고크롬 백주철과 열의 마찰공학적 성능

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9229(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

황산중석(BaSO4)은 모든 유형의 굴착 유체에 대한 가중제로 사용되는 매우 중요한 광물 재료로 간주됩니다. 한편, 중정석 파쇄 중 분쇄 단계에 사용되는 파쇄기는 고크롬 백주철(HCWCI)로 만든 해머 부품에 위치하는 치명적인 마모 손상의 영향을 받습니다. 본 연구에서는 HCWCI의 대체 가능성을 조사하기 위해 HCWCI와 열처리강 AISI P20 간의 마찰 성능 비교를 수행했습니다. 마찰공학 테스트는 다양한 기간(60, 120, 180 및 240분) 동안 5~10N 사이의 일반 하중에서 수행되었습니다. 두 재료에 대한 마모 반응 분석에서는 적용된 하중이 증가함에 따라 마찰 계수가 증가하는 것으로 나타났습니다. 또한 AISI P20은 모든 조건에서 HCWCI에 따른 값과 비교하여 가장 낮은 값을 나타냈습니다. 또한 주사전자현미경(SEM)을 통해 얻은 마모 트랙 분석을 통해 손상은 탄화물 상 전반에 걸쳐 균열 네트워크가 감지된 HCWCI의 연마 마모 현상으로 나타났으며, 이는 최고 하중에서 더욱 두드러졌습니다. AISI P20의 경우 여러 개의 홈과 쟁기질 현상을 특징으로 하는 연마 마모 메커니즘이 감지되었습니다. 또한 2D 프로파일로메트리를 사용한 마모 트랙 분석을 통해 두 하중 모두에 대해 HCWCI 마모 트랙의 최대 마모 깊이가 AISI P20의 최대 마모 깊이보다 훨씬 컸다는 사실이 나타났습니다. 그 결과, HCWCI와 비교했을 때 AISI P20이 가장 우수한 내마모성을 나타냅니다. 또한 하중이 증가할수록 마모 깊이와 마모 면적도 증가합니다. 또한 마모율 분석은 두 하중 모두에서 AISI P20이 HCWCI보다 더 견고하다는 이전 연구 결과를 뒷받침합니다.

황산바륨으로도 알려진 광물 생성물 중정석은 화학식 "BaSO4"를 갖습니다. 이 물질의 이름은 엄청난 밀도를 나타냅니다. "중정석"이라는 단어는 실제로 "무거운"을 의미하는 그리스어 "barys"에서 유래되었습니다. 바륨 원소의 높은 원자량(온도 26°C에서 4.48g/cm3에 해당)으로 인해 발생합니다. 이 제품이 전 세계적으로 널리 소비된다는 사실을 간과해서는 안 됩니다. 실제로, 고밀도, 부드러움, 화학적 불활성 등의 특이한 특성 조합으로 인해 중정석 사용의 주요 산업인 석유 및 가스 부문이 이러한 전 세계적 사용의 주요 수혜자입니다. 다른 응용 분야는 주로 방사선 보호 및 화학 산업에 중점을 둡니다. 그림 1에 표시된 중정석 분말을 생산하는 데 필요한 단계를 여기에서 언급하는 것이 중요합니다. 그러나 높은 생산 속도와 까다로운 작업 조건으로 인해 이 분쇄 과정에서 다양한 기계적 및 마찰 공학적 문제(그림 2)가 발생합니다. 프로세스를 진행하여 궁극적으로 프로세스 실패를 초래합니다. 이러한 문제는 시간과 금전적 손실, 제조 속도 저하, 최종 제품의 품질 저하로 이어집니다.

중정석 분쇄 공정.

파쇄 과정: (a) 파쇄기, (b) 손상 전후의 해머, (c) 마모 손상.

같은 맥락에서 여러 연구자들이 금속재료의 손상을 조사하였다1,2,3,4,5. 실제로 Arabnejad et al. 부식성 입자 경도가 스테인레스 스틸에 미치는 영향을 조사한 결과 입자 경도가 증가함에 따라 침식 비율도 증가한다는 결론에 도달했습니다2. Laguna-Camachoet al. 304 스테인리스 강의 침식 현상을 분석했습니다. 마모 반응은 스테인레스강 304의 침식 마모 메커니즘이 90도 충격 각도를 갖는 여러 개의 큰 조각의 취성 파괴로 설명될 수 있음을 보여줍니다4.

그러나 업계에서 분쇄기의 마모 손상을 다루는 문헌 연구는 흔하지 않습니다6,7,8,9,10. 후자7,9는 올리브 오일 추출 및 중정석 산업에 사용되는 분쇄기의 마모 손상에 관심을 집중합니다. 중정석 암석 파쇄기에 사용된 HCWCI의 표면 손상을 전반적으로 조사한 결과, 표면 접촉에서 생성된 마모 잔해에 의해 생성된 능선에 의해 분리된 연속적이고 깊고 넓은 홈이 드러났습니다. 중정석 입자가 해머에 지속적으로 충격을 가하기 때문에 손상된 표면에서는 수많은 분화구와 균열 네트워크도 관찰할 수 있습니다. 결과적으로 마모는 마모와 충격 현상9의 결과라고 추론할 수 있습니다.