Globálne hľadanie extrémnej odolnosti
Vo svete výroby, baníctva a letectva nie je nič cennejšie ako trvanlivosť . Zakaždým, keď praskne vrták, eroduje lopatka turbíny alebo sa opotrebuje ložisko, stojí to čas, peniaze a efektívnosť. Po celé desaťročia sa inžinieri usilovali o materiál s pevnosťou kovu, ale s reznou tvrdosťou diamantu.
Toto úsilie viedlo k rozvoju slinuté karbidy , revolučná trieda kompozitných materiálov, ktaleboé tvoria srdce moderného supernáradia. Východiskovým bodom pre takmer všetky tieto materiály je jemne vyladená prísada: Karbidový kompozitný prášok .
Čo presne je karbidový kompozitný prášok?
Jednoduchý kov alebo čistý keramický materiál má len zriedka dokonalú zmes vlastností potrebných pre aplikácie s vysokým namáhaním. Kovy sú húževnaté a odolné voči rozbitiu, ale často sú mäkké a rýchlo sa opotrebúvajú. Keramika, podobne ako čisté karbidy, je extrémne tvrdá, ale zvyčajne je krehká.
Karbidový kompozitný prášok je navrhnutá zmes, ktorá spája to najlepšie z oboch svetov, pričom sa riadi princípom „kompozitu“, že konečný materiál je lepší ako jeho komponenty.
Dve základné fázy
Prášok je mikroskopická zmes dvoch odlišných zložiek, z ktorých každá hrá dôležitú úlohu:
1. Tvrdá fáza: Karbidové zrno
Táto fáza poskytuje materiálu legendárny tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Skladá sa z mikroskopických častíc karbidu kovu, najčastejšie Karbid volfrámu (WC) . Karbid volfrámu je keramická zlúčenina, ktorá sa na stupnici tvrdosti radí tesne pod diamant. Tieto tuhé, hranaté zrná sú ťahúňmi, ktoré robia rezanie, vŕtanie a brúsenie. Iné karbidy, ako je karbid titánu (TiC) alebo karbid chrómu (CrC), sa niekedy používajú na zlepšenie špecifických vlastností, ako je odolnosť proti korózii.
2. Fáza spojiva: Kovové lepidlo
Zrná tvrdého karbidu sa zvyčajne zmiešajú s kovovým práškom kobalt (Co) , ale niekedy aj nikel (Ni) alebo železo (Fe). Toto je spojiva — „lepidlo“, ktoré drží keramické častice pohromade. Bez neho by bol karbid príliš krehký a pri náraze by sa rozbil. Spojivo poskytuje rozhodujúce húževnatosť a odolnosť proti lámaniu.
Pomer medzi tvrdým karbidom a mäkším kovovým spojivom je presne kontrolovaný, aby sa vytvorili rôzne druhy materiálu. Viac spojiva znamená tvrdší materiál, ktorý lepšie odoláva nárazom, zatiaľ čo menej spojiva a menšie zrná karbidu poskytujú tvrdší materiál odolnejší voči opotrebovaniu.
Od prášku k nástroju: Proces spekania
Ako sa tento sypký prášok premení na pevný predmet schopný prerezať oceľ? Proces sa nazýva spekanie , forma práškovej metalurgie.
1. Miešanie a lisovanie ("Zelený" stav)
Po prvé, Karbidový kompozitný prášok sa dôkladne premieša, často s organickým lisovacím prostriedkom, a potom sa pod vysokým tlakom zhutní do požadovaného tvaru. Tento predsintrovaný predmet, nazývaný „zelený kompakt“, je krehký a podobný kriede.
2. Spekanie a cementovanie
Surový výlisok sa potom umiestni do vysokoteplotnej pece s riadenou atmosférou. Zahrieva sa na teplotu nad bodom topenia spojiva (kobalt), ale pod bodom topenia karbidu (karbid volfrámu). Spojivo sa topí a preteká štruktúrou, pričom rozpúšťa a potom znovu vyzráža zrná karbidu a po ochladení ich spojí. To vytvára hustý, pevný materiál, kde sú zrná tvrdého karbidu obklopené a podporované kovovým spojivom – konečným, neuveriteľne pevným slinutý karbid or tvrdokov .
Nevyhnutné aplikácie karbidových kompozitov
Výsledný materiál sa vyznačuje vynikajúcou kombináciou vysokej tvrdosti, vysokej pevnosti v tlaku a dobrej húževnatosti, vďaka čomu je nevyhnutný pre nespočetné priemyselné úlohy:
- Nástroje na rezanie: Rezné doštičky a hroty používané pri vysokorýchlostnom obrábaní (sústruhy, frézy) sú takmer výlučne vyrobené zo slinutého karbidu. Umožňujú výrobcom rezať, tvarovať a dokončovať tvrdé kovy oveľa rýchlejšie ako tradičné oceľové nástroje.
- Ťažba a vŕtanie: Vŕtačky do kameňa, vložky do tunelových vŕtacích strojov a vrtné korunky na vŕtanie ropy a zemného plynu sa spoliehajú na tvrdokovové hroty, aby odolali extrémnemu oderu a nárazom pri prerezávaní skál a zeminy.
- Opotrebiteľné diely: Všade, kde sa časti o seba trú pod vysokým zaťažením, ako sú ložiská, tesnenia, komponenty čerpadla a trysky, sú chránené slinutým karbidom.
- Povrchové nátery: Karbidové kompozitné prášky sa tiež nastriekajú na kovové komponenty (napr. podvozok lietadla, lopatky turbíny) pomocou techník, ako je striekanie vysokorýchlostným kyslíkovým palivom (HVOF), aby sa vytvorili extrémne tvrdé ochranné povlaky, ktoré odolávajú erózii a korózii.
Poskytnutím vyváženého materiálu, ktorý ponúka ostrosť keramiky a pružnosť kovu, Karbidový kompozitný prášok skutočne dáva priemyslu nezlomnú výhodu, ktorú potrebuje na vybudovanie moderného sveta.
