiệt khác nhau, một dây chuyền thử nghiệm được bố trí để tìm hiểu kỹ hơn về khả năng chịu mài mòn của những vật liệu này. Vì lý do so sánh, hợp chất cứng KALCRET BTX từ công ty Kalenborn được xem xét dùng cho phân tích này. KALCRET BTX là vật liệu chống mài mòn và là vật liệu được tối ưu hóa ở nhiệt độ cao hơn trong họ KALCRET.

Để phân tích, các bài thử nghiệm khác nhau được bố trí gồm:
- Mài mòn trượt theo Bohme (kích thước mẫu 70x70x35mm) – DIN 52106
- Thử nghiệm xói mòn theo ASTM C704 (kích thước mẫu 100x100x20mm)
- Độ bền uốn (kích thước mẫu 160x40x40mm) thử nghiệm trên 3 điểm.
Các mẫu thử nghiệm được gia nhiệt đến các nhiệt độ khác nhau:
- 110°C trong vòng 1 giờ
- 500°C trong vòng 4,9 giờ
- 1.000°C trong vòng 7,9 giờ
- 1.200°C trong vòng 11,9 giờ.
     

     Đối với mỗi bài thử nghiệm, thử 05 mẫu để lấy giá trị và đạt được giá trị trung bình.
Mục tiêu của thử nghiệm là tìm ra được sự khác biệt về đặc tính chống mài mòn và chống xói mòn tại những nhiệt độ khác nhau. Các vật liệu được gia nhiệt đến mức nhiệt độ đã đề cập ở trên và sau đó trong các thử nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng.         

Đây là một cách tiếp cận công bằng vì kinh nghiệm của chúng tôi cho thấy đặc tính của các vật liệu thay đổi theo nhiệt độ tối đa. Cấu trúc vật liệu và đặc tính vẫn còn duy trì ở mức độ mà chúng thay đổi ở nhiệt độ tăng đột biến và không thay đổi trở lại ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, các giá trị đo ở nhiệt độ phòng của vật liệu trước khi gia nhiệt là đại diện cho vật liệu ở nhiệt độ ứng dụng thực tế.
    Kết quả cho thấy, nhiệt độ có tác động đáng kể đến khả năng chống mài mòn. Một số thử nghiệm đã được dùng để có được thông tin về tính chất mong muốn của vật liệu.
Thử nghiệm theo Bohme – DIN 52108
   Để đánh giá khả năng chống mài mòn của vật liệu theo phương trượt, thử nghiệm Bohme theo DIN 52108 thường được sử dụng. Với thử nghiệm này, có thể xác định tổn hao vật liệu do mài mòn theo phương trượt. Một ví dụ thực tế điển hình là lớp lót của phễu, máng hoặc kè than cốc là những nơi vật liệu bị trượt. Trong quá trình thực hiện thử nghiệm, hạt mài corundum mịn sẽ được đặt trên một đĩa kim loại cứng quay. Mẫu thử có kích thước 70 x 70 mm sẽ được đặt vào giá đỡ mẫu và cố định vào thiết bị. Trong quá trình thử nghiệm, áp suất 294 +/- 3 N sẽ được áp dụng lên mẫu thử. Sau một khoảng thời gian nhất định, thử nghiệm sẽ được dừng lại và lượng vật liệu bị mất tính bằng g đã được đo.
     Thử nghiệm cụ thể này đưa ra ý tưởng về độ cứng và khả năng chống mài mòn của các hạt cứng được tích hợp trong các hợp chất cứng. Trong quá trình thử nghiệm, các hạt mịn trong liên kết ma trận của vật liệu sẽ bị loại bỏ bởi các hạt mài corundum. Các hạt cứng có kích thước lớn hơn sẽ vẫn còn trong ma trận vật liệu, làm giảm các hiện tượng hao mòn đang diễn ra. Các hạt cứng lớn hơn chỉ đơn giản là giảm tổn thất vật liệu trong quá trình thử nghiệm này. Thử nghiệm này chủ yếu là kiểm tra độ cứng của cốt liệu cứng.


Bảng 1:
Kết quả tổn thất vật liệu dựa trên thử nghiệm Bohme - DIN 52108:
Một số vật liệu đúc có sự thay đổi tốc độ mòn tùy thuộc vào nhiệt độ. Vật liệu 2 thành phần (được đánh dấu bằng Vật liệu 2-C trong bảng) đang cải thiện khả năng chống mài mòn sau khi làm nóng đến 800°C, đạt mức độ hao mòn tương tự như KALCRET.
KALCRET có tổn thất vật liệu thấp nhất ngay từ đầu và được cải thiện khi tới 800°C.
Thử nghiệm xói mòn theo ASTM C704-15
Thông thường các ứng dụng công nghiệp dựa trên vận chuyển bằng khí nén trong luồng không khí thông qua các loại thiết bị khác nhau như cyclone, thiết bị phân ly và hệ thống đường ống.
     Trong các ứng dụng như vậy, góc va chạm của vật liệu được chuyển tải có thể thay đổi và vật liệu được vận chuyển tạo ra ứng suất liên tục cho ma trận vật liệu và cấu trúc vật liệu. Khi tính đến trường hợp này, thử nghiệm ASTM C704 là một phương pháp phù hợp để so sánh các vật liệu khác nhau trong các loại điều kiện làm việc như vậy. Ngoài ra, nó là một thử nghiệm tiêu chuẩn cho các loại vật liệu chịu lửa.
     

