Króm-karbid: tulajdonságok, előkészítés, alkalmazás

A króm-karbid egy kerámia vegyület, amely számos különböző kémiai összetételben létezik: Cr3 C2, Cr7 C3 és Cr23 C6. Normál körülmények között szürke anyag formájában létezik. A króm egy nagyon kemény és korrózióálló fém. Tűzálló kompozícióval is rendelkezik, ami azt jelenti, hogy magas hőmérsékleten is fenntartja az erőt.

A króm ezen tulajdonságai a fémötvözetek adalékanyagaként hasznosak. Amikor a keményfém kristályok integrálódnak az anyag felületébe, javítja a kopásállóságot és a korrózióállóságot, és megtartja ezeket a tulajdonságokat magas hőmérsékleten is. A legösszetettebb és leggyakrabban használt vegyület erre a célra a Cr3 C2.

A rokon ásványok közé tartozik a tongbaite és az isovite (Cr, Fe) 23 C6, mindkettő rendkívül ritka. Egy másik gazdag keményfém ásvány a yarlongite Cr4 Fe4 NiC4.

Tulajdonságok

A karbidnak három különböző kristályszerkezete van, amelyek három különböző kémiai összetételnek felelnek meg:

• A Cr23 C6 köbös szerkezetű, Vickers keménysége 976 kg / mm2.
• A Cr7 C3 hatszögletű kristályszerkezettel és 1336 kg/mm2 mikrokeménységgel rendelkezik.
• A Cr3 C2 A három kompozíció közül a legtartósabb, rombikus szerkezetű, 2280 kg/mm mikrokeménységű².

Emiatt a Cr3 C2 a felületkezelésben használt fő króm-karbid formula.

Szintézis

A keményfém kötés mechanikus ötvözéssel érhető el. A ez a típus a folyamat során a fémes krómot és a grafit formájában lévő szenet golyósmalomba töltik, és finom porrá zúzzák. Miután az összetevőket összetörték, granulátumokká egyesítik, majd forró izosztatikus préselésnek vetik alá. Ez a művelet inert gázt használ, elsősorban argon lezárt kemencében.

Ez a nyomás alatt álló anyag nyomást gyakorol a mintára minden oldalról, miközben a kemence felmelegszik. A hő és a támadás hatására a grafit és a fém reakcióba lépnek egymással, és króm-karbidot képeznek. A kezdeti keverékben a szén százalékos arányának csökkenése a Cr7 C3 és Cr23 C6 formák hozamának növekedéséhez vezet.

A króm-karbid szintézisének másik módszere oxidot, tiszta alumíniumot és grafitot használ önterjesztő exoterm reakcióban, amely a következőképpen alakul:

3Cr₂O3 + 6AL + 4c / cc 2CR₃C₂ + 3Al₂O₃

Ebben a módszerben a reagenseket összezúzzuk és golyósmalomban összekeverjük. A homogén port ezután tablettává préselik, majd inert argon atmoszférába helyezik. A mintát ezután melegítjük. Forró huzal, szikra, lézer vagy kemence hőt szolgáltathat. Exoterm reakció indul el, és a keletkező gőz elterjeszti a hatást a minta többi részén.

Króm-karbidok gyártása króm

Sok vállalat úgy hozza létre az anyagot, hogy az aluminoterm redukciót és a vákuumkezelést kombinálja 1500 CA vagy annál magasabb hőmérsékleten. A fémes króm, oxid és szén keverékét előkészítik, majd vákuumkemencébe töltik. A kemencében a nyomás csökken, a hőmérséklet pedig 1500cc-ra emelkedik. Ezt követően a szén reakcióba lép az oxiddal, hogy fém-és gáz-monoxidot képezzen, amely vákuumszivattyúkba kerül. Ezután a krómot a maradék szénnel kombinálva karbidot képeznek.

Ezen összetevők pontos egyensúlya határozza meg a kapott anyag tartalmát. Ezt gondosan ellenőrzik annak biztosítása érdekében, hogy a termék minősége alkalmas legyen olyan igényes piacokra, mint a repülőgépipar.

Króm fém gyártása

• A kutatók egy új karbidosztályt fedeznek fel, amely stabilitást eredményez egy rendezetlen szerkezetből.
• A tanulmány eredményei az alapítvány a gyakorlati alkalmazásokban hasznos új karbidok jövőbeli felmérései.
• A kétdimenziós nitridek létrehozása könnyebbé vált.

A sok vállalatnál használt fémet aluminoterm redukcióval állítják elő, ahol króm-oxid és alumíniumpor keveréke képződik. Ezután egy tüzelőtartályba töltik őket, ahol a keverék fellángol. Az alumínium a króm-oxidot fémre és alumínium-oxid salakra redukálja 2000-2500 C hőmérsékleten. Ez az anyag olvadt pocsolyát képez az égetőkamra alján, ahol összegyűjthető, ha a hőmérséklet megfelelően csökkent. Ellenkező esetben a kapcsolat nehéz és nagyon veszélyes lesz. Ezután a kiindulási anyagot porrá alakítják, és nyersanyagként használják a króm-karbid előállításához.

További őrlés

A króm-karbid és kezdeti anyagának zúzása malmokban történik. Finom fémporok őrlésekor mindig fennáll a robbanás veszélye. Ezért a malmokat kifejezetten az ilyen potenciális veszélyek kezelésére tervezték. Kriogén hűtés (leggyakrabban folyékony nitrogén) azt is alkalmazzák a szerkezetre, hogy megkönnyítsék az őrlést.

Kopásálló bevonatok

A karbidok kemények, ezért a króm általános használata erős kopásálló bevonatok alkalmazása a védeni kívánt részekre. Védő fém mátrixszal kombinálva korróziógátló és kopásálló anyagok is kifejleszthetők, amelyek könnyen alkalmazhatók és költséghatékonyak. Ezeket a bevonatokat hegesztéssel vagy termikus permetezéssel végezzük. Más ellenálló anyagokkal kombinálva a króm-karbid vágószerszámok készítésére használható.

Hegesztő elektródák

Ezeket a króm-karbid rudakat egyre inkább használják a korábbi ferrokrómok vagy széntartalmú komponensek helyett. Kiváló és stabilabb eredményeket adnak. Ezekben a hegesztőelektródákban króm - II-karbid keletkezik a kötési folyamat során, hogy kopásálló réteget biztosítson. A karbidok képződését azonban a kész varrás pontos körülményei határozzák meg. Ezért lehetnek olyan változások közöttük, amelyek nem láthatók a króm-karbidot tartalmazó elektródáknál. Ez tükröződik a hegesztési varrat kopásállóságában.

A száraz homokgumiból készült kerék tesztelésekor azt találták, hogy a ferrokróm vagy szénelektródákra alkalmazott vegyület kopási sebessége 250% - kal magasabb volt. A króm-karbiddal összehasonlítva.

A hegesztőipar tendenciája, amely a rúdelektródák használatától a porhuzalig terjed, előnyös az anyag számára. A króm-karbidot szinte kizárólag a zúzott elemben használják a magas széntartalmú ferrokróm helyett, mivel nem szenved a hígító hatástól, amelyet a benne lévő vas feleslege okoz.

Ez azt jelenti, hogy nagyobb mennyiségű szilárd részecskét tartalmazó bevonat érhető el, amely nagy kopásállósággal rendelkezik. Következésképpen, mivel az automatizálás előnyei és az utóbbi anyag hegesztési technológiájához kapcsolódó nagyobb termelékenység miatt átmenet van a rúdelektródákról a porhuzalra, a keményfém piac növekszik.

Jellemző felhasználási területei a következők: szállítószalag csavarok, üzemanyag-keverő lapátok, szivattyú járókerekek felülete, valamint a króm általános használata, amely ellenáll az eróziós kopásnak.

Hőpermet

A termikus permetezés során a króm-karbidot egy fém mátrixmal, például nikkel-krómmal kombinálják. Általában ezeknek az anyagoknak az aránya 3:1. Fémmátrix van jelen, amely a karbidot az aljzathoz köti, amelyre a bevonatot felviszik, és nagyfokú korrózióállóságot biztosít.

Ennek a tulajdonságnak és a kopásállóságnak a kombinációja azt jelenti, hogy a termikusan permetezett CrC-NiCr bevonatok alkalmasak a magas hőmérsékletű kopás gátjaként. Ez az oka annak, hogy egyre inkább használják őket a repülőgép-piacon. Tipikus felhasználási területek itt vannak bevonatok rúd tüskék, meghal a forró termelés, hidraulikus szelepek, gépalkatrészek, kopásvédelem alumínium alkatrészek és általános alkalmazások jó korrózióállóság és kopás hőmérsékleten akár 700-800 C.

A krómozás alternatívája

Új alkalmazás termikusan permetezett bevonatokhoz a termékek szilárd telítettségének helyettesítésére. A kemény krómozás lehetővé teszi, hogy kopásálló héjat kapjon, jó felületi minőséggel, alacsony költséggel. A króm bevonatot úgy kapjuk meg, hogy a telített tárgyat egy krómot tartalmazó kémiai oldattal ellátott tartályba merítjük. Ezután elektromos áramot vezetnek át a tartályon, aminek következtében az anyag leülepszik az alkatrészekre, és koherens bevonatot képez. A használt galvanikus oldatból származó szennyvíz ártalmatlanításával azonban egyre növekvő környezeti problémák merülnek fel, amelyek a folyamat költségeinek növekedését okozták.

A króm-karbid alapú bevonatok kopásállósággal rendelkeznek, ami két és fél-ötször jobb, mint a szilárd krómozás, és nincs probléma szennyvízelvezetés. Ezért a szilárd krómozás miatt egyre inkább használják őket, különösen akkor, ha a kopásállóság fontos, vagy nagy részben vastag bevonatra van szükség. Ez egy érdekes és gyorsan fejlődő terület, amely a környezetvédelmi jogszabályok betartásának költségeinek növekedésével egyre fontosabbá válik.

Vágószerszámok

Az uralkodó anyag itt a volfrám-karbid por, amelyet kobalttal szintereznek, hogy rendkívül kemény tárgyakat állítsanak elő. Ezen vágószerszámok ütésállóságának javítása érdekében titán-karbidot, nióbiumot és krómot adnak az anyaghoz. Ez utóbbi szerepe a gabona növekedésének megakadályozása a szinterelés során. Ellenkező esetben túlságosan nagy kristályok képződnek a folyamat során, ami ronthatja a vágószerszám ütésállóságát.