Carbură de crom: proprietăți, producție și aplicații

Carbura de crom este un compus ceramic care există în mai multe compoziții chimice diferite: Cr3 C2, Cr7 C3 și Cr23 C6. În condiții standard, există sub formă de substanță cenușie. Cromul este un metal extrem de dur și rezistent la coroziune. De asemenea, este refractar, ceea ce înseamnă că poate rezista la temperaturi ridicate.

Aceste proprietăți ale cromului îl fac util ca aditiv în aliajele metalice. Atunci când cristalele de carbură sunt integrate în suprafața substanței, acest lucru îmbunătățește rezistența la uzură și coroziune și menține aceste proprietăți la temperaturi ridicate. Cel mai complex și cel mai frecvent utilizat compus în acest scop este Cr3 C2.

Mineralele înrudite includ tongbaitul și izovitul (Cr, Fe) 23 C6, ambele extrem de rare. Un alt mineral bogat în carburi este jarlongitul Cr4 Fe4 NiC4.

Proprietăți ale cromului

Există trei structuri cristaline diferite pentru carbură, care corespund celor trei compoziții chimice diferite:

• Cr23 C6 are o structură cubică și o duritate Vickers de 976 kg/mm².
• Cr7 C3 are o structură cristalină hexagonală și o microdurețe de 1336 kg/mm².
• Cr3 C2 este cel mai durabil dintre cele trei compozite și are o structură rombică cu o microdurețe de 2280 kg/mm².

Din acest motiv, Cr3 C2 este formula de bază pentru carbura de crom utilizată în tratarea suprafețelor.

Sinteză

Lipirea carburilor poate fi realizată prin aliere mecanică. В acest tip În acest proces, cromul metalic și carbonul sub formă de grafit sunt introduse într-o moară cu bile și măcinate într-o pulbere fină. După ce componentele au fost zdrobite, acestea sunt combinate în pelete și supuse presării izostatice la cald. Această acțiune utilizează un gaz inert, în principal argon, într-un cuptor etanș.

Această substanță presurizată presează proba din toate părțile în timp ce cuptorul se încălzește. Căldura și presiunea fac ca grafitul și metalul să reacționeze unul cu celălalt pentru a forma carbură de crom. Reducerea procentului de carbon din amestecul inițial conduce la o creștere a randamentului formelor Cr7 C3 și Cr23 C6.

O altă metodă de sinteză a carburii de crom utilizează oxid, aluminiu pur și grafit într-o reacție exotermă cu autopropagare, care se desfășoară după cum urmează

3Cr₂O3 + 6Al + 4C → 2Cr₃C₂ + 3Al₂O₃

În această metodă, substanțele chimice sunt măcinate și amestecate într-o moară cu bile. Pulberea omogenă este apoi presată într-o pastilă și plasată într-o atmosferă inertă de argon. Proba este apoi încălzită. Un fir fierbinte, o scânteie, un laser sau un cuptor pot furniza căldură. Se inițiază o reacție exotermă, iar vaporii rezultați afectează restul probei.

Producția de carburi de crom

Multe companii creează substanța printr-o combinație de reducere aluminotermică și tratament în vid la 1500°C sau mai mult. Se prepară un amestec de crom metalic, oxid și carbon și se introduce într-un cuptor cu vid. Se reduce presiunea din cuptor și se ridică temperatura la 1500°C. Carbonul reacționează apoi cu oxidul pentru a forma metal și monoxid gazos, care este drenat în pompe de vid. Cromul se combină apoi cu carbonul rămas pentru a forma carbură.

Echilibrul exact dintre aceste componente determină conținutul substanței rezultate. Aceasta este controlată cu atenție pentru a se asigura că calitatea este adecvată pentru piețele exigente, cum ar fi cea aerospațială.

Producerea de crom metalic

• Cercetătorii descoperă o nouă clasă de carburi care își derivă stabilitatea dintr-o structură dezordonată.
• Rezultatele studiului pun bazele pentru baza pentru cercetări viitoare ale unor noi carburi utile în aplicații practice.
• Crearea nitrurilor bidimensionale a devenit mai ușoară.

Metalul, care este utilizat în multe companii, este produs prin reducere aluminotermică, unde se formează un amestec de oxid de crom și pulbere de aluminiu. Apoi sunt încărcate într-un rezervor de prăjire unde amestecul arde. Aluminiul reduce oxidul de crom în metal și zgură de alumină la o temperatură de 2000-2500°C. Această substanță formează o baltă topită pe fundul camerei de ardere, unde poate fi colectată atunci când temperatura a scăzut suficient de mult. În caz contrar, contactul va fi dificil și foarte periculos. Substanța de plecare este apoi transformată în pulbere și utilizată ca materie primă pentru a produce carbură de crom.

Continuă frezarea

Zdrobirea carburii de crom și a substanței sale de plecare se realizează în mori. Există întotdeauna un risc de explozie la concasarea pulberilor metalice fine. De aceea, fabricile sunt special concepute pentru a face față acestor pericole potențiale. Răcirea criogenică (cel mai adesea cu azot lichid) este, de asemenea, aplicată la moară pentru a facilita măcinarea.

