Το καρβίδιο του χρωμίου είναι μια κεραμική ένωση που υπάρχει σε πολλές διαφορετικές χημικές συνθέσεις: Cr3 C2, Cr7 C3 και Cr23 C6. Υπό τυπικές συνθήκες, υπάρχει ως φαιά ουσία. Το χρώμιο είναι ένα πολύ σκληρό και ανθεκτικό στη διάβρωση μέταλλο. Είναι επίσης επιβραδυντικό φλόγας, πράγμα που σημαίνει ότι παραμένει δυνατό ακόμα και σε υψηλές θερμοκρασίες.
Αυτές οι ιδιότητες του χρωμίου το καθιστούν χρήσιμο ως πρόσθετο σε κράματα μετάλλων. Όταν οι κρύσταλλοι καρβιδίου ενσωματώνονται στην επιφάνεια του υλικού, βελτιώνει την αντοχή στη φθορά και τη διάβρωση και επίσης διατηρεί αυτές τις ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες. Η πιο περίπλοκη και πιο συχνά χρησιμοποιούμενη ένωση για το σκοπό αυτό είναι το Cr3 C2.
Σχετικά μέταλλα περιλαμβάνουν τον tongbaite και τον ισοβίτη (Cr, Fe) 23 C6, και τα δύο εξαιρετικά σπάνια. Ένα άλλο πλούσιο ορυκτό καρβιδίου είναι ο γιαρλογίτης Cr4 Fe4 NiC4.
Ιδιότητες Chromium
Υπάρχουντρεις διαφορετικές κρυσταλλικές δομές για καρβίδιο που αντιστοιχούν σε τρεις διαφορετικές χημικές συνθέσεις:
- Cr23 C6 έχει κυβική δομή και σκληρότητα Vickers 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 έχει εξαγωνική κρυσταλλική δομή και μικροσκληρότητα 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 είναι η πιο ανθεκτική από τις τρεις συνθέσεις και έχει ρομβική δομή με μικροσκληρότητα 2280 kg/mm2.
Για αυτόν τον λόγο, το Cr3 C2 είναι η κύρια φόρμουλα καρβιδίου του χρωμίου που χρησιμοποιείται στην επεξεργασία επιφανειών.
Σύνθεση
Η συγκόλληση καρβιδίου μπορεί να επιτευχθεί με μηχανικό κράμα. Σε αυτόν τον τύπο διαδικασίας, το μέταλλο χρώμιο και ο άνθρακας με τη μορφή γραφίτη τροφοδοτούνται σε ένα μύλο με σφαιρίδια και αλέθονται σε μια λεπτή σκόνη. Μετά τη σύνθλιψη των συστατικών, συνδυάζονται σε κόκκους και υποβάλλονται σε θερμή ισοστατική πίεση. Αυτή η λειτουργία χρησιμοποιεί ένα αδρανές αέριο, κυρίως αργό σε σφραγισμένο φούρνο.
Αυτή η ουσία υπό πίεση ασκεί πίεση στο δείγμα από όλες τις πλευρές ενώ ο φούρνος θερμαίνεται. Η θερμότητα και η πίεση προκαλούν τον γραφίτη και το μέταλλο να αντιδρούν μεταξύ τους και να σχηματίζουν καρβίδιο του χρωμίου. Μια μείωση στο ποσοστό του άνθρακα στο αρχικό μείγμα οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης των μορφών Cr7 C3 και Cr23 C6.
Μια άλλη μέθοδος για τη σύνθεση καρβιδίου του χρωμίου χρησιμοποιεί οξείδιο, καθαρό αλουμίνιο και γραφίτη σε μια αυτο-πολλαπλασιαζόμενη εξώθερμη αντίδραση που εξελίσσεται ως εξής:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Σε αυτή τη μέθοδο, τα αντιδραστήριασυνθλίβονται και αναμειγνύονται σε σφαιρόμυλο. Η ομοιόμορφη σκόνη στη συνέχεια συμπιέζεται σε ένα δισκίο και τοποθετείται κάτω από μια αδρανή ατμόσφαιρα αργού. Το δείγμα στη συνέχεια θερμαίνεται. Ένα ζεστό σύρμα, σπινθήρα, λέιζερ ή φούρνος μπορεί να παρέχει θερμότητα. Ξεκινά μια εξώθερμη αντίδραση και ο ατμός που προκύπτει εξαπλώνει το αποτέλεσμα σε όλο το υπόλοιπο δείγμα.
Παραγωγή καρβιδίων χρωμίου
Πολλές εταιρείες δημιουργούν την ουσία συνδυάζοντας αλουμινοθερμική αναγωγή και επεξεργασία κενού σε θερμοκρασίες 1500°C και άνω. Ένα μείγμα μετάλλου χρωμίου, οξειδίου και άνθρακα παρασκευάζεται και στη συνέχεια φορτώνεται σε κλίβανο κενού. Η πίεση στο φούρνο μειώνεται και η θερμοκρασία αυξάνεται στους 1500°C. Στη συνέχεια, ο άνθρακας αντιδρά με το οξείδιο για να σχηματίσει μέταλλο και αέριο μονοξείδιο, το οποίο εξαερίζεται στις αντλίες κενού. Στη συνέχεια, το χρώμιο ενώνεται με τον υπόλοιπο άνθρακα για να σχηματίσει καρβίδιο.
