Kroomkarbiid on keraamiline ühend, mis esineb mitme erineva keemilise koostisega: Cr3 C2, Cr7 C3 ja Cr23 C6. Standardtingimustes eksisteerib see halli ainena. Kroom on väga kõva ja korrosioonikindel metall. See on ka leegiaeglustav, mis tähendab, et see jääb tugevaks ka kõrgetel temperatuuridel.
Need kroomi omadused muudavad selle kasulikuks lisandina metallisulamites. Karbiidikristallide integreerimine materjali pinnale parandab kulumiskindlust ja korrosioonikindlust ning säilitab need omadused ka kõrgendatud temperatuuridel. Sel eesmärgil kõige keerulisem ja kõige sagedamini kasutatav ühend on Cr3 C2.
Seotud mineraalide hulka kuuluvad tongbaiit ja isoviit (Cr, Fe) 23 C6, mõlemad äärmiselt haruldased. Teine rikkalik karbiidmineraal on yarlongiit Cr4 Fe4 NiC4.
Chromiumi omadused
Seal onkolm erinevat karbiidi kristallstruktuuri, mis vastavad kolmele erinevale keemilisele koostisele:
- Cr23 C6 on kuubistruktuur ja Vickersi kõvadus on 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 on kuusnurkse kristallstruktuuriga ja mikrokõvadusega 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 on kolmest koostisest kõige vastupidavam ja sellel on rombjas struktuur, mille mikrokõvadus on 2280 kg/mm2.
Sel põhjusel on pinnatöötluses kasutatava kroomkarbiidi põhivalem Cr3 C2.
Süntees
Karbiidist sidumist saab saavutada mehaanilise legeerimisega. Seda tüüpi protsessis juhitakse kroommetall ja süsinik grafiidi kujul kuulveskisse ja jahvatatakse peeneks pulbriks. Pärast komponentide purustamist ühendatakse need graanuliteks ja allutatakse kuumisostaatilisele pressimisele. Selle toimingu puhul kasutatakse suletud ahjus inertgaasi, peamiselt argooni.
See rõhu all olev aine avaldab ahju kuumenemise ajal proovile survet igast küljest. Kuumus ja rõhk panevad grafiidi ja metalli üksteisega reageerima ning moodustavad kroomkarbiidi. Süsinikusisalduse vähenemine esialgses segus toob kaasa Cr7 C3 ja Cr23 C6 vormide saagise suurenemise.
Teine kroomkarbiidi sünteesimeetod kasutab oksiidi, puhast alumiiniumi ja grafiiti ise levivas eksotermilises reaktsioonis, mis kulgeb järgmiselt:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Selle meetodi puhul on reaktiividpurustada ja segada kuulveskis. Seejärel pressitakse ühtlane pulber tabletiks ja asetatakse inertse argooni atmosfääri. Seejärel proovi kuumutatakse. Kuum traat, säde, laser või ahi võivad soojust pakkuda. Algab eksotermiline reaktsioon ja tekkiv aur levitab mõju kogu ülejäänud proovile.
Kroomkarbiidide tootmine
Paljud ettevõtted toodavad ainet, kombineerides aluminotermilist redutseerimist ja vaakumtöötlust temperatuuril 1500 °C ja kõrgemal. Valmistatakse metalli kroom, oksiidi ja süsiniku segu ning seejärel laaditakse see vaakumahju. Rõhku ahjus alandatakse ja temperatuur tõstetakse 1500°C-ni. Seejärel reageerib süsinik oksiidiga, moodustades metalli ja gaasilise monooksiidi, mis juhitakse vaakumpumpadesse. Seejärel ühineb kroom ülejäänud süsinikuga, moodustades karbiidi.
Nende komponentide täpne tasakaal määrab saadava aine sisalduse. Seda kontrollitakse hoolik alt, et tagada toote kvaliteedi sobivus nõudlikele turgudele, nagu lennundus.
Metalliku kroomi tootmine
- Teadlased avastavad uue klassi karbiide, mille stabiilsus tuleneb korrastamata struktuurist.
- Uuringu tulemused panevad aluse tulevastele uutele praktilistes rakendustes kasulike karbiidide uuringutele.
- 2D-nitriidide loomine muutus just lihtsamaks.
Metallist seekasutatakse paljudes ettevõtetes, toodetud aluminotermilise redutseerimise teel, kus tekib kroomoksiidi ja alumiiniumipulbri segu. Seejärel laaditakse need röstimisnõusse, kus segu süüdatakse. Alumiinium redutseerib kroomoksiidi metalliks ja alumiiniumoksiidi räbu temperatuuril 2000–2500°C. See aine moodustab põletuskambri põhjas sulabasseini, kuhu saab seda koguda, kui temperatuur on piisav alt langenud. Vastasel juhul on kontakt raske ja väga ohtlik. Seejärel muudetakse algaine pulbriks ja kasutatakse kroomkarbiidi tootmise toorainena.
