Karbid chromu: vlastnosti, získávání, aplikace

Karbid chrómu je keramická sloučenina, která existuje v několika různých chemických formulacích: Cr3 C2, Cr7 C3 a Cr23 C6. Za standardních podmínek existuje ve formě šedé hmoty. Chrom je velmi tvrdý kov odolný vůči korozi. Má také žáruvzdorné složení, což znamená zachování pevnosti a při vysokých teplotách.

Díky těmto vlastnostem chrómu je užitečný jako přísada do kovových slitin. Když jsou krystaly karbidu integrovány do povrchu látky, zlepšuje odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi a tyto vlastnosti si zachovává při zvýšených teplotách. Nejobtížnější a nejpoužívanější formulací pro tento účel je Cr3 C2.

Související minerály zahrnují tongbait a isovit (Cr, Fe) 23 C6, oba extrémně vzácné. Dalším bohatým karbidovým minerálem je yarlongit CR4 Fe4 NiC4.

Vlastnosti Chromu

Existují tři různé krystalové struktury pro karbid, které odpovídají třem různým chemickým složkám:

• Cr23 C6 má kubickou strukturu a tvrdost Vickers 976 kg / mm².
• Cr7 C3 má hexagonální krystalovou strukturu a mikrotvrdost 1336 kg / mm².
• Cr3 C2 je nejodolnější ze tří kompozic a má diamantovou strukturu s mikrotvrdostí 2280 kg / mm².

Z tohoto důvodu je Cr3 C2 základním vzorcem karbidu chrómu používaného při povrchové úpravě.

Syntéza

Karbidové spojení lze dosáhnout mechanickým dopingem. Do tohoto typu proces kovový chrom a uhlík ve formě grafitu jsou naloženy do kulového mlýna a rozdrceny na jemný prášek. Po rozdrcení složek se spojí do pelet a podrobí se horkému izostatickému lisování. Tato akce používá inertní plyn, především argon v uzavřené troubě.

Tato látka pod tlakem vyvíjí tlak na vzorek ze všech stran, zatímco se pec zahřívá. Teplo a nápor způsobují, že grafit a kov vzájemně reagují a vytvářejí karbid chrómu. Snížení procenta uhlíku v původní směsi vede ke zvýšení výtěžku forem Cr7 C3 a Cr23 C6.

Další metoda syntézy karbidu chrómu používá oxid, čistý hliník a grafit v samorozpouštěné exotermické reakci, která probíhá následovně:

3Cr₂O3 + 6Al + 4C → 2Cr₃C₂ + 3Al₂O₃

V této metodě se činidla rozdrtí a smíchají v kulovém mlýně. Homogenní prášek se poté lisuje do tablety a umístí se do inertní atmosféry argonu. Vzorek se poté zahřeje. Horký drát, jiskra, laser nebo pec mohou poskytnout teplo. Exotermická reakce je zahájena a výsledná pára šíří expozici po celém zbytku vzorku.

Výroba karbidů chrómu

Mnoho společností vytváří látku kombinací aluminotermické redukce a vakuového zpracování při teplotě 1500°C a vyšší. Směs kovového chrómu, oxidu a uhlíku se připraví a poté se vloží do vakuové pece. Tlak v troubě klesá a teplota stoupá na 1500°C. Poté uhlík reaguje s oxidem za vzniku kovu a plynného monooxidu, který je odváděn do vakuových čerpadel. Poté dojde ke spojení chrómu se zbývajícím uhlíkem za vzniku karbidu.

Přesná rovnováha mezi těmito složkami určuje obsah výsledné látky. To je pečlivě sledováno, aby byla zajištěna kvalita produktu vhodná pro náročné trhy, jako je letecký průmysl.

Výroba Chromu kovového

• Vědci objevují novou třídu karbidů, které získávají stabilitu z neuspořádané struktury.
• Výsledky studie jsou položeny základ pro budoucí průzkumy nových karbidů užitečných v praktických aplikacích.
• Vytvoření dvourozměrných nitridů bylo snazší.

Kov používaný v mnoha firmách se vyrábí aluminotermickou redukcí, kde se tvoří směs oxidu chromitého a hliníkového prášku. Poté jsou naloženy do vypalovací nádoby, kde směs bliká. Hliník redukuje oxid chromitý na kov a oxid hlinitý při teplotě 2000-2500°C. Tato látka tvoří roztavenou kaluž na dně spalovací komory, kde ji lze sbírat, když teplota dostatečně klesla. Jinak bude kontakt obtížný a velmi nebezpečný. Počáteční látka se poté přemění na prášek a použije se jako surovina pro výrobu karbidu chrómu.

Další mletí

Drcení karbidu chrómu a jeho počáteční látky se provádí v mlýnech. Při mletí jemných kovových prášků vždy existuje riziko výbuchu. Proto jsou mlýny speciálně navrženy pro řešení takových potenciálních nebezpečí. Kryogenní chlazení (nejčastěji kapalný dusík) se také aplikuje na strukturu, aby se usnadnilo mletí.