Η ακριβής ισορροπία μεταξύ αυτών των συστατικών καθορίζει την περιεκτικότητα της ουσίας που προκύπτει. Αυτό ελέγχεται προσεκτικά για να διασφαλιστεί ότι η ποιότητα του προϊόντος είναι κατάλληλη για απαιτητικές αγορές όπως η αεροδιαστημική.
Παραγωγή μεταλλικού χρωμίου
- Ερευνητές ανακαλύπτουν μια νέα κατηγορία καρβιδίων που αντλούν σταθερότητα από μια διαταραγμένη δομή.
- Τα αποτελέσματα της μελέτης θέτουν τα θεμέλια για μελλοντικές έρευνες νέων καρβιδίων χρήσιμων σε πρακτικές εφαρμογές.
- Η δημιουργία 2D νιτριδίων μόλις έγινε ευκολότερη.
Μεταλλικό αυτόχρησιμοποιείται σε πολλές εταιρείες, που παράγονται με αλουμινοθερμική αναγωγή, όπου σχηματίζεται ένα μείγμα οξειδίου του χρωμίου και σκόνης αλουμινίου. Στη συνέχεια, φορτώνονται σε ένα δοχείο ψησίματος όπου το μείγμα αναφλέγεται. Το αλουμίνιο μειώνει το οξείδιο του χρωμίου σε μέταλλο και τη σκωρία αλουμίνας σε θερμοκρασία 2000–2500°C. Αυτή η ουσία σχηματίζει μια λιωμένη δεξαμενή στο κάτω μέρος του θαλάμου ψησίματος, όπου μπορεί να συλλεχθεί όταν η θερμοκρασία έχει πέσει αρκετά. Διαφορετικά, η επαφή θα είναι δύσκολη και πολύ επικίνδυνη. Στη συνέχεια η αρχική ουσία μετατρέπεται σε σκόνη και χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη για την παραγωγή καρβιδίου του χρωμίου.
Περαιτέρω λείανση
Η σύνθλιψη του καρβιδίου του χρωμίου και της αρχικής του ουσίας πραγματοποιείται σε μύλους. Όταν τρίβετε λεπτές μεταλλικές σκόνες, υπάρχει πάντα κίνδυνος έκρηξης. Γι' αυτό οι μύλοι είναι ειδικά σχεδιασμένοι για να αντιμετωπίζουν τέτοιους πιθανούς κινδύνους. Η κρυογονική ψύξη (συνήθως υγρό άζωτο) εφαρμόζεται επίσης στην εγκατάσταση για να διευκολυνθεί η άλεση.
Επιστρώσεις ανθεκτικές στη φθορά
Τα καρβίδια είναι σκληρά και επομένως μια κοινή χρήση του χρωμίου είναι η παροχή ισχυρών ανθεκτικών στη φθορά επικαλύψεων σε μέρη που πρέπει να προστατεύονται. Σε συνδυασμό με μια προστατευτική μεταλλική μήτρα, μπορούν να αναπτυχθούν τόσο αντιδιαβρωτικά όσο και ανθεκτικά στη φθορά παράγοντες που είναι εύκολο να εφαρμοστούν και οικονομικά. Οι επικαλύψεις αυτές γίνονται με συγκόλληση ή θερμικό ψεκασμό. Σε συνδυασμό με άλλες ανθεκτικές ουσίες, το καρβίδιο του χρωμίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί γιαδιαμόρφωση κοπτικών εργαλείων.
Ηλεκτρόδια συγκόλλησης
Αυτές οι ράβδοι καρβιδίου του χρωμίου χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στη θέση των παλαιών εξαρτημάτων που περιέχουν σιδηρόχρωμο ή άνθρακα. Δίνουν ανώτερα και πιο συνεπή αποτελέσματα. Σε αυτά τα ηλεκτρόδια συγκόλλησης, το καρβίδιο του χρωμίου II δημιουργείται κατά τη διαδικασία συγκόλλησης για να παρέχει ένα στρώμα φθοράς. Ωστόσο, ο σχηματισμός καρβιδίων καθορίζεται από τις ακριβείς συνθήκες στην τελική άρθρωση. Και επομένως, μπορεί να υπάρξουν αλλαγές μεταξύ τους που δεν είναι ορατές για ηλεκτρόδια που περιέχουν καρβίδιο του χρωμίου. Αυτό αντανακλάται στην αντίσταση στη φθορά της εναποτιθέμενης συγκόλλησης.
Κατά τη δοκιμή ενός τροχού κατασκευασμένου από καουτσούκ ξηρής άμμου, διαπιστώθηκε ότι ο ρυθμός φθοράς της ένωσης που εφαρμόζεται σε ηλεκτρόδια σιδηροχρωμίου ή άνθρακα ήταν 250% υψηλότερος. Σε σύγκριση με το καρβίδιο του χρωμίου.