    Trong thử nghiệm ASTM C704, các hạt silicon carbide F36 sẽ được thổi với góc va chạm 90 ° lên mẫu thử dựa trên tải áp suất xác định, vòi phun và khoảng cách phun xác định đến mẫu thử trong khoảng thời gian cố định là 7,5 phút. Với thử nghiệm này, các hạt vật liệu nhỏ của ma trận vật liệu sẽ được loại bỏ. Sau thử nghiệm, sự mất trọng lượng của mẫu thử sẽ được đánh giá và chuyển đổi thành tổn thất thể tích được chỉ định bằng cm3. Do sự bố trí thử nghiệm, thử nghiệm này đưa ra ý tưởng về hành vi của lớp lót được tính bằng theo Phương pháp phun thổi.


Bảng 2:
Kết quả của tổn thất vật liệu dựa trên thử nghiệm ASTM C704-15 (90°):
Nói chung, tổn thất mài mòn trên vật liệu đúc chịu lửa nhiều hơn ở phía nhiệt độ cao hơn. Tốc độ mòn thậm chí còn cao hơn sau khi làm nóng lên đến 110°C.
KALCRET và vật liệu 2 thành phần có hành vi khác nhau. Các tổn thất vật liệu ổn định và vẫn ở mức tương tự ngay cả sau khi làm nóng đến 1.200°C.
Phân tích độ bền uốn
Độ bền uốn mô tả hành vi của tất cả các loại vật liệu liên quan đến ứng suất cơ học cho đến khi vật liệu bị vỡ. Nó mô tả các giới hạn liên quan đến tính linh hoạt đàn hồi của vật liệu nếu có lực uốn cong tác động và nó đưa ra dấu hiệu khi vật liệu sẽ bị phá vỡ. Về nguyên tắc, nó là một con số chỉ ra độ bền của vật liệu để xác định chính xác kích thước của các bộ phận đặc biệt.
Trong quá trình thử nghiệm này, một tải áp suất sẽ được áp dụng vào trung tâm của mẫu thử cho đến khi nó vỡ. Độ bền uốn được đo và chỉ định bằng MPa.
Với thử nghiệm này, có thể mô phỏng một tác động điển hình có thể xảy ra như ví dụ khu vực được lót tại điểm va chạm nơi vật liệu rơi xuống như tại điểm chuyển băng tải. Độ bền uốn đưa ra ý tưởng về hiệu ứng có thể xảy ra trong quá trình hoạt động bình thường của loại vật liệu lót. Không xem xét lớp lót là hệ thống được lắp đặt.

Bảng 3:
Kết quả kiểm tra độ bền uốn:
Độ bền uốn của vật liệu đúc chịu lửa cao hơn ở phía nhiệt độ thấp.
Độ bền uốn của KALCRET ở mức duy trì ở mức như nhau sau khi làm nóng lên tới 500°C, với điểm thấp nhất là 1.000°C nhưng cao hơn sau khi làm nóng lên đến 1.200°C. Vật liệu 2 thành phần có cường độ uốn thấp hơn sau khi làm nóng lên đến 110°C, nhưng nó liên tục được cải thiện trong các chu kỳ gia nhiệt tiếp theo lên tới 1.000/1.200 ° C.
Kết luận / thảo luận về kết quả thử nghiệm
Với thử nghiệm này, các vật liệu đã được thử nghiệm để đánh giá cách chúng hoạt động trong các điều kiện làm việc khác nhau:
Thử nghiệm Bohme đang phản ánh kịch bản với sự mài mòn trượt khi chúng xảy ra trong các máng trượt.
ASTM C704 phù hợp hơn với điều kiện làm việc bằng khí nén, ví dụ như trong cyclone.
Độ bền uốn, tác động và ứng suất cao được phân tích vì nó có thể nằm trong các tấm lót chịu va đập.
Tất cả các thử nghiệm đã chỉ ra rằng có sự chênh lệch lớn giữa các vật liệu liên quan đến khả năng chống mài mòn. Vật liệu chịu lửa đang cho thấy sự hao mòn cao hơn so với hợp chất cứng được tối ưu hóa để chống mài mòn như KALCRET.
Miễn là xuất hiện nhiệt độ cao cũng như yêu cầu về cách nhiệt, vật liệu chịu lửa là lựa chọn hàng đầu.
Khi được yêu cầu điều kiện làm việc chống mài mòn do trượt, va đập hoặc vận chuyển bằng khí nén, các hợp chất cứng chống mài mòn nên được xem xét sử dụng. Điều này sẽ có tác động tích cực đến thời gian hoạt động tổng thể của các thiết bị công nghệ tại các điều kiện hoạt động nhất định.

...................................................