كربيد الكروم مركب خزفي موجود في عدة تركيبات كيميائية مختلفة: Cr3 C2 و Cr7 C3 و Cr23 C6. في ظل الظروف القياسية ، فهي موجودة كمادة رمادية. الكروم معدن شديد الصلابة ومقاوم للتآكل. كما أنه مثبط للهب ، مما يعني أنه يظل قويًا حتى في درجات الحرارة العالية.
خصائص الكروم هذه تجعله مفيدًا كمادة مضافة في السبائك المعدنية. عندما يتم دمج بلورات الكربيد في سطح المادة ، فإنه يحسن مقاومة التآكل ومقاومة التآكل ويحتفظ أيضًا بهذه الخصائص في درجات الحرارة المرتفعة. المركب الأكثر تعقيدًا والأكثر استخدامًا لهذا الغرض هو Cr3 C2.
المعادن ذات الصلة تشمل Tongbaite و isovite (Cr، Fe) 23 C6 ، وكلاهما نادر للغاية. معدن آخر غني بالكربيد هو yarlongite Cr4 Fe4 NiC4.
خصائص الكروم
هناكثلاثة تراكيب بلورية مختلفة للكربيد تتوافق مع ثلاثة تركيبات كيميائية مختلفة:
- Cr23 C6 له هيكل مكعب وصلابة فيكرز 976 كجم / مم2.
- Cr7 C3 له هيكل بلوري سداسي وصلابة دقيقة تبلغ 1336 كجم / مم2.
- Cr3 C2 هو الأكثر ديمومة من بين التراكيب الثلاثة وله هيكل معيني بصلابة دقيقة تبلغ 2280 كجم / مم2.
لهذا السبب ، Cr3 C2 هي الصيغة الرئيسية لكربيد الكروم المستخدمة في معالجة الأسطح.
توليف
يمكن تحقيق ربط الكربيد عن طريق صناعة السبائك الميكانيكية. في هذا النوع من العمليات ، يتم إدخال معدن الكروم والكربون على شكل جرافيت في مطحنة كروية ويتم طحنها في مسحوق ناعم. بعد تكسير المكونات ، يتم دمجها في حبيبات وتعريضها للضغط المتوازنة الساخنة. تستخدم هذه العملية غازًا خاملًا ، بالأساس الأرجون في فرن مغلق.
تمارس هذه المادة المضغوطة ضغطًا على العينة من جميع الجوانب أثناء تسخين الفرن. تتسبب الحرارة والضغط في تفاعل الجرافيت والمعدن مع بعضهما البعض وتشكيل كربيد الكروم. يؤدي انخفاض نسبة الكربون في الخليط الأولي إلى زيادة محصول شكلي Cr7 C3 و Cr23 C6.
طريقة أخرى لتصنيع كربيد الكروم تستخدم أكسيد وألمنيوم نقي وجرافيت في تفاعل طارد للحرارة ينتشر ذاتيًا والذي يستمر على النحو التالي:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2+ 3Al 2O3
في هذه الطريقة الكواشفيتم سحقها وخلطها في مطحنة كروية. ثم يتم ضغط المسحوق المنتظم في قرص ويوضع تحت جو أرجون خامل. ثم يتم تسخين العينة. يمكن أن يوفر السلك الساخن أو الشرارة أو الليزر أو الفرن الحرارة. يبدأ تفاعل طارد للحرارة وينتشر البخار الناتج التأثير في بقية العينة.
انتاج كربيد الكروم
تنتج العديد من الشركات المادة من خلال الجمع بين تقليل الألمنيوم الحراري ومعالجة التفريغ في درجات حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية وما فوق. يتم تحضير خليط من معدن الكروم وأكسيد وكربون ثم يتم تحميله في فرن تفريغ. ينخفض الضغط في الفرن وترتفع درجة الحرارة إلى 1500 درجة مئوية. يتفاعل الكربون بعد ذلك مع الأكسيد لتكوين أحادي أكسيد معدني وغازي ، يتم تنفيسه لمضخات التفريغ. ثم يتحد الكروم مع الكربون المتبقي ليشكل كربيد.