Η τάση στη βιομηχανία συγκόλλησης από ηλεκτρόδια κολλήματος έως σύρματα με πυρήνα ροής ωφελεί την ουσία. Το καρβίδιο του χρωμίου χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά στο κονιοποιημένο στοιχείο αντί του σιδηροχρώμιου υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, επειδή δεν υποφέρει από την επίδραση αραίωσης που προκαλείται από την περίσσεια σιδήρου σε αυτό.
Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ληφθεί μια επίστρωση που περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα σκληρών σωματιδίων, η οποία έχει υψηλή αντοχή στη φθορά. Επομένως, καθώς υπάρχει μια μετατόπιση από τα ηλεκτρόδια ράβδου σε σύρμα με πυρήνα ροής λόγω των πλεονεκτημάτων του αυτοματισμού και της υψηλότερης παραγωγικότητας που σχετίζεται με την τεχνολογία συγκόλλησης της τελευταίας ουσίας, η αγορά καρβιδίου αυξάνεται.
Τυπικές χρήσεις τουείναι: σκληρή επικάλυψη βιδών μεταφοράς, λεπίδες αναμικτήρα καυσίμου, φτερωτές αντλιών και γενικές εφαρμογές χρωμίου όπου απαιτείται αντοχή στη φθορά.
Θερμικό σπρέι
Όταν ψεκάζεται με θερμότητα, το καρβίδιο του χρωμίου συνδυάζεται με μια μεταλλική μήτρα όπως το νικέλιο-χρώμιο. Συνήθως, η αναλογία αυτών των ουσιών είναι 3:1, αντίστοιχα. Υπάρχει μια μεταλλική μήτρα για τη σύνδεση του καρβιδίου στο επικαλυμμένο υπόστρωμα και για την παροχή υψηλού βαθμού αντοχής στη διάβρωση.
Ο συνδυασμός αυτής της ιδιότητας και της αντοχής στη φθορά σημαίνει ότι οι θερμικά ψεκαζόμενες επικαλύψεις CrC-NiCr είναι κατάλληλες ως φράγμα φθοράς σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτός είναι ο λόγος που χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην αγορά αεροδιαστημικής. Τυπικές εφαρμογές εδώ είναι επιστρώσεις για ράβδους ράβδου, μήτρες θερμής σφράγισης, υδραυλικές βαλβίδες, εξαρτήματα μηχανών, προστασία από τη φθορά εξαρτημάτων αλουμινίου και γενικές εφαρμογές με καλή αντοχή στη διάβρωση και την τριβή σε θερμοκρασίες έως 700-800°C.
Εναλλακτικό αντί της επιχρωμίωσης
Νέα εφαρμογή για θερμικά ψεκαζόμενες επιστρώσεις ως αντικατάσταση κορεσμού σκληρού προϊόντος. Η σκληρή επιχρωμίωση παράγει ένα ανθεκτικό στη φθορά κέλυφος με καλή ποιότητα επιφάνειας με χαμηλό κόστος. Η επιχρωμίωση λαμβάνεται με εμβάπτιση του αντικειμένου που πρόκειται να κορεστεί σε δοχείο με χημικό διάλυμα που περιέχει χρώμιο. Στη συνέχεια, διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από τη δεξαμενή, προκαλώντας την εναπόθεση του υλικού στα μέρη καισχηματισμός συνεκτικής επίστρωσης. Ωστόσο, οι αυξανόμενες περιβαλλοντικές ανησυχίες συνδέονται με τη διάθεση των λυμάτων από το χρησιμοποιημένο διάλυμα ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης και αυτά τα ζητήματα έχουν προκαλέσει αύξηση του κόστους της διαδικασίας.
Οι επικαλύψεις καρβιδίου του χρωμίου έχουν αντοχή στη φθορά που είναι δυόμισι έως πέντε φορές καλύτερη από τη σκληρή επιχρωμίωση και δεν έχουν προβλήματα απόρριψης λυμάτων. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για σκληρή επιχρωμίωση, ειδικά όταν η αντοχή στη φθορά είναι σημαντική ή απαιτείται παχιά επίστρωση για μεγάλο μέρος. Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα και ταχέως αναπτυσσόμενη περιοχή που θα γίνει πιο σημαντική καθώς αυξάνεται το κόστος της περιβαλλοντικής συμμόρφωσης.
Εργαλεία κοπής
Το κυρίαρχο υλικό εδώ είναι η σκόνη καρβιδίου του βολφραμίου, η οποία συντήκεται με κοβάλτιο για την παραγωγή εξαιρετικά σκληρών αντικειμένων. Για να βελτιωθεί η σκληρότητα αυτών των εργαλείων κοπής, προστίθενται καρβίδια τιτανίου, νιοβίου και χρωμίου στο υλικό. Ο ρόλος του τελευταίου είναι να εμποδίζει την ανάπτυξη των κόκκων κατά τη σύντηξη. Διαφορετικά, θα σχηματιστούν υπερβολικά μεγάλοι κρύσταλλοι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, οι οποίοι μπορεί να υποβαθμίσουν την σκληρότητα του εργαλείου κοπής.
