آشنایی با ترکیب و هم افزایی پودرهای کامپوزیت کاربید
پودر کامپوزیت کاربید یک کلاس تخصصی از مواد را نشان می دهد که با ترکیب فازهای کاربید سخت، مانند کاربید تنگستن (WC)، کاربید تیتانیوم (TiC)، یا کاربید کروم (Cr3C2)، با یک چسب فلزی انعطاف پذیر مانند کبالت (Co)، نیکل (Ni) یا آهن (Fe) مهندسی شده اند. هدف اصلی این کامپوزیت ها پر کردن شکاف بین سختی شدید سرامیک ها و چقرمگی شکست فلزات است. در این پودرها، دانههای کاربید مقاومت ضروری را در برابر سایش و تغییر شکل ایجاد میکنند، در حالی که ماتریس فلزی به عنوان یک "چسب" عمل میکند که انرژی ضربه را جذب میکند و از ترکخوردگی فاجعهآمیز در طول عملیات صنعتی با استرس بالا جلوگیری میکند.
عملکرد جزء نهایی عمدتاً توسط مورفولوژی و توزیع این پودرها تعیین می شود. تکنیک های پیشرفته ساخت، مانند خشک کردن اسپری و روکش، تضمین می کند که هر ذره پودر حاوی توزیع یکنواخت فاز سخت و بایندر باشد. این یکنواختی میکروسکوپی در طول فرآیندهای پاشش حرارتی یا روکش لیزری بسیار مهم است، زیرا از نقاط ضعیف موضعی جلوگیری می کند و سطح مقاوم در برابر سایش را در کل منطقه تحت درمان تضمین می کند.
کاربردهای صنعتی کلیدی و معیارهای عملکرد
پودرهای کامپوزیت کاربید در محیط هایی که با فرسایش تهاجمی، دماهای بالا و مواد شیمیایی خورنده مشخص می شوند، ضروری هستند. در صنعت نفت و گاز، از این پودرها برای پوشش دهی مته ها و شیرهایی که با اصطکاک دائمی ماسه و سنگ مواجه هستند، استفاده می شود. به طور مشابه، در بخش معدن، قطعات ماشین آلات سنگین با کامپوزیت های مبتنی بر کاربید تنگستن تقویت می شوند تا طول عمر عملیاتی خود را تا پنج برابر در مقایسه با فولاد تصفیه نشده افزایش دهند. انتخاب کامپوزیت به شدت به چالش های محیطی خاص بستگی دارد، همانطور که در جدول زیر نشان داده شده است:
| نوع کاربید | کلاسور معمولی | دارایی اولیه | مورد استفاده رایج |
| کاربید تنگستن (WC) | کبالت (شرکت) | حداکثر سختی | ابزار برش و مته |
| کروم کاربید (Cr3C2) | نیکل کروم (NiCr) | مقاومت در برابر اکسیداسیون | لوله های بویلر و توربین های گاز |
| کاربید تیتانیوم (TiC) | فولاد / نیکل | قدرت/وزن بالا | اجزای هوافضا |
عوامل حیاتی در انتخاب و پردازش پودر
توزیع اندازه ذرات (PSD)
دانه بندی پودر کامپوزیت کاربید، چگالی و صافی پوشش حاصل را تعیین می کند. پودرهای ریز (15-45 میکرون) معمولاً برای پاشش با اکسی سوخت با سرعت بالا (HVOF) برای دستیابی به پوششهایی با چگالی بالا با تخلخل کم ترجیح داده میشوند. پودرهای درشت تر اغلب در جوشکاری با قوس انتقال یافته پلاسما (PTA) یا روکش لیزری استفاده می شود، جایی که برای مقاومت در برابر ضربه های سنگین به لایه محافظ ضخیم تری نیاز است. حفظ یک PSD باریک برای اطمینان از نرخ جریان ثابت از طریق سیستم های تغذیه کننده و رفتار ذوب مداوم در شعله حیاتی است.
محتوای بایندر و شکل پذیری
تنظیم نسبت کاربید به بایندر به مهندسان این امکان را می دهد که خواص مواد را برای نیازهای خاص "تنظیم" کنند. درصد کاربید بالاتر (به عنوان مثال، 88٪ WC / 12٪ Co) سختی فوق العاده را ایجاد می کند اما مقاومت ضربه ای کمتری دارد. برعکس، افزایش محتوای بایندر توانایی مواد را برای مقاومت در برابر لرزش مکانیکی و چرخه حرارتی بدون لایهبرداری بهبود میبخشد. این تعادل برای ابزارهایی که تحت بارهای نوسانی کار می کنند بسیار مهم است.
مزایای استفاده از کامپوزیت های کاربید نسبت به مواد یکپارچه
انتقال از فولادهای آلیاژی استاندارد یا سرامیک های خالص به پودرهای کامپوزیت کاربید چندین مزیت استراتژیک برای نگهداری و ساخت صنعتی دارد:
- مقاومت در برابر سایش افزایش یافته: وجود دانه های کاربید سخت به طور قابل توجهی سرعت سایش ساینده را کاهش می دهد و دفعات تعویض قطعات را کاهش می دهد.
- انبساط حرارتی قابل تنظیم: با انتخاب فلزات چسباننده مناسب، ضریب انبساط حرارتی کامپوزیت را می توان با زیرلایه مطابقت داد و از ایجاد ترک در هنگام گرم شدن جلوگیری کرد.
- پایداری شیمیایی برتر: پودرهای مبتنی بر کاربید کروم یک لایه غیرفعال محافظ ایجاد می کنند که در برابر خوردگی در محیط های اسیدی یا غنی از گوگرد مقاومت می کند.
- بهره وری منابع: به جای ساخت یک ابزار کامل از مواد گران قیمت، یک لایه نازک از پودر کامپوزیت کاربید را می توان تنها در مناطق مستعد سایش اعمال کرد و هزینه های تولید را به میزان قابل توجهی کاهش داد.
