Хромният карбид е керамично съединение, което съществува в няколко различни химични състава: Cr3 C2, Cr7 C3 и Cr23 C6. При стандартни условия съществува като сиво вещество. Хромът е много твърд и устойчив на корозия метал. Освен това е устойчив на горене, което означава, че остава здрав дори при високи температури.
Тези свойства на хрома го правят полезен като добавка в метални сплави. Когато карбидните кристали са интегрирани в повърхността на материала, той подобрява износоустойчивостта и устойчивостта на корозия и също така запазва тези свойства при повишени температури. Най-сложното и най-често използваното съединение за тази цел е Cr3 C2.
Сродните минерали включват тонгбаит и изовит (Cr, Fe) 23 C6, и двата изключително редки. Друг богат карбид минерал е ярлонгит Cr4 Fe4 NiC4.
Свойства на Chromium
Иматри различни кристални структури за карбид, съответстващи на три различни химични състава:
- Cr23 C6 има кубична структура и твърдост по Викерс от 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 има шестоъгълна кристална структура и микротвърдост от 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 е най-издръжливият от трите състава и има ромбична структура с микротвърдост 2280 kg/mm2.
По тази причина Cr3 C2 е основната формула на хромовия карбид, използван при повърхностна обработка.
Синтез
Карбидното свързване може да се постигне чрез механично легиране. При този тип процес металният хром и въглеродът под формата на графит се подават в топкова мелница и се смилат на фин прах. След раздробяване компонентите се смесват в гранули и се подлагат на горещо изостатично пресоване. Тази операция използва инертен газ, предимно аргон в запечатана пещ.
Това вещество под налягане оказва натиск върху пробата от всички страни, докато фурната се загрява. Топлината и налягането карат графита и метала да реагират един с друг и да образуват хромов карбид. Намаляването на процента въглерод в първоначалната смес води до увеличаване на добива на формите Cr7 C3 и Cr23 C6.
Друг метод за синтезиране на хромов карбид използва оксид, чист алуминий и графит в саморазпространяваща се екзотермична реакция, която протича както следва:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
При този метод реагентитенатрошени и разбъркани в топкова мелница. След това еднородният прах се пресова в таблетка и се поставя под инертна аргонова атмосфера. След това пробата се нагрява. Горещ проводник, искра, лазер или фурна могат да осигурят топлина. Започва екзотермична реакция и получената пара разпространява ефекта в останалата част от пробата.
Производство на хромови карбиди
Много компании създават веществото чрез комбиниране на алуминотермична редукция и вакуумна обработка при температури от 1500°C и повече. Приготвя се смес от метален хром, оксид и въглерод и след това се зарежда във вакуумна пещ. Налягането във фурната се намалява и температурата се повишава до 1500°C. След това въглеродът реагира с оксида, за да образува метал и газообразен монооксид, който се изпуска във вакуумните помпи. След това хромът се комбинира с останалия въглерод, за да образува карбид.
Точният баланс между тези компоненти определя съдържанието на полученото вещество. Това е внимателно контролирано, за да се гарантира, че качеството на продукта е подходящо за взискателни пазари като космическата индустрия.
Производство на метален хром
- Изследователите откриват нов клас карбиди, които извличат стабилност от неправилна структура.
- Резултатите от изследването полагат основата за бъдещи изследвания на нови карбиди, полезни в практически приложения.
- Създаването на 2D нитриди стана по-лесно.
Метал товаизползвани в много компании, произведени чрез алуминотермична редукция, където се образува смес от хромов оксид и алуминиев прах. След това те се зареждат в съд за печене, където сместа се запалва. Алуминият редуцира хромния оксид до метал и алуминиева шлака при температура 2000–2500°C. Това вещество образува разтопен басейн на дъното на камерата за изпичане, където може да се събере, когато температурата падне достатъчно. В противен случай контактът ще бъде труден и много опасен. След това първоначалното вещество се превръща в прах и се използва като суровина за производството на хромов карбид.
По-нататъшно смилане
Раздробяването на хромовия карбид и неговата изходна субстанция се извършва в мелници. При смилане на фини метални прахове винаги има опасност от експлозия. Ето защо мелниците са специално проектирани да се справят с подобни потенциални опасности. Криогенно охлаждане (най-често течен азот) също се прилага към съоръжението за улесняване на смилането.
Устойчиви на износване покрития
Карбидите са твърди и така честа употреба на хрома е да осигури здрави устойчиви на износване покрития върху части, които трябва да бъдат защитени. В комбинация със защитна метална матрица могат да се разработят както антикорозионни, така и устойчиви на износване агенти, които са лесни за нанасяне и рентабилни. Тези покрития се правят чрез заваряване или термично пръскане. В комбинация с други устойчиви вещества може да се използва хромов карбидоформяне на режещи инструменти.
Заваръчни електроди
Тези пръти от хромов карбид все по-често се използват вместо старите компоненти, съдържащи ферохром или въглерод. Те дават превъзходни и по-последователни резултати. В тези заваръчни електроди по време на процеса на свързване се създава хром II карбид, за да се осигури износващ слой. Образуването на карбиди обаче се определя от точните условия в готовата фуга. И следователно между тях може да има промени, които не са видими за електроди, съдържащи хромов карбид. Това се отразява в устойчивостта на износване на нанесената заварка.
При тестване на колело, изработено от суха пясъчна гума, беше установено, че степента на износване на съединението, приложено към ферохромни или въглеродни електроди, е с 250% по-висока. В сравнение с хромов карбид.
Тенденцията в заваръчната индустрия от стик електроди до проводници с флюс, е от полза за веществото. Хромният карбид се използва почти изключително в пулверизирания елемент вместо високовъглеродния ферохром, тъй като не страда от ефекта на разреждане, причинен от излишното желязо в него.
Това означава, че може да се получи покритие, съдържащо по-голямо количество твърди частици, което има висока износоустойчивост. Следователно, тъй като има преминаване от прътови електроди към тел с флюс, поради предимствата на автоматизацията и по-високата производителност, свързана с последната технология за заваряване с вещество, пазарът на карбид се увеличава.
Типична употреба за негоса: закаляване на конвейерни винтове, лопатки на горивния смесител, работни колела на помпите и общи приложения с хром, където се изисква устойчивост на износване.
Термичен спрей
При топлинно пръскане хромовият карбид се комбинира с метална матрица като никел-хром. Обикновено съотношението на тези вещества е съответно 3:1. Налице е метална матрица за свързване на карбида към покритата основа и за осигуряване на висока степен на устойчивост на корозия.
Комбинацията от това свойство и устойчивост на износване означава, че термично напръсканите CrC-NiCr покрития са подходящи като бариера срещу износване при висока температура. Именно поради тази причина те се използват все по-често на аерокосмическия пазар. Типичните приложения тук са покрития за дорници на пръти, матрици за горещо щамповане, хидравлични клапани, машинни части, защита от износване на алуминиеви компоненти и общи приложения с добра устойчивост на корозия и абразия при температури до 700-800°C.
Алтернатива на хромирането
Ново приложение за термично напръскани покрития като заместител на насищането на твърдия продукт. Твърдото хромирано покритие произвежда устойчива на износване обвивка с добро качество на повърхността на ниска цена. Хромирането се получава чрез потапяне на предмета, който трябва да бъде наситен, в контейнер с химичен разтвор, съдържащ хром. След това през резервоара преминава електрически ток, което води до отлагане на материала върху частите иобразуване на кохерентно покритие. Въпреки това, нарастващите опасения за околната среда са свързани с изхвърлянето на отпадъчни води от използвания разтвор за галванично покритие и тези проблеми доведоха до увеличаване на цената на процеса.
Покритията от хромов карбид имат устойчивост на износване, която е два и половина до пет пъти по-добра от твърдото хромирано покритие и нямат проблеми с изхвърлянето на отпадъчни води. Поради това те се използват все по-често за твърдо хромиране, особено когато устойчивостта на износване е важна или се изисква дебело покритие за голяма част. Това е интересна и бързо развиваща се област, която ще става все по-важна с нарастването на разходите за спазване на екологичните изисквания.
Режещи инструменти
Преобладаващият материал тук е прах от волфрамов карбид, който се синтерова с кобалт за получаване на изключително твърди предмети. За подобряване на издръжливостта на тези режещи инструменти към материала се добавят карбиди на титан, ниобий и хром. Ролята на последния е да предотврати растежа на зърното по време на синтероването. В противен случай по време на процеса ще се образуват прекалено големи кристали, които могат да влошат здравината на режещия инструмент.