التوازن الدقيق بين هذه المكونات يحدد محتوى المادة الناتجة. يتم التحكم في ذلك بعناية للتأكد من أن جودة المنتج مناسبة للأسواق المتطلبة مثل صناعة الطيران.
انتاج الكروم المعدني
- يكتشف الباحثون فئة جديدة من الكربيدات تستمد الاستقرار من بنية غير منظمة.
- نتائج الدراسة تضع الأساس لمسوح مستقبلية للكربيدات الجديدة مفيدة في التطبيقات العملية.
- أصبح إنشاء نيتريد ثنائي الأبعاد أسهل.
معدن ذلكتستخدم في العديد من الشركات ، ويتم إنتاجها عن طريق الاختزال الحراري ، حيث يتكون خليط من أكسيد الكروم ومسحوق الألومنيوم. ثم يتم تحميلها في وعاء تحميص حيث يتم إشعال الخليط. يقلل الألمنيوم أكسيد الكروم إلى معدن وخبث الألومينا عند درجة حرارة 2000-2500 درجة مئوية. تشكل هذه المادة بركة منصهرة في قاع غرفة الحرق ، حيث يمكن جمعها عندما تنخفض درجة الحرارة بدرجة كافية. خلاف ذلك ، سيكون الاتصال صعبًا وخطيرًا جدًا. ثم تتحول المادة الأولية إلى مسحوق وتستخدم كمادة خام لإنتاج كربيد الكروم.
مزيد من طحن
يتم تكسير كربيد الكروم ومادته الأولية في المطاحن. عند طحن مساحيق المعادن الدقيقة ، هناك دائمًا خطر حدوث انفجار. هذا هو السبب في أن المطاحن مصممة خصيصًا للتعامل مع مثل هذه المخاطر المحتملة. يتم أيضًا استخدام التبريد المبرد (النيتروجين السائل الأكثر شيوعًا) في المنشأة لتسهيل عملية الطحن.
ارتداء طلاء مقاوم
الكربيدات صلبة ولذا فإن الاستخدام الشائع للكروم هو توفير طلاء قوي مقاوم للتآكل على الأجزاء التي تحتاج إلى الحماية. بالاقتران مع مصفوفة معدنية واقية ، يمكن تطوير عوامل مقاومة للتآكل ومقاومة للاهتراء تكون سهلة التطبيق وفعالة من حيث التكلفة. تصنع هذه الطلاءات عن طريق اللحام أو الرش الحراري. بالاشتراك مع مواد مقاومة أخرى ، يمكن استخدام كربيد الكرومتشكيل أدوات القطع.
أقطاب لحام
يتم استخدام قضبان كربيد الكروم هذه بشكل متزايد بدلاً من الحديد القديم أو المكونات المحتوية على الكربون. أنها تعطي نتائج متفوقة وأكثر اتساقا. في أقطاب اللحام هذه ، يتم إنشاء كربيد الكروم الثاني أثناء عملية الترابط لتوفير طبقة تآكل. ومع ذلك ، يتم تحديد تكوين الكربيدات من خلال الظروف الدقيقة في المفصل النهائي. وبالتالي ، قد تكون هناك تغييرات غير مرئية للأقطاب الكهربائية المحتوية على كربيد الكروم بينهما. ينعكس هذا في مقاومة التآكل للحام المترسب.
عند اختبار عجلة مصنوعة من المطاط الرملي الجاف ، وجد أن معدل تآكل المركب المطبق على أقطاب الحديد أو أقطاب الكربون كان أعلى بنسبة 250٪. مقارنة بكربيد الكروم.
الاتجاه السائد في صناعة اللحام من أقطاب العصا إلى الأسلاك المغلفة بالصهر يفيد المادة. يستخدم كربيد الكروم بشكل حصري تقريبًا في العنصر المسحوق بدلاً من الحديد الكروم عالي الكربون لأنه لا يعاني من تأثير التخفيف الناتج عن زيادة الحديد فيه.
وهذا يعني أنه يمكن الحصول على طلاء يحتوي على كمية أكبر من الجسيمات الصلبة ، والتي تتمتع بمقاومة عالية للتآكل. لذلك ، نظرًا لوجود تحول من الأقطاب الكهربائية للقضيب إلى الأسلاك ذات القلب المتدفق بسبب مزايا الأتمتة والإنتاجية العالية المرتبطة بتقنية لحام المادة الأخيرة ، فإن سوق الكربيد آخذ في الازدياد.
استخدامات نموذجية لذلكهي: صلابة براغي الناقل ، شفرات خلاط الوقود ، دفاعات المضخة وتطبيقات الكروم العامة التي تتطلب مقاومة التآكل.
رذاذ حراري
عند الرش الحراري ، يتم دمج كربيد الكروم مع قالب معدني مثل النيكل والكروم. عادةً ما تكون نسبة هذه المواد 3: 1 على التوالي. توجد مصفوفة معدنية لربط الكربيد بالركيزة المطلية ولتوفير درجة عالية من مقاومة التآكل.
الجمع بين هذه الخاصية ومقاومة التآكل يعني أن طلاءات CrC-NiCr التي تم رشها حرارياً مناسبة كحاجز تآكل في درجات الحرارة العالية. ولهذا السبب يتم استخدامها بشكل متزايد في سوق الطيران. التطبيقات النموذجية هنا هي طلاءات البراميل ، وقوالب الختم الساخن ، والصمامات الهيدروليكية ، وأجزاء الماكينة ، وحماية مكونات الألمنيوم والتطبيقات العامة مع مقاومة جيدة للتآكل والتآكل في درجات حرارة تصل إلى 700-800 درجة مئوية.
بديل للطلاء بالكروم
تطبيق جديد للطلاءات التي يتم رشها حرارياً كبديل لتشبع المنتج الصلب. ينتج طلاء الكروم الصلب غلافًا مقاومًا للاهتراء مع جودة سطح جيدة بتكلفة منخفضة. يتم الحصول على طلاء الكروم عن طريق غمس العنصر المراد تشبعه في وعاء من محلول كيميائي يحتوي على الكروم. ثم يتم تمرير تيار كهربائي عبر الخزان ، مما يتسبب في ترسب المواد على الأجزاء وتشكيل طلاء متماسك. ومع ذلك ، ترتبط المخاوف البيئية المتزايدة بالتخلص من المياه العادمة من محلول الطلاء الكهربائي المستخدم ، وقد تسببت هذه المشكلات في زيادة تكلفة العملية.
تتميز طلاءات كربيد الكروم بمقاومة تآكل أفضل بمرتين ونصف إلى خمس مرات من طلاء الكروم الصلب وليس لديها مشاكل في التخلص من مياه الصرف الصحي. لذلك ، يتم استخدامها بشكل متزايد للطلاء الصلب بالكروم ، خاصة عندما تكون مقاومة التآكل مهمة أو تتطلب طبقة سميكة لجزء كبير. هذه منطقة مثيرة للاهتمام وسريعة النمو ستصبح أكثر أهمية مع زيادة تكلفة الامتثال البيئي.
أدوات القطع
المادة السائدة هنا هي مسحوق كربيد التنجستن ، الملبد بالكوبالت لإنتاج أجسام شديدة الصلابة. لتحسين صلابة أدوات القطع هذه ، تمت إضافة التيتانيوم والنيوبيوم وكربيدات الكروم إلى المادة. دور هذا الأخير هو منع نمو الحبوب أثناء التلبيد. خلاف ذلك ، سوف تتشكل بلورات كبيرة بشكل مفرط أثناء العملية ، مما قد يقلل من متانة أداة القطع.