Edasine lihvimine
Kroomkarbiidi ja selle algaine purustamine toimub veskites. Peente metallipulbrite jahvatamisel on alati plahvatusoht. Seetõttu on veskid spetsiaalselt projekteeritud selliste võimalike ohtudega toimetulemiseks. Jahvatamise hõlbustamiseks kasutatakse seadmes ka krüogeenset jahutust (kõige sagedamini vedelat lämmastikku).
Kulumiskindlad katted
Karbiidid on kõvad ja seetõttu kasutatakse kroomi laialdaselt tugeva kulumiskindla katte katmiseks osadele, mida tuleb kaitsta. Koos kaitsva metallmaatriksiga saab välja töötada nii korrosiooni- kui ka kulumiskindlaid aineid, mida on lihtne peale kanda ja mis on kulutõhusad. Need katted valmistatakse keevitamise või termilise pihustamise teel. Kroomikarbiidi võib kasutada koos teiste resistentsete ainetegalõikeriistade vormimine.
Keevituselektroodid
Neid kroomkarbiidist vardaid kasutatakse üha enam vanade ferrokroomi või süsinikku sisaldavate komponentide asemel. Need annavad suurepäraseid ja ühtlasemaid tulemusi. Nendes keevituselektroodides tekib sidumisprotsessi käigus kroom II karbiid kulumiskihi saamiseks. Karbiidide moodustumise määravad aga täpsed tingimused valmis liites. Seetõttu võib nende vahel esineda muutusi, mis pole kroomkarbiidi sisaldavate elektroodide puhul nähtavad. See kajastub keevisõmbluse kulumiskindluses.
Kuivast liivakummist valmistatud ratta testimisel selgus, et ferrokroom- või süsinikelektroodidele kantud ühendi kulumismäär oli 250% kõrgem. Võrreldes kroomkarbiidiga.
Keevitustööstuse suundumus pulkelektroodidest räbustiga juhtmeteni toob kasu ainele. Kroomkarbiidi kasutatakse suure süsinikusisaldusega ferrokroomi asemel peaaegu eranditult peenestatud elemendis, kuna see ei kannata selles sisalduva liigse raua põhjustatud lahjendusefekti.
See tähendab, et on võimalik saada suuremas koguses kõvasid osakesi sisaldav kate, millel on kõrge kulumiskindlus. Seetõttu, kuna automatiseerimise eeliste ja viimase ainega keevitustehnoloogiaga seotud suurema tootlikkuse tõttu on toimunud üleminek varraselektroodidelt räbustiga traadile, kasvab karbiiditurg.
Selle tüüpilised kasutusaladon: konveierikruvide, kütusesegisti labade, pumba tiivikute ja üldised kroomirakendused, kus on nõutav kulumiskindlus.
Soojuspihustus
Kuumapihustamisel kombineeritakse kroomkarbiid metallmaatriksiga, näiteks nikkel-kroomiga. Tavaliselt on nende ainete suhe vastav alt 3:1. Karbiidi sidumiseks kaetud aluspinnaga ja kõrge korrosioonikindluse tagamiseks kasutatakse metallmaatriksit.
Selle omaduse ja kulumiskindluse kombinatsioon tähendab, et termiliselt pihustatud CrC-NiCr katted sobivad kõrge temperatuuriga kulumistõkkeks. Just sel põhjusel kasutatakse neid kosmoseturul üha enam. Tüüpilised kasutusalad on siin varraste torude, kuumstantsimisstantside, hüdroventiilide, masinaosade, alumiiniumkomponentide kulumiskaitse ja üldised rakendused, millel on hea korrosiooni- ja kulumiskindlus temperatuuril kuni 700–800 °C.
Alternatiiv kroomimisele
Uus rakendus termiliselt pihustatud katetele, mis asendavad kõva toote küllastumist. Kõva kroomimine annab madala kuluga hea pinnakvaliteediga kulumiskindla kesta. Kroomimine saadakse küllastatava eseme kastmisel kroomi sisaldava keemilise lahuse anumasse. Seejärel juhitakse läbi paagi elektrivool, mille tulemusena materjal ladestub osadele jaühtse katte moodustamine. Kasvavad keskkonnaprobleemid on aga seotud kasutatud galvaniseerimislahenduse reovee kõrvaldamisega ja need probleemid on põhjustanud protsessi kulude suurenemise.
Kroomkarbiidkatete kulumiskindlus on kaks ja pool kuni viis korda parem kui kõva kroomimine ning neil pole probleeme reovee ärajuhtimisega. Seetõttu kasutatakse neid üha enam kõva kroomimiseks, eriti kui kulumiskindlus on oluline või suure osa jaoks on vaja paksu katet. See on huvitav ja kiiresti kasvav valdkond, mis muutub olulisemaks, kui keskkonnanõuete täitmise kulud kasvavad.
Lõiketööriistad
Valdav materjal on siin volframkarbiidi pulber, mis paagutatakse koob altiga, et saada ülikõvad esemed. Nende lõikeriistade sitkuse parandamiseks lisatakse materjalile titaan-, nioobium- ja kroomkarbiidi. Viimase roll on vältida tera kasvu paagutamisel. Vastasel juhul tekivad protsessi käigus liiga suured kristallid, mis võivad vähendada lõikeriista tugevust.