Acoperiri rezistente la uzură

Carburile sunt dure și, prin urmare, o utilizare obișnuită a cromului este aceea de a furniza acoperiri rezistente la uzură pe piesele care trebuie protejate. În combinație cu o matrice metalică protectoare, se pot dezvolta agenți de protecție împotriva coroziunii și a uzurii, care sunt ușor de aplicat și eficienți din punct de vedere al costurilor. Aceste acoperiri sunt realizate prin sudare sau pulverizare termică. În combinație cu alte substanțe rezistente, carbura de crom poate fi utilizată pentru a forma scule de tăiere.

Electrozi de sudură

Aceste tije din carbură de crom sunt din ce în ce mai mult utilizate în locul fostelor componente care conțin ferocrom sau carbon. Acestea oferă rezultate excelente și mai consistente. În acești electrozi de sudură, carbura de crom II se formează în timpul procesului de îmbinare pentru a asigura un strat de uzură. Cu toate acestea, formarea carburilor este determinată de condițiile precise din sudura finită. Și astfel pot exista variații între ele, care nu sunt evidente în cazul electrozilor care conțin carbură de crom. Acest lucru se reflectă în rezistența la uzură a depunerii sudurii de sudură.

Într-un test pe o roată de cauciuc cu nisip uscat, s-a constatat că rata de uzură a îmbinării depuse pe electrozi de ferocrom sau carbon este cu 250 % mai mare. În comparație cu carbura de crom.

Tendința din industria sudării de a renunța la electrozii cu tijă și de a se orienta către sârma cu miez de flux este benefică pentru substanța. Carbura de crom este utilizată aproape exclusiv în elementul zdrobit în locul ferocromului cu conținut ridicat de carbon, deoarece nu suferă nici un efect de diluție cauzat de excesul de fier din el.

Acest lucru înseamnă că se poate obține un strat de acoperire care conține o proporție mai mare de solide, care are o rezistență ridicată la abraziune. În consecință, pe măsură ce se trece de la electrozi cu tijă la sârma tubulară datorită avantajelor automatizării și productivității mai mari asociate cu tehnologia de sudare a acesteia din urmă, piața carburii este în creștere.

Aplicațiile tipice sunt pentru acoperirea șuruburilor transportoare, a paletelor de amestecare a combustibilului, a rotoarelor de pompe și a aplicațiilor generale de cromare în care este necesară rezistența la eroziune și abraziune.

Spray termic

În timpul pulverizării termice, carbura de crom se combină cu o matrice metalică, cum ar fi nichel-cromul. De obicei, raportul este de 3:1, respectiv. O matrice metalică este prezentă pentru a lega carbura de substratul acoperit și pentru a asigura un grad ridicat de rezistență la coroziune.

Combinația dintre această proprietate și rezistența la uzură înseamnă că acoperirile de CrC-NiCr pulverizate termic sunt potrivite ca barieră împotriva uzurii la temperaturi înalte. Acesta este motivul pentru care sunt din ce în ce mai mult utilizate pe piața aerospațială. Aplicațiile tipice în acest caz sunt acoperiri pentru mandrine, matrițe de lucru la cald, supape hidraulice, piese de mașini, protecția împotriva uzurii a componentelor din aluminiu și aplicații generale cu o bună rezistență la coroziune și abraziune la temperaturi de până la 700-800°C.

Alternativa la cromare

O nouă aplicație pentru acoperiri pulverizate termic ca înlocuitor pentru acoperirea dură. Cromarea dură produce acoperiri rezistente la uzură cu o bună calitate a suprafeței la un cost redus. Acoperirea cu crom se obține prin scufundarea obiectului care urmează să fie saturat într-un recipient cu o soluție chimică ce conține crom. Un curent electric este apoi trecut prin rezervor, ceea ce face ca substanța să se depună pe piese și să formeze un strat coerent. Cu toate acestea, preocupările de mediu din ce în ce mai mari sunt asociate cu eliminarea apelor reziduale din soluția de galvanizare utilizată, iar aceste probleme au determinat o creștere a costului procesului.

Acoperirile pe bază de carbură de crom au o rezistență la uzură de două ori și jumătate până la cinci ori mai bună decât cromarea dură și nu au probleme de eliminare efluent. Acesta este motivul pentru care cromarea dură este din ce în ce mai utilizată, în special atunci când rezistența la uzură este importantă sau când sunt necesare acoperiri groase pentru o mare parte a piesei. Acesta este un domeniu interesant și în creștere rapidă, care va deveni din ce în ce mai important pe măsură ce costurile de respectare a legislației de mediu cresc.

Unelte de tăiere

Materialul predominant aici este pulberea de carbură de tungsten, care este sinterizată cu cobalt pentru a produce obiecte extrem de dure. Pentru a îmbunătăți rezistența la impact a acestor scule de tăiere, în substanță se adaugă carbură de titan, niobiu și crom. Rolul acestuia din urmă este de a preveni creșterea granulelor în timpul sinterizării. În caz contrar, în timpul procesului se vor forma cristale excesiv de mari, care pot afecta rezistența la impact a sculei de tăiere.