Քրոմի կարբիդը կերամիկական միացություն է, որը գոյություն ունի մի քանի տարբեր քիմիական բաղադրությամբ՝ Cr3 C2, Cr7 C3 և Cr23 C6: Ստանդարտ պայմաններում այն գոյություն ունի որպես գորշ նյութ: Քրոմը շատ կոշտ և կոռոզիոն դիմացկուն մետաղ է: Այն նաև բոցավառ է, ինչը նշանակում է, որ այն ամուր է մնում նույնիսկ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում։
Քրոմի այս հատկությունները դարձնում են այն օգտակար որպես մետաղական համաձուլվածքների հավելում: Երբ կարբիդային բյուրեղները ինտեգրվում են նյութի մակերեսին, այն բարելավում է մաշվածության դիմադրությունը և կոռոզիոն դիմադրությունը, ինչպես նաև պահպանում է այդ հատկությունները բարձր ջերմաստիճաններում: Այս նպատակով ամենաբարդ և առավել հաճախ օգտագործվող միացությունը Cr3 C2-ն է։
Հարակից հանքանյութերը ներառում են թոնգբայթ և իզովիտ (Cr, Fe) 23 C6, երկուսն էլ չափազանց հազվադեպ են: Մեկ այլ հարուստ կարբիդային հանքանյութ է յարլոնգիտ Cr4 Fe4 NiC4:
Chromium հատկություններ
Կաներեք տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներ կարբիդի համար, որոնք համապատասխանում են երեք տարբեր քիմիական բաղադրության.
- Cr23 C6 ունի խորանարդ կառուցվածք և 976 կգ/մմ Vickers կարծրություն2.
- Cr7 C3-ն ունի վեցանկյուն բյուրեղյա կառուցվածք և 1336 կգ/մմ միկրոկարծրություն2.
- Cr3 C2-ը երեք կոմպոզիցիաներից ամենադիմացկունն է և ունի ռոմբի կառուցվածք՝ 2280 կգ/մմ միկրոկարծրությամբ2.
Այս պատճառով, Cr3 C2-ը քրոմի կարբիդի հիմնական բանաձևն է, որն օգտագործվում է մակերեսային մշակման մեջ:
Սինթեզ
Կարբիդային կապը կարելի է ձեռք բերել մեխանիկական համաձուլվածքով: Այս տեսակի գործընթացում քրոմ մետաղը և ածխածինը գրաֆիտի տեսքով սնվում են գնդիկավոր ջրաղացով և մանրացվում են նուրբ փոշու մեջ: Բաղադրիչները մանրացնելուց հետո դրանք միացվում են հատիկների մեջ և ենթարկվում տաք իզոստատիկ սեղմման։ Այս գործողության մեջ օգտագործվում է իներտ գազ, հիմնականում արգոն փակ ջեռոցում:
Այս ճնշված նյութը ճնշում է գործադրում նմուշի վրա բոլոր կողմերից, մինչ ջեռոցը տաքանում է: Ջերմությունը և ճնշումը հանգեցնում են գրաֆիտի և մետաղի արձագանքմանը միմյանց հետ և առաջացնելով քրոմի կարբիդ: Նախնական խառնուրդում ածխածնի տոկոսի նվազումը հանգեցնում է Cr7 C3 և Cr23 C6 ձևերի եկամտաբերության ավելացմանը:
Քրոմի կարբիդի սինթեզման մեկ այլ մեթոդ օգտագործում է օքսիդ, մաքուր ալյումին և գրաֆիտ ինքնաբազմացող էկզոտերմիկ ռեակցիայում, որն ընթանում է հետևյալ կերպ.