Povlaky odolné proti opotřebení

Karbidy jsou tvrdé, a proto je běžnou aplikací Chromu nanášení silných povlaků odolných proti opotřebení na části, které je třeba chránit. V kombinaci s ochrannou kovovou matricí lze vyvinout antikorozní i odolné látky, které se snadno aplikují a jsou nákladově efektivní. Tyto povlaky se provádějí svařováním nebo tepelným prachem. V kombinaci s jinými perzistentními látkami lze karbid Chromu použít k vytvoření řezných nástrojů.

Svařovací elektroda

Tyto tyče z karbidu chrómu se stále více používají místo dřívějších ferrochromů nebo složek obsahujících uhlík. Poskytují vynikající a stabilnější výsledky. V těchto svařovacích elektrodách je karbid Chromu II vytvořen během spojovacího procesu, aby se zajistila vrstva odolná proti opotřebení. Tvorba karbidů je však určena přesnými podmínkami v hotovém švu. A tak mezi nimi mohou být změny, které nejsou viditelné pro elektrody obsahující karbid chrómu. To se odráží v odolnosti roztaveného svaru proti opotřebení.

Při testování kola ze suché pískové gumy bylo zjištěno, že rychlost opotřebení sloučeniny aplikované na ferrochrom nebo uhlíkové elektrody je o 250 % vyšší. Ve srovnání s karbidem chrómu.

Trend ve svařovacím průmyslu, který přechází z použití tyčových elektrod na práškový drát, prospívá látce. Karbid chrómu se používá téměř výhradně v rozmělněném prvku místo vysoce uhlíkového ferrochromu, protože netrpí účinkem ředění způsobeným přebytkem železa v něm.

To znamená, že lze získat povlak obsahující větší množství pevných částic, který má vysokou odolnost proti opotřebení. Proto, protože dochází k přechodu z tyčových elektrod na práškový drát kvůli výhodám automatizace a vyššímu výkonu souvisejícímu s technologií svařování druhé látky, trh s karbidem se zvyšuje.

Typické oblasti použití pro něj jsou: tavení šneků dopravníku, lopatek palivového mixéru, oběžných kol čerpadla a obecné použití chrómu, které vyžaduje odolnost proti erozi.

Tepelný sprej

Při tepelném rozprašování se karbid Chromu kombinuje s kovovou matricí, jako je nikl-chrom. Poměr těchto látek je obvykle 3: 1. Kovová matrice je přítomna pro vazbu karbidu na potahovaný substrát a pro zajištění vysokého stupně odolnosti proti korozi.

Kombinace této vlastnosti a odolnosti proti opotřebení znamená, že tepelně nastříkané povlaky CrC-NiCr jsou vhodné jako bariéra pro vysokoteplotní opotřebení. Z tohoto důvodu mají na leteckém trhu stále větší uplatnění. Typickými oblastmi použití jsou povlaky pro tyčové trny, horkovzdušné matrice, hydraulické ventily, součásti strojů, ochrana proti opotřebení hliníkových součástí a obecné použití s dobrou odolností proti korozi a oděru při teplotách do 700-800°C.

Alternativa chromování

Nové použití pro tepelně nastříkané povlaky jako náhrada za pevné nasycení výrobků. Tvrdé chromování vám umožní získat skořepinu odolnou proti opotřebení s dobrou kvalitou povrchu při nízkých nákladech. Chromový povlak se získá ponořením předmětu, který má být nasycen, do nádoby s chemickým roztokem obsahujícím chrom. Elektrický proud je pak veden přes nádrž, což způsobuje ukládání látky na části a tvorbu koherentního povlaku. Rostoucí problémy životního prostředí však souvisejí s odstraněním odpadních vod z použitého galvanického roztoku a tyto otázky vyvolaly zvýšené náklady na proces.

Povlaky na bázi karbidu chrómu mají odolnost proti opotřebení, která je dvakrát a půl až pětkrát lepší než tvrdé chromování a nemá problémy s likvidací odpadní voda. Proto nacházejí stále větší využití díky tvrdému chromování, zejména pokud je důležitá odolnost proti opotřebení nebo je pro velkou část vyžadován silný povlak. Je to zajímavá a rychle se rozvíjející oblast, která bude důležitější, protože náklady na dodržování zákonů o životním prostředí se zvyšují.

Řezný nástroj

Převládajícím materiálem je zde prášek z karbidu wolframu, který se slinuje s kobaltem za účelem výroby extrémně tvrdých předmětů. Pro zlepšení houževnatosti těchto řezných nástrojů se k látce přidává karbid titanu, niobu a chromu. Úlohou posledně jmenovaného je zabránit růstu zrna během slinování. Jinak se v procesu vytvoří příliš velké krystaly, které mohou zhoršit houževnatost řezného nástroje.