כרומיום קרביד היא תרכובת קרמית הקיימת במספר הרכבים כימיים שונים: Cr3 C2, Cr7 C3 ו-Cr23 C6. בתנאים סטנדרטיים, הוא קיים כחומר אפור. כרום היא מתכת קשה מאוד ועמידה בפני קורוזיה. הוא גם מעכב בעירה, מה שאומר שהוא נשאר חזק גם בטמפרטורות גבוהות.
תכונות אלו של כרום הופכות אותו לשימושי כתוסף בסגסוגות מתכת. כאשר גבישי קרביד משולבים במשטח החומר, זה משפר את עמידות הבלאי ועמידות בפני קורוזיה וגם שומר על תכונות אלו בטמפרטורות גבוהות. התרכובת המורכבת והנפוץ ביותר למטרה זו היא Cr3 C2.
מינרלים קשורים כוללים טונגבאיט ואיסוביט (Cr, Fe) 23 C6, שניהם נדירים ביותר. מינרל קרביד עשיר נוסף הוא yarlongite Cr4 Fe4 NiC4.
נכסי Chromium
יששלושה מבני גביש שונים לקרביד התואמים לשלושה הרכבים כימיים שונים:
- Cr23 C6 יש מבנה מעוקב וקשיות ויקרס של 976 ק"ג/מ"מ2.
- Cr7 C3 בעל מבנה גבישי משושה ומיקרו-קשיות של 1336 ק"ג/מ"מ2.
- Cr3 C2 הוא העמיד ביותר מבין שלושת הקומפוזיציות ובעל מבנה מעוין עם מיקרו קשיות של 2280 ק"ג/מ"מ2.
מסיבה זו, Cr3 C2 היא הנוסחה העיקרית של כרום קרביד בשימוש בטיפול פני השטח.
Synthesis
ניתן להשיג הדבקה קרביד על ידי סגסוגת מכנית. בתהליך מסוג זה, מתכת כרום ופחמן בצורת גרפיט מוזנים לטחנת כדורים וטוחנים לאבקה דקה. לאחר ריסוק הרכיבים, הם משולבים לגרגירים ועוברים לחיצה איזוסטטית חמה. פעולה זו משתמשת בגז אינרטי, בעיקר ארגון בתנור אטום.
חומר בלחץ זה מפעיל לחץ על הדגימה מכל הצדדים בזמן שהתנור מתחמם. החום והלחץ גורמים לגרפיט ולמתכת להגיב זה עם זה וליצור כרום קרביד. ירידה באחוז הפחמן בתערובת הראשונית מביאה לעלייה בתפוקה של צורות Cr7 C3 ו- Cr23 C6.
שיטה נוספת לסינתזה של כרום קרביד משתמשת בתחמוצת, אלומיניום טהור וגרפיט בתגובה אקסותרמית מתפשטת עצמית המתמשכת כדלקמן:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
בשיטה זו, הריאגנטיםמרוסק ומערבב בטחנת כדורים. לאחר מכן דוחסים את האבקה האחידה לטבליה ומניחים אותה תחת אווירת ארגון אינרטית. לאחר מכן הדגימה מחוממת. חוט חם, ניצוץ, לייזר או תנור יכולים לספק חום. נוצרת תגובה אקסותרמית והקיטור המתקבל מפזר את האפקט לאורך שאר הדגימה.
ייצור של כרום קרבידים
חברות רבות יוצרות את החומר על ידי שילוב של הפחתת אלומינותרמית ועיבוד ואקום בטמפרטורות של 1500 מעלות צלזיוס ומעלה. מכינים תערובת של מתכת כרום, תחמוצת ופחמן ולאחר מכן מועמסת לתוך תנור ואקום. הלחץ בתנור מופחת ומעלה הטמפרטורה ל-1500 מעלות צלזיוס. לאחר מכן הפחמן מגיב עם התחמוצת ליצירת חד-חמצני מתכת וגזי, היוצא למשאבות ואקום. לאחר מכן הכרום מתאחד עם הפחמן הנותר ויוצר קרביד.
האיזון המדויק בין הרכיבים הללו קובע את תכולת החומר המתקבל. זה נשלט בקפידה כדי להבטיח שאיכות המוצר מתאימה לשווקים תובעניים כגון תעופה וחלל.
ייצור של כרום מתכתי
- חוקרים מגלים סוג חדש של קרבידים שמפיקים יציבות ממבנה לא מסודר.
- תוצאות המחקר מניחות את הבסיס לסקרים עתידיים של קרבידים חדשים שימושיים ביישומים מעשיים.
- יצירת ניטרידים דו-ממדיים פשוט נעשתה קלה יותר.
מתכת זהמשמש בחברות רבות, מיוצר על ידי הפחתה אלומינוטרמית, שבה נוצרת תערובת של תחמוצת כרום ואבקת אלומיניום. לאחר מכן הם מועמסים לתוך כלי צלייה שבו התערובת נדלקת. אלומיניום מפחית תחמוצת כרום למתכת וסיג אלומינה בטמפרטורה של 2000-2500 מעלות צלזיוס. חומר זה יוצר בריכה מותכת בתחתית תא השריפה, שם ניתן לאסוף אותו כאשר הטמפרטורה ירדה במידה מספקת. אחרת, המגע יהיה קשה ומסוכן מאוד. לאחר מכן החומר הראשוני הופך לאבקה ומשמש כחומר גלם לייצור כרום קרביד.
טחינה נוספת
ריסוק של כרום קרביד והחומר הראשוני שלו מתבצע בטחנות. בעת טחינת אבקות מתכת עדינות, תמיד קיים סכנת פיצוץ. לכן הטחנות תוכננו במיוחד להתמודד עם סכנות פוטנציאליות כאלה. קירור קריוגני (בדרך כלל חנקן נוזלי) מיושם גם על המתקן כדי להקל על הטחינה.
ציפויים עמידים בפני שחיקה
הקרבידים קשים ולכן שימוש נפוץ בכרום הוא לספק ציפויים עמידים בפני שחיקה על חלקים שיש להגן עליהם. בשילוב עם מטריצת מתכת מגן, ניתן לפתח חומרים אנטי קורוזיה ועמידים בפני שחיקה קלים ליישום וחסכוניים. ציפויים אלה נעשים על ידי ריתוך או ריסוס תרמי. בשילוב עם חומרים עמידים אחרים, ניתן להשתמש בכרום קרבידכלי חיתוך להרכיב.
אלקטרודות ריתוך
מוטות כרום קרביד אלה נמצאים בשימוש יותר ויותר במקום הרכיבים הישנים של פרוכרומיום או פחמן. הם נותנים תוצאות מעולות ועקביות יותר. באלקטרודות ריתוך אלו נוצר קרביד כרום II במהלך תהליך ההדבקה כדי לספק שכבת בלאי. עם זאת, היווצרות של קרבידים נקבעת על ידי התנאים המדויקים במפרק המוגמר. ולכן, ייתכנו שינויים ביניהם שאינם נראים לאלקטרודות המכילות כרום קרביד. זה בא לידי ביטוי בעמידות הבלאי של הריתוך שהופקד.
בבדיקת גלגל העשוי מגומי חול יבש, נמצא ששיעור הבלאי של התרכובת המיושמת על אלקטרודות פרוכרום או פחמן היה גבוה ב-250%. בהשוואה לכרום קרביד.
המגמה בתעשיית הריתוך מאלקטרודות מקל ועד לחוטי ליבות שטף מיטיבה עם החומר. כרום קרביד משמש כמעט אך ורק ביסוד המפורק במקום פרוכרומיום עתיר פחמן מכיוון שהוא אינו סובל מהשפעת הדילול הנגרמת מעודף ברזל בו.
המשמעות היא שניתן לקבל ציפוי המכיל כמות גדולה יותר של חלקיקים קשים, בעל עמידות בפני שחיקה גבוהה. לכן, מכיוון שיש מעבר מאלקטרודות מוטות לחוטי שטף עם ליבות עקב יתרונות האוטומציה והפרודוקטיביות הגבוהה יותר הקשורה לטכנולוגיית ריתוך החומר האחרון, שוק הקרביד הולך וגדל.
שימושים אופייניים לזההם: חיפוי קשיח של ברגי מסוע, להבי מערבל דלק, אימפלרים של משאבות ויישומי כרום כלליים שבהם נדרשת עמידות בפני שחיקה.
תרסיס תרמי
כאשר ריסוס חום, כרום קרביד משולב עם מטריצת מתכת כגון ניקל-כרום. בדרך כלל, היחס בין חומרים אלה הוא 3:1, בהתאמה. מטריצת מתכת קיימת כדי לחבר את הקרביד למצע המצופה ולספק רמה גבוהה של עמידות בפני קורוזיה.
השילוב של תכונה זו ועמידות בפני שחיקה פירושו שציפויים מרוססים תרמית של CrC-NiCr מתאימים כמחסום בלאי בטמפרטורה גבוהה. מסיבה זו הם נמצאים בשימוש יותר ויותר בשוק התעופה והחלל. יישומים אופייניים כאן הם ציפויים למוטות מוטות, מתכות הטבעה חמות, שסתומים הידראוליים, חלקי מכונות, הגנה מפני שחיקה של רכיבי אלומיניום ויישומים כלליים עם עמידות טובה בפני קורוזיה ושחיקה בטמפרטורות של עד 700-800 מעלות צלזיוס.
אלטרנטיבה לציפוי כרום
יישום חדש לציפויים מרוססים תרמית כתחליף לרוויה של מוצר קשיח. ציפוי כרום קשיח מייצר מעטפת עמידה בפני שחיקה עם איכות פני שטח טובה בעלות נמוכה. ציפוי כרום מתקבל על ידי טבילת הפריט המיועד לרוויה לתוך מיכל של תמיסה כימית המכילה כרום. לאחר מכן מועבר זרם חשמלי דרך המיכל, מה שגורם לחומר להתייצב על החלקים והיווצרות של ציפוי קוהרנטי. עם זאת, חששות סביבתיים גוברים קשורים לסילוק שפכים מתמיסת הציפוי המשומשת, ובעיות אלו גרמו לעלייה בעלות התהליך.
ציפויי כרום קרביד בעלי עמידות בפני שחיקה טובה פי שניים וחצי עד פי חמישה מציפוי כרום קשיח ואין להם בעיות סילוק שפכים. לכן, הם נמצאים בשימוש יותר ויותר עבור ציפוי כרום קשיח, במיוחד כאשר התנגדות ללבוש חשובה או ציפוי עבה נדרש עבור חלק גדול. זהו אזור מעניין וצומח במהירות שיהפוך חשוב יותר ככל שעלות הציות לסביבה תגדל.
כלי חיתוך
החומר השולט כאן הוא אבקת טונגסטן קרביד, אשר מושחתת עם קובלט לייצור עצמים קשים במיוחד. כדי לשפר את הקשיחות של כלי חיתוך אלה, מתווספים לחומר טיטניום, ניוביום וכרום קרבידים. תפקידו של האחרון הוא למנוע צמיחת תבואה במהלך סינטר. אחרת, גבישים גדולים מדי יווצרו במהלך התהליך, מה שעלול לגרוע מהקשיחות של כלי החיתוך.
