ما هي المنتجات الصناعية الأكثر شيوعًا للكربيد المستخدم اليوم؟

قائمة المحتوى

● مقدمة إلى كربيد التنغستن

>> مواد خام

● عملية التصنيع

● تقنيات الآلات المتقدمة

● تطبيقات منتجات كربيد التنغستن

● تقنيات التصنيع المتقدمة

>> عملية التصنيع المضافة

>> فوائد التصنيع المضافة

● تقنية طلاء كربيد التنغستن

● إعادة تدوير كربيد التنغستن

>> طريقة التحلل

>> طريقة صهر