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Այս մեթոդում ռեակտիվներըտրորել և խառնել գնդիկավոր ջրաղացին: Այնուհետև միատեսակ փոշին սեղմվում է պլանշետի մեջ և տեղադրվում իներտ արգոնի մթնոլորտի տակ: Այնուհետև նմուշը տաքացվում է: Տաք մետաղալարը, կայծը, լազերային կամ վառարանը կարող են ջերմություն ապահովել: Սկսվում է էկզոտերմիկ ռեակցիա, և ստացված գոլորշին էֆեկտը տարածում է նմուշի մնացած հատվածում:
Քրոմի կարբիդների արտադրություն
Շատ ընկերություններ ստեղծում են նյութը՝ համատեղելով ալյումինաջերմային ռեդուկցիան և վակուումային մշակումը 1500°C և բարձր ջերմաստիճանում: Քրոմի մետաղի, օքսիդի և ածխածնի խառնուրդը պատրաստվում է, այնուհետև բեռնվում է վակուումային վառարան: Ջեռոցում ճնշումը նվազում է և ջերմաստիճանը բարձրացվում է մինչև 1500°C։ Այնուհետև ածխածինը փոխազդում է օքսիդի հետ՝ ձևավորելով մետաղ և գազային մոնօքսիդ, որը օդափոխվում է դեպի վակուումային պոմպեր: Այնուհետև քրոմը միանում է մնացած ածխածնի հետ՝ ձևավորելով կարբիդ։
Այս բաղադրիչների միջև ճշգրիտ հավասարակշռությունը որոշում է ստացված նյութի պարունակությունը: Սա մանրակրկիտ վերահսկվում է՝ ապահովելու համար, որ արտադրանքի որակը հարմար է այնպիսի պահանջկոտ շուկաների համար, ինչպիսին է օդատիեզերական գործունեությունը:
Մետաղական քրոմի արտադրություն
- Հետազոտողները հայտնաբերել են կարբիդների նոր դաս, որոնք կայունություն են ստանում անկարգ կառուցվածքից:
- Ուսումնասիրության արդյունքները հիմք են դնում գործնական կիրառության մեջ օգտակար նոր կարբիդների հետագա հետազոտությունների համար:
- 2D նիտրիդների ստեղծումը պարզապես հեշտացել է:
Մետաղ, որօգտագործվում է բազմաթիվ ընկերություններում, որոնք արտադրվում են ալյումինջերմային ռեդուկցիայի միջոցով, որտեղ ձևավորվում է քրոմի օքսիդի և ալյումինի փոշու խառնուրդ: Այնուհետև դրանք բեռնվում են տապակած անոթի մեջ, որտեղ խառնուրդը բռնկվում է: Ալյումինը վերածում է քրոմի օքսիդը մետաղի և ալյումինի խարամի 2000–2500°C ջերմաստիճանում։ Այս նյութը ձևավորում է հալված լողավազան կրակման խցիկի հատակին, որտեղ այն կարող է հավաքվել, երբ ջերմաստիճանը բավականաչափ իջնի: Հակառակ դեպքում շփումը դժվար ու շատ վտանգավոր կլինի։ Այնուհետև սկզբնական նյութը վերածվում է փոշու և օգտագործվում որպես հումք քրոմի կարբիդի արտադրության համար։
Հետագա մանրացում
Քրոմի կարբիդի և դրա սկզբնական նյութի ջախջախումն իրականացվում է ջրաղացներում։ Նուրբ մետաղական փոշիները մանրացնելիս միշտ պայթյունի վտանգ կա: Այդ իսկ պատճառով գործարանները հատուկ նախագծված են նման պոտենցիալ վտանգների դեմ պայքարելու համար: Կրիոգենային սառեցումը (առավել հաճախ՝ հեղուկ ազոտ) կիրառվում է նաև հաստատության վրա՝ մանրացնելը հեշտացնելու համար:
Հագնել դիմացկուն ծածկույթներ
Կարբիդները կոշտ են, ուստի քրոմի ընդհանուր օգտագործումն այն մասերի վրա, որոնք պետք է պաշտպանված լինեն, ամուր մաշվածության դիմացկուն ծածկույթներ տալն է: Պաշտպանիչ մետաղական մատրիցայի հետ համատեղ կարող են մշակվել և՛ հակակոռոզիոն, և՛ մաշվածության դիմացկուն նյութեր, որոնք հեշտ կիրառվող և ծախսարդյունավետ են: Այս ծածկույթները պատրաստվում են եռակցման կամ ջերմային ցողման միջոցով: Այլ դիմացկուն նյութերի հետ միասին քրոմի կարբիդը կարող է օգտագործվելձևավորող կտրող գործիքներ.
Եռակցման էլեկտրոդներ
Այս քրոմի կարբիդի ձողերն ավելի ու ավելի են օգտագործվում հին ֆերոքրոմի կամ ածխածին պարունակող բաղադրիչների փոխարեն: Նրանք տալիս են ավելի բարձր և հետևողական արդյունքներ: Այս եռակցման էլեկտրոդներում քրոմ II կարբիդը ստեղծվում է կապի գործընթացում, որպեսզի ապահովի մաշվածության շերտը: Այնուամենայնիվ, կարբիդների ձևավորումը որոշվում է պատրաստի հոդի ճշգրիտ պայմաններով: Եվ հետևաբար, դրանց միջև կարող են լինել փոփոխություններ, որոնք տեսանելի չեն քրոմի կարբիդ պարունակող էլեկտրոդների համար: Սա արտացոլվում է նստած եռակցման մաշվածության դիմադրության մեջ:
Չոր ավազի կաուչուկից պատրաստված անիվը փորձարկելիս պարզվել է, որ ֆերոքրոմի կամ ածխածնի էլեկտրոդների վրա կիրառվող միացության մաշվածության արագությունը 250%-ով ավելի է: Համեմատած քրոմի կարբիդի հետ։
Եռակցման արդյունաբերության միտումը՝ կպչուն էլեկտրոդներից մինչև հոսքի միջուկով մետաղալարեր, նպաստում է նյութին: Քրոմի կարբիդը գրեթե բացառապես օգտագործվում է փոշիացված տարրի մեջ՝ բարձր ածխածնային ֆերոքրոմի փոխարեն, քանի որ այն չի տուժում նոսրացման էֆեկտից, որն առաջանում է դրանում ավելորդ երկաթի պատճառով:
Սա նշանակում է, որ կարելի է ձեռք բերել ավելի մեծ քանակությամբ կոշտ մասնիկներ պարունակող ծածկույթ, որն ունի բարձր մաշվածության դիմադրություն: Հետևաբար, քանի որ տեղի է ունենում անցում ձողային էլեկտրոդներից դեպի հոսքի միջուկով մետաղալար՝ շնորհիվ ավտոմատացման առավելությունների և վերջին նյութի եռակցման տեխնոլոգիայի հետ կապված ավելի բարձր արտադրողականության, կարբիդի շուկան աճում է:
Դրա բնորոշ օգտագործումըփոխակրիչի պտուտակների, վառելիքի խառնիչի շեղբերների, պոմպի շարժիչների և ընդհանուր քրոմի կիրառման կոշտ երեսպատում, որտեղ պահանջվում է մաշվածության դիմադրություն:
Ջերմային լակի
Երբ ջերմությամբ ցողվում է, քրոմի կարբիդը միացվում է մետաղական մատրիցով, ինչպիսին է նիկել-քրոմը: Որպես կանոն, այդ նյութերի հարաբերակցությունը համապատասխանաբար 3:1 է: Մետաղական մատրիցա կա՝ կարբիդը պատված հիմքին կապելու և կոռոզիայից բարձր դիմադրություն ապահովելու համար:
Այս հատկության և մաշվածության դիմադրության համադրությունը նշանակում է, որ ջերմային ցողված CrC-NiCr ծածկույթները հարմար են որպես բարձր ջերմաստիճանի մաշվածության խոչընդոտ: Այս պատճառով է, որ դրանք ավելի ու ավելի են օգտագործվում օդատիեզերական շուկայում: Տիպիկ կիրառություններն այստեղ են ձողաձողերի, տաք դրոշմման ձողերի, հիդրավլիկ փականների, մեքենաների մասերի, ալյումինե բաղադրիչների մաշվածության պաշտպանությունը և ընդհանուր կիրառությունները՝ լավ դիմադրությամբ կոռոզիայից և քայքայումից մինչև 700-800°C ջերմաստիճանում::
Այլընտրանք քրոմապատմանը
Նոր հավելված ջերմային ցողված ծածկույթների համար՝ որպես կոշտ արտադրանքի հագեցվածության փոխարինում: Կոշտ քրոմապատումը ցածր գնով արտադրում է մաշվածության դիմացկուն պատյան՝ մակերեսի լավ որակով: Քրոմապատումը ստացվում է հագեցման ենթակա իրը քրոմ պարունակող քիմիական լուծույթով տարայի մեջ թաթախելով։ Այնուհետև էլեկտրական հոսանք է անցնում տանկի միջով, որի արդյունքում նյութը նստում է մասերի վրա ևհամակցված ծածկույթի ձևավորում: Այնուամենայնիվ, աճող բնապահպանական մտահոգությունները կապված են օգտագործված էլեկտրալվացման լուծույթից կեղտաջրերի հեռացման հետ, և այս խնդիրները պատճառ են դարձել, որ գործընթացի արժեքը մեծանա:
Քրոմի կարբիդային ծածկույթներն ունեն մաշվածության դիմադրություն, որը երկուսուկեսից հինգ անգամ ավելի լավ է, քան կոշտ քրոմապատումը և չունեն կեղտաջրերի հեռացման խնդիր: Հետևաբար, դրանք ավելի ու ավելի են օգտագործվում կոշտ քրոմապատման համար, հատկապես, երբ մաշվածության դիմադրությունը կարևոր է կամ հաստ ծածկույթ է պահանջվում մեծ մասի համար: Սա հետաքրքիր և արագ զարգացող ոլորտ է, որն ավելի կարևոր է դառնալու, քանի որ բնապահպանական համապատասխանության ծախսերը մեծանում են:
Կտրող գործիքներ
Այստեղ գերակշռող նյութը վոլֆրամի կարբիդի փոշին է, որը սինթրեված է կոբալտի հետ՝ ծայրահեղ կոշտ առարկաներ ստանալու համար: Այս կտրող գործիքների ամրությունը բարելավելու համար նյութին ավելացվում են տիտանի, նիոբիումի և քրոմի կարբիդներ: Վերջինիս դերը սինթրման ժամանակ հացահատիկի աճի կանխումն է։ Հակառակ դեպքում, գործընթացի ընթացքում կառաջանան չափազանց մեծ բյուրեղներ, որոնք կարող են վատթարացնել կտրող գործիքի ամրությունը:
