تلاش جهانی برای دوام فوق العاده
در دنیای تولید، معدن و هوافضا، هیچ چیز ارزشمندتر از این نیست دوام . هر بار که یک مته شکسته می شود، تیغه توربین فرسایش می یابد یا یاتاقان فرسوده می شود، هزینه، زمان، هزینه و کارآیی دارد. برای دههها، مهندسان رویای مادهای با استحکام فلز اما سختی برش الماس را دنبال کردهاند.
این پیگیری منجر به توسعه کاربیدهای سیمانی ، یک کلاس انقلابی از مواد کامپوزیتی که قلب ابرابزارهای مدرن را تشکیل می دهد. نقطه شروع تقریباً همه این مواد یک عنصر تنظیم شده است: پودر کامپوزیت کاربید .
پودر کامپوزیت کاربید دقیقا چیست؟
یک فلز ساده یا یک ماده سرامیکی خالص به ندرت دارای ترکیب کاملی از خواص مورد نیاز برای کاربردهای پر استرس است. فلزات سخت هستند و در برابر شکستن مقاومت می کنند، اما اغلب نرم هستند و به سرعت ساییده می شوند. سرامیک ها مانند کاربیدهای خالص بسیار سخت هستند اما معمولاً شکننده هستند.
پودر کامپوزیت کاربید یک ترکیب مهندسی شده است که بهترینهای هر دو جهان را با هم ترکیب میکند و از این اصل "کامپوزیت" پیروی میکند که ماده نهایی برتر از اجزای آن است.
دو فاز اساسی
پودر مخلوط میکروسکوپی از دو جزء مجزا است که هر یک نقش حیاتی دارند:
1. فاز سخت: دانه کاربید
این مرحله افسانه ای مواد را فراهم می کند سختی و مقاومت در برابر سایش معمولاً از ذرات میکروسکوپی یک کاربید فلزی تشکیل شده است کاربید تنگستن (WC) . کاربید تنگستن یک ترکیب سرامیکی است که در مقیاس سختی درست زیر الماس قرار دارد. این دانه های سفت و زاویه دار اسب های کاری هستند که برش، سوراخ کاری و سنگ زنی را انجام می دهند. کاربیدهای دیگر، مانند کاربید تیتانیوم (TiC) یا کاربید کروم (CrC)، گاهی اوقات برای افزایش خواص خاص مانند مقاومت در برابر خوردگی استفاده می شود.
2. فاز بایندر: چسب فلزی
دانه های کاربید سخت معمولاً با یک پودر فلزی مخلوط می شوند کبالت (شرکت) ، اما گاهی اوقات نیکل (Ni) یا آهن (Fe). این است کلاسور - "چسب" که ذرات سرامیکی را در کنار هم نگه می دارد. بدون آن، کاربید بیش از حد شکننده خواهد بود و در اثر ضربه خرد می شود. بایندر مهم است سختی و مقاومت در برابر شکستگی
نسبت بین کاربید سخت و بایندر فلزی نرمتر دقیقاً کنترل میشود تا درجات مختلفی از مواد ایجاد شود. بایندر بیشتر به معنای مواد سختتری است که در برابر ضربه بهتر مقاومت میکند، در حالی که بایندر کمتر و دانههای کاربید کوچکتر ماده سختتر و مقاومتر در برابر سایش را ایجاد میکنند.
از پودر تا ابزار: فرآیند پخت
چگونه این پودر شل به یک جسم جامد تبدیل می شود که قادر به بریدن از فولاد است؟ فرآیند نامیده می شود تف جوشی ، شکلی از متالورژی پودر.
1. مخلوط کردن و فشار دادن (وضعیت "سبز")
اول، پودر کامپوزیت کاربید به طور کامل مخلوط می شود، اغلب با کمک پرس آلی، و سپس تحت فشار بالا به شکل مورد نظر فشرده می شود. این جسم از پیش پخته شده که "فشرده سبز" نامیده می شود، شکننده و گچ مانند است.
2. تف جوشی و سیمان
سپس فشرده سبز در یک کوره با دمای بالا و اتمسفر کنترل شده قرار می گیرد. تا دمای بالاتر از نقطه ذوب بایندر (کبالت) اما زیر نقطه ذوب کاربید (کاربید تنگستن) گرم می شود. بایندر ذوب می شود و در ساختار جریان می یابد، دانه های کاربید را حل کرده و دوباره رسوب می دهد و پس از سرد شدن آنها را به هم چسبانده است. این یک ماده متراکم و جامد را تشکیل می دهد که در آن دانه های کاربید سخت احاطه شده و توسط چسب فلزی - آخرین و فوق العاده قوی پشتیبانی می شود. کاربید سیمانی یا فلز سخت .
کاربردهای ضروری کامپوزیت های کاربید
ماده به دست آمده با ترکیبی برجسته از سختی بالا، مقاومت فشاری بالا و چقرمگی خوب مشخص می شود که آن را برای مشاغل صنعتی بی شماری حیاتی می کند:
- ابزار برش: درج ها و نوک های برش مورد استفاده در ماشینکاری با سرعت بالا (تراش، آسیاب) تقریباً منحصراً از کاربید سیمانی ساخته شده اند. آنها به سازندگان اجازه می دهند فلزات سخت را خیلی سریع تر از ابزارهای فولادی سنتی برش دهند، شکل دهند و به پایان برسانند.
- معدن و حفاری: متههای سنگی، درجهای دستگاه حفاری تونل، و متههای حفاری نفت و گاز برای مقاومت در برابر سایش شدید و ضربه ناشی از برش سنگ و زمین، به نوک کاربید متکی هستند.
- قطعات پوشیدنی: هر جایی که قطعات تحت بار زیاد به یکدیگر ساییده شوند، مانند یاتاقان ها، آب بندی ها، اجزای پمپ و نازل ها، توسط کاربید سیمانی محافظت می شوند.
- پوشش های سطحی: پودرهای کامپوزیت کاربید نیز بر روی اجزای فلزی (مانند ارابه فرود هواپیما، تیغههای توربین) با استفاده از تکنیکهایی مانند پاشش سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF) برای ایجاد پوششهای بسیار سخت و محافظی که در برابر فرسایش و خوردگی مقاومت میکنند، اسپری میشوند.
با ارائه یک ماده متعادل که وضوح سرامیک و انعطاف پذیری یک فلز را ارائه می دهد. پودر کامپوزیت کاربید واقعاً به صنعت مزیت شکست ناپذیری را می دهد که برای ساختن دنیای مدرن نیاز دارد.
