Cavitation wear of ceramics. Part 1, Mechanisms of cavitation wear of alumina and tetragonal zirconia sintered polycrystals

• Autorzy: Pędzioch Z. , Jasionowski R. , Ziąbka M.

Warianty tytułu

PL

Zużycie kawitacyjne ceramiki. Cz. 1, Mechanizmy zużycia kawitacyjnego spieków z tlenku glinu i tetragonalnego dwutlenku cyrkonu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The usage of ceramic materials in applications endangered by intensive cavitation could limit erosion phenomena. In the presented work, cavitation erosion resistance of commonly used oxide phases (α-alumina, tetragonal zirconia) in structural application were investigated. Volumetric wear of both materials was compared to the wear rate of FeAl48 alloy. Both oxides were more resistant for cavitation than intermetallic phase. Observations by means of SEM technique showed that surface destructions run in a similar way for both investigated oxides. The degradation proceeded by removing of the whole grains from sintered body. However, in the alumina grains were removed from a wide area, opposite to the zirconia material, which was degraded in limited, ribbon-like areas. In this case destruction reached deeper than only the one grain into material.

PL

Użycie materiałów ceramicznych w zastosowaniach, w których materiał narażony jest na intensywną kawitację, może ograniczyć zużycie. W prezentowanej pracy zbadano odporność na zużycie kawitacyjne powszechnie stosowanych faz tlenkowych (α-tlenku glinu i tetragonalnego dwutlenku cyrkonu). Zużycie objętościowe obu materiałów porównano ze zużyciem stopu FeAl48. Oba tlenki były odporniejsze na zużycie niż faza międzymetaliczna. Stwierdzono, że dwutlenek cyrkonu jest odporniejszy na erozję kawitacyjną. Obserwacje SEM pokazały, że destrukcja powierzchni przebiega w obu tlenkach w podobny sposób. Zniszczenie polega na usuwaniu całych ziaren ze spieków. Jednakże, ziarna tlenku glinu usuwane są jako monoziarnowa warstwa na stosunkowo dużej powierzchni, a ziarna dwutlenku cyrkonu usuwane są z obszarów wzdłuż nieregularnych linii na głębokość conajmniej kilku ziaren.

Słowa kluczowe

EN

cavitation; erosion; alumina; tetragonal zirconia

PL

kawitacja; erozja; tlenek glinu; tetragonalny dwutlenek cyrkonu

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 4
• Strony: 288--292
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pędzioch Z.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Jasionowski R.

• Maritime Academy, Institute of Basic Technical Sciences, Department of Shipbuilding Materials Engineering, ul. Podgórna 51-53, 70-506 Szczecin, Poland

autor

Ziąbka M.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Brennen C.E., Cavitation and Buble Dynamics, Oxford University Press, 1995.
• [2] Briggs L.J., The limiting negative pressure of water, Journal of Applied Physics 1970, 21, 721-722.
• [3] Trevena D.H., Cavitation and Tension in Liquids, IOP Publishing Ltd., 1987.
• [4] Plesset M.S., Chapman R.B., Collapse of an initially spherical vapour cavity in the neighbourhood of a solid boundary, Jour. Fluid Mech. 1971, 47(2), 283-290.
• [5] Hickling R., Plesset M.S., Collapse and rebound of a spherical bubble in water, Phys. Fluids 1963, (7), 7-14.
• [6] Naude C.F., Ellis A.T., On the mechanism of cavitation damage by non-hemispherical cavities collapsing in contact with a solid boundary, Journal of Basic Engineering 1961, 83, 648-656.
• [7] Jasionowski R., Przetakiewicz W., Zasada D., The effect of structure on the cavitational wear of FeAl intermetallic phase-based alloys with cubic lattice, Archives of Foundry Engineering, 2011, 11, Special Issue 2, 97-102.
• [8] Schneibel J.H., George E.P. Anderson I.M., Tensile ductility, slow crack growth and fracture mode of ternary B2 iron aluminides at room temperature, Intermetallics 1997, 5, 185-193.
• [9] Tomlinson W.J., Matthews S.J., Cavitation erosion of structural ceramics, Ceramics International 1994, 20(3), 201-209.
• [10] Tomlinson W.J., Kalitsounakis N., Vekinis G., Cavitation erosion of aluminas, Ceramics International 1999, 25(4), 331-338.
• [11] Niebuhr D., Cavitation erosion behavior of ceramics in aqueous solutions, Wear 2007, 263(1-6), 295-300.
• [12] Garcia-Atance Fatjo G., Hadfield M., Tabeshfar K., Pseudoplastic deformation pits on polished ceramics due to cavitation erosion, Ceramics International 2011, 37, 1919-1927.
• [13] Lua J., Zum Gahr K.-H., Schneider J., Microstructural effects on the resistance to cavitation erosion of ZrO2 ceramics in water, Wear 2008, 265, 1680-1686.
• [14] Pędzich Z., Jasionowski R., Lach R., Przetakiewicz W., Cavitation Resistance of Sintered Alumina and Composites on Its Base, [In:] Innovative Manufacturing Technology 2, Ed. P. Rusek, Institute of Advanced Manufacturing Technology, Krakow 2012, 393-402.
• [15] Niihara K., A fracture mechanics analysis of indentation, J. Mater. Sci. Lett. 1983, 2, 221-223.