Chromo karbidas yra keramikos junginys, kurio cheminė sudėtis yra keletas skirtingų: Cr3 C2, Cr7 C3 ir Cr23 C6. Standartinėmis sąlygomis ji egzistuoja kaip pilkoji medžiaga. Chromas yra labai kietas ir atsparus korozijai metalas. Jis taip pat yra antipirenas, o tai reiškia, kad jis išlieka stiprus net esant aukštai temperatūrai.
Dėl šių chromo savybių jis naudingas kaip metalų lydinių priedas. Kai karbido kristalai yra integruoti į medžiagos paviršių, tai pagerina atsparumą dilimui ir atsparumą korozijai, taip pat išlaiko šias savybes aukštesnėje temperatūroje. Sudėtingiausias ir dažniausiai šiam tikslui naudojamas junginys yra Cr3 C2.
Susijusių mineralų yra tongbaitas ir izovitas (Cr, Fe) 23 C6, abu labai reti. Kitas turtingas karbido mineralas yra jarlongitas Cr4 Fe4 NiC4.
Chromium savybės
Yratrys skirtingos karbido kristalų struktūros, atitinkančios tris skirtingas chemines sudėtis:
- Cr23 C6 yra kubinės struktūros, o Vickerso kietumas yra 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 turi šešiakampę kristalų struktūrą ir 1336 kg/mm mikrokietumą2.
- Cr3 C2 yra patvariausia iš trijų kompozicijų ir turi rombinę struktūrą, kurios mikrokietumas yra 2280 kg/mm2.
Dėl šios priežasties Cr3 C2 yra pagrindinė chromo karbido formulė, naudojama paviršiaus apdorojimui.
Sintezė
Karbido sujungimas gali būti pasiektas mechaniniu legiravimu. Šio tipo procese chromo metalas ir anglis grafito pavidalu tiekiami į rutulinį malūną ir sumalami į smulkius miltelius. Susmulkinus komponentus, jie sujungiami į granules ir karštu izostatiniu presavimu. Atliekant šią operaciją sandarioje orkaitėje naudojamos inertinės dujos, pirmiausia argonas.
Ši slėginė medžiaga daro spaudimą mėginiui iš visų pusių, kol orkaitė įkaista. Dėl šilumos ir slėgio grafitas ir metalas reaguoja vienas su kitu ir sudaro chromo karbidą. Sumažėjus anglies kiekiui pradiniame mišinyje, padidėja Cr7 C3 ir Cr23 C6 formų išeiga.
Kitu chromo karbido sintezės metodu naudojamas oksidas, grynas aliuminis ir grafitas savaime plintančios egzoterminės reakcijos metu, kuri vyksta taip:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Šiuo metodu reagentaisusmulkinti ir sumaišyti rutuliniame malūne. Tada vienodi milteliai suspaudžiami į tabletę ir dedami į inertišką argono atmosferą. Tada mėginys pašildomas. Karšta viela, kibirkštis, lazeris arba orkaitė gali suteikti šilumos. Pradedama egzoterminė reakcija, o susidarę garai paskirsto poveikį visoje likusioje mėginio dalyje.
Chromo karbidų gamyba
Daugelis įmonių kuria medžiagą derindamos aliuminoterminį redukciją ir apdorojimą vakuume 1500°C ir aukštesnėje temperatūroje. Paruošiamas metalo chromo, oksido ir anglies mišinys, kuris pakraunamas į vakuuminę krosnį. Slėgis orkaitėje sumažinamas, o temperatūra pakeliama iki 1500°C. Tada anglis reaguoja su oksidu, sudarydama metalą ir dujinį monoksidą, kuris išleidžiamas į vakuuminius siurblius. Tada chromas susijungia su likusia anglimi ir sudaro karbidą.
Tikslus šių komponentų balansas lemia gaunamos medžiagos kiekį. Tai kruopščiai kontroliuojama, siekiant užtikrinti, kad gaminio kokybė būtų tinkama reiklioms rinkoms, tokioms kaip aviacija.
Metalinio chromo gamyba
- Tyrėjai atranda naują karbidų klasę, kurios stabilumą lemia netvarkinga struktūra.
- Tyrimo rezultatai sudaro pagrindą būsimiems naujų karbidų, naudingų praktikoje, tyrimams.
- Kurti 2D nitridus tapo dar lengviau.
Metalinis tasnaudojamas daugelyje įmonių, gaminamas aliuminoterminės redukcijos būdu, kur susidaro chromo oksido ir aliuminio miltelių mišinys. Tada jie kraunami į skrudinimo indą, kuriame mišinys uždegamas. Aliuminis 2000–2500°C temperatūroje chromo oksidą redukuoja iki metalo ir aliuminio oksido šlako. Ši medžiaga degimo kameros apačioje suformuoja išlydytą telkinį, kur galima surinkti pakankamai temperatūrai nukritus. Priešingu atveju kontaktas bus sunkus ir labai pavojingas. Tada pradinė medžiaga paverčiama milteliais ir naudojama kaip žaliava chromo karbido gamybai.
Tolimesnis šlifavimas
Chromo karbido ir jo pradinės medžiagos smulkinimas atliekamas malūnuose. Šlifuojant smulkius metalo miltelius visada yra sprogimo pavojus. Štai kodėl malūnai yra specialiai sukurti taip, kad būtų galima susidoroti su tokiais galimais pavojais. Siekiant palengvinti šlifavimą, įrenginyje taip pat taikomas kriogeninis šaldymas (dažniausiai skystu azotu).
Dėvėjimui atsparios dangos
Karbidai yra kieti, todėl įprastas chromo panaudojimas yra padengti tvirtas, dilimui atsparias dangas ant dalių, kurias reikia apsaugoti. Kartu su apsaugine metalo matrica galima sukurti antikorozines ir dilimui atsparias priemones, kurias būtų lengva naudoti ir kurios būtų ekonomiškos. Šios dangos gaminamos suvirinant arba termiškai purškiant. Chromo karbidas gali būti naudojamas kartu su kitomis atspariomis medžiagomisformavimo pjovimo įrankiai.
Suvirinimo elektrodai
Šie chromo karbido strypai vis dažniau naudojami vietoj senų ferochromo arba anglies turinčių komponentų. Jie suteikia geresnių ir nuoseklesnių rezultatų. Šiuose suvirinimo elektroduose chromo II karbidas susidaro klijavimo proceso metu, kad būtų sukurtas dilimo sluoksnis. Tačiau karbidų susidarymą lemia tikslios sąlygos baigtoje jungtyje. Todėl tarp jų gali būti pokyčių, kurių nematyti elektrodams, kuriuose yra chromo karbido. Tai atsispindi suvirintos siūlės atsparumu dilimui.
Išbandžius ratą, pagamintą iš sauso smėlio gumos, buvo nustatyta, kad ferochromo arba anglies elektrodams užtepto junginio susidėvėjimo greitis buvo 250 % didesnis. Palyginti su chromo karbidu.
Suvirinimo pramonės tendencija nuo lazdelių elektrodų iki laidų su šerdimi yra naudinga medžiagai. Chromo karbidas naudojamas beveik išimtinai susmulkintame elemente vietoj didelio anglies turinčio ferochromo, nes jis neturi praskiedimo, kurį sukelia geležies perteklius.
Tai reiškia, kad galima gauti dangą, kurioje yra didesnis kiekis kietųjų dalelių ir kuri pasižymi dideliu atsparumu dilimui. Todėl dėl automatizavimo pranašumų ir didesnio našumo, susijusio su pastarosios medžiagos suvirinimo technologija, pereinama nuo strypinių elektrodų prie vielos su fliusu, todėl karbido rinka didėja.
Tipiniai jo naudojimo būdaiyra: konvejerio sraigtų, degalų maišytuvo mentelių, siurblio sparnuočių tvirtinimas ir bendras chromo panaudojimas, kai reikalingas atsparumas dilimui.
Šiluminis purškalas
Kai purškiama karščiu, chromo karbidas sujungiamas su metalo matrica, pvz., nikelio-chromo. Paprastai šių medžiagų santykis yra atitinkamai 3:1. Yra metalinė matrica, skirta sujungti karbidą su padengtu pagrindu ir užtikrinti aukštą atsparumo korozijai laipsnį.
Šios savybės ir atsparumo dilimui derinys reiškia, kad termiškai purškiamos CrC-NiCr dangos yra tinkamos kaip aukštos temperatūros atsparumas dilimui. Būtent dėl šios priežasties jie vis dažniau naudojami aviacijos ir kosmoso rinkoje. Tipiškos naudojimo sritys yra strypų įtvarų, karšto štampavimo štampų, hidraulinių vožtuvų, mašinų dalių, aliuminio komponentų apsauga nuo nusidėvėjimo ir bendro naudojimo, pasižyminčios geru atsparumu korozijai ir trinčiai iki 700–800°C temperatūroje, dangoms.
Alternatyva chromavimui
Naujas pritaikymas termiškai purškiamoms dangoms, kurios pakeičia kieto produkto prisotinimą. Dėl kieto chromo padengimo mažomis sąnaudomis gaunamas nusidėvėjimui atsparus apvalkalas, kurio paviršiaus kokybė yra gera. Chromavimas gaunamas panardinant daiktą, kurį reikia prisotinti, į indą su cheminiu tirpalu, kuriame yra chromo. Tada per baką praleidžiama elektros srovė, dėl kurios medžiaga nusėda ant dalių irvientisos dangos susidarymas. Tačiau didėjančios aplinkosaugos problemos yra susijusios su panaudoto galvanizavimo tirpalo nuotekų šalinimu, todėl dėl šių problemų padidėjo proceso sąnaudos.
Chromo karbido dangų atsparumas nusidėvėjimui yra nuo dviejų su puse iki penkių kartų geresnis už kietąjį chromavimą ir neturi jokių nuotekų šalinimo problemų. Todėl jie vis dažniau naudojami kietajam chromavimui, ypač kai svarbus atsparumas dilimui arba didelei daliai reikalinga stora danga. Tai įdomi ir sparčiai auganti sritis, kuri taps dar svarbesnė, nes padidės aplinkosaugos reikalavimų laikymosi išlaidos.
Pjovimo įrankiai
Čia vyraujanti medžiaga yra volframo karbido milteliai, kurie sukepinami su kob altu, kad būtų pagaminti itin kieti objektai. Siekiant pagerinti šių pjovimo įrankių tvirtumą, į medžiagą pridedama titano, niobio ir chromo karbidų. Pastarojo vaidmuo yra užkirsti kelią grūdų augimui sukepinimo metu. Priešingu atveju proceso metu susidarys per dideli kristalai, kurie gali pabloginti pjovimo įrankio tvirtumą.
