Hroma karbīds ir keramikas savienojums, kas pastāv vairākos dažādos ķīmiskos sastāvos: Cr3 C2, Cr7 C3 un Cr23 C6. Standarta apstākļos tā pastāv kā pelēkā viela. Hroms ir ļoti ciets un pret koroziju izturīgs metāls. Tas ir arī liesmu slāpējošs, kas nozīmē, ka tas saglabā spēku pat augstā temperatūrā.
Šīs hroma īpašības padara to noderīgu kā piedevu metālu sakausējumos. Kad karbīda kristāli ir integrēti materiāla virsmā, tas uzlabo nodilumizturību un izturību pret koroziju, kā arī saglabā šīs īpašības paaugstinātā temperatūrā. Sarežģītākais un visbiežāk izmantotais savienojums šim nolūkam ir Cr3 C2.
Saistītie minerāli ietver tongbeitu un izovītu (Cr, Fe) 23 C6, kas abi ir ārkārtīgi reti. Vēl viens bagātīgs karbīda minerāls ir jarlongīts Cr4 Fe4 NiC4.
Chromium īpašības
Irtrīs dažādas kristālu struktūras karbīdam, kas atbilst trim dažādiem ķīmiskajiem sastāviem:
- Cr23 C6 ir kubiskā struktūra un Vickers cietība ir 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 ir sešstūra kristāla struktūra un mikrocietība 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 ir visizturīgākais no trim sastāviem, un tam ir rombveida struktūra ar mikrocietību 2280 kg/mm2.
Šā iemesla dēļ Cr3 C2 ir galvenā hroma karbīda formula, ko izmanto virsmas apstrādē.
Sintēze
Karbīda savienojumu var panākt ar mehānisku sakausēšanu. Šāda veida procesā hromu metālu un oglekli grafīta veidā ievada lodīšu dzirnavās un samaļ smalkā pulverī. Pēc sastāvdaļu sasmalcināšanas tās apvieno granulās un pakļauj karstai izostatiskai presēšanai. Šajā darbībā tiek izmantota inerta gāze, galvenokārt argons noslēgtā krāsnī.
Šī spiediena viela rada spiedienu uz paraugu no visām pusēm, kamēr krāsns uzsilst. Siltuma un spiediena ietekmē grafīts un metāls reaģē viens ar otru un veido hroma karbīdu. Oglekļa procentuālās daļas samazināšanās sākotnējā maisījumā palielina Cr7 C3 un Cr23 C6 formu iznākumu.
Cita hroma karbīda sintezēšanas metode izmanto oksīdu, tīru alumīniju un grafītu pašvairojošā eksotermiskā reakcijā, kas notiek šādi:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Šajā metodē reaģentisasmalcina un sajauc lodīšu dzirnavās. Pēc tam viendabīgo pulveri saspiež tabletē un ievieto inertā argona atmosfērā. Pēc tam paraugu karsē. Karstā stieple, dzirkstele, lāzers vai krāsns var nodrošināt siltumu. Tiek uzsākta eksotermiska reakcija, un iegūtais tvaiks izplata efektu visā pārējā paraugā.
Hroma karbīdu ražošana
Daudzi uzņēmumi ražo vielu, apvienojot aluminotermisko reducēšanu un vakuumapstrādi 1500°C un augstākā temperatūrā. Tiek sagatavots hroma metāla, oksīda un oglekļa maisījums un pēc tam ievietots vakuuma krāsnī. Spiediens cepeškrāsnī tiek samazināts un temperatūra tiek paaugstināta līdz 1500°C. Pēc tam ogleklis reaģē ar oksīdu, veidojot metāla un gāzveida monoksīdu, kas tiek izvadīts uz vakuumsūkņiem. Pēc tam hroms savienojas ar atlikušo oglekli, veidojot karbīdu.
Precīzs šo komponentu līdzsvars nosaka iegūtās vielas saturu. Tas tiek rūpīgi kontrolēts, lai nodrošinātu, ka produkta kvalitāte ir piemērota prasīgiem tirgiem, piemēram, aviācijai.
Metāliskā hroma ražošana
- Pētnieki atklāj jaunu karbīdu klasi, kuras stabilitāti nodrošina nesakārtota struktūra.
- Pētījuma rezultāti veido pamatu turpmākiem jaunu karbīdu apsekojumiem, kas ir noderīgi praktiskā lietošanā.
- 2D nitrīdu izveide ir kļuvusi vienkāršāka.
Metāls tasizmanto daudzos uzņēmumos, ražo ar aluminotermisko reducēšanu, kur veidojas hroma oksīda un alumīnija pulvera maisījums. Pēc tam tos ievieto cepšanas traukā, kur maisījumu aizdedzina. Alumīnijs 2000–2500°C temperatūrā reducē hroma oksīdu par metālu un alumīnija oksīda izdedžiem. Šī viela apdedzināšanas kameras apakšā veido izkusušo baseinu, kur to var savākt, kad temperatūra ir pietiekami pazeminājusies. Pretējā gadījumā kontakts būs grūts un ļoti bīstams. Pēc tam sākotnējo vielu pārvērš pulverī un izmanto kā izejvielu hroma karbīda ražošanai.
Turpmāka slīpēšana
Hroma karbīda un tā sākotnējās vielas smalcināšana tiek veikta dzirnavās. Smalkot smalkus metāla pulverus, vienmēr pastāv eksplozijas risks. Tāpēc dzirnavas ir īpaši izstrādātas, lai novērstu šādus iespējamos apdraudējumus. Lai atvieglotu slīpēšanu, iekārtai tiek izmantota arī kriogēna dzesēšana (visbiežāk ar šķidro slāpekli).
Nodilumizturīgi pārklājumi
Karbīdi ir cieti, tāpēc hromu parasti izmanto, lai nodrošinātu spēcīgu nodilumizturīgu pārklājumu daļām, kuras ir jāaizsargā. Kombinācijā ar aizsargājošu metāla matricu var izstrādāt gan pretkorozijas, gan nodilumizturīgus līdzekļus, kas ir viegli uzklājami un ekonomiski izdevīgi. Šos pārklājumus izgatavo, metinot vai termiski izsmidzinot. Kombinācijā ar citām izturīgām vielām var izmantot hroma karbīduformēšanas griezējinstrumenti.
Metināšanas elektrodi
Šie hroma karbīda stieņi arvien vairāk tiek izmantoti veco ferohromu vai oglekli saturošo komponentu vietā. Tie nodrošina izcilus un konsekventākus rezultātus. Šajos metināšanas elektrodos savienošanas procesā tiek izveidots hroma II karbīds, lai nodrošinātu nodiluma slāni. Tomēr karbīdu veidošanos nosaka precīzi apstākļi gatavajā savienojumā. Tāpēc starp tiem var būt izmaiņas, kas nav redzamas elektrodiem, kas satur hroma karbīdu. Tas atspoguļojas metinātās šuves nodilumizturībā.
Pārbaudot riteni, kas izgatavots no sausas smilšu gumijas, tika konstatēts, ka uz ferohroma vai oglekļa elektrodiem uzklātā savienojuma nodiluma pakāpe bija par 250% augstāka. Salīdzinot ar hroma karbīdu.
Tendence metināšanas nozarē, sākot no stieņa elektrodiem līdz vadiem ar plūsmas serdeni, dod labumu šai vielai. Hroma karbīds tiek izmantots gandrīz tikai pulverizētajā elementā, nevis augsta oglekļa satura ferohromā, jo tas necieš no atšķaidīšanas efekta, ko izraisa dzelzs pārpalikums tajā.
Tas nozīmē, ka var iegūt lielāku cieto daļiņu daudzumu saturošu pārklājumu, kuram ir augsta nodilumizturība. Tāpēc, tā kā notiek pāreja no stieņu elektrodiem uz stiepli ar plūsmas serdeni, pateicoties automatizācijas priekšrocībām un augstākai produktivitātei, kas saistīta ar pēdējo vielu metināšanas tehnoloģiju, karbīda tirgus palielinās.
Tipiski tā lietojumiir: konveijera skrūvju, degvielas maisītāja lāpstiņu, sūkņa lāpstiņriteņu un vispārēju hroma pielietojumu stiprināšana, kur nepieciešama nodilumizturība.
Termiskais aerosols
Izsmidzinot ar karstumu, hroma karbīds tiek apvienots ar metāla matricu, piemēram, niķeļa-hromu. Parasti šo vielu attiecība ir attiecīgi 3:1. Ir pievienota metāla matrica, lai savienotu karbīdu ar pārklāto pamatni un nodrošinātu augstu izturību pret koroziju.
Šīs īpašības un nodilumizturības kombinācija nozīmē, ka termiski izsmidzināti CrC-NiCr pārklājumi ir piemēroti kā augstas temperatūras nodiluma barjera. Šī iemesla dēļ tos arvien vairāk izmanto kosmosa tirgū. Tipiski pielietojumi šeit ir pārklājumi stieņu serdeņiem, karstās štancēšanas presformām, hidrauliskiem vārstiem, mašīnu daļām, alumīnija detaļu nodiluma aizsardzībai un vispārējiem lietojumiem ar labu izturību pret koroziju un nodilumu temperatūrā līdz 700-800°C.
Alternatīva hromēšanai
Jauns pielietojums termiski izsmidzinātiem pārklājumiem, kas aizstāj cietā produkta piesātinājumu. Cietā hromēšana rada nodilumizturīgu apvalku ar labu virsmas kvalitāti par zemām izmaksām. Hromēšana tiek iegūta, iemērcot piesātināmo priekšmetu ķīmiskā šķīduma traukā, kas satur hromu. Pēc tam caur tvertni tiek izlaista elektriskā strāva, izraisot materiāla nogulsnēšanos uz detaļām unsaskaņota pārklājuma veidošana. Tomēr pieaugošās bažas par vidi ir saistītas ar notekūdeņu novadīšanu no izmantotā galvanizācijas šķīduma, un šo problēmu dēļ ir palielinājušās procesa izmaksas.
Hroma karbīda pārklājumiem ir nodilumizturība, kas ir divarpus līdz piecas reizes labāka nekā cietā hroma pārklājumam, un tiem nav problēmu ar notekūdeņu novadīšanu. Tāpēc tos arvien vairāk izmanto cietai hromēšanai, it īpaši, ja ir svarīga nodilumizturība vai lielai daļai nepieciešams biezs pārklājums. Šī ir interesanta un strauji augoša joma, kas kļūs vēl svarīgāka, pieaugot izmaksām par atbilstību vides prasībām.
Griešanas instrumenti
Šeit dominējošais materiāls ir volframa karbīda pulveris, ko saķepina ar kob altu, lai iegūtu īpaši cietus priekšmetus. Lai uzlabotu šo griezējinstrumentu izturību, materiālam tiek pievienoti titāna, niobija un hroma karbīdi. Pēdējā uzdevums ir novērst graudu augšanu saķepināšanas laikā. Pretējā gadījumā procesa laikā veidosies pārāk lieli kristāli, kas var pasliktināt griezējinstrumenta izturību.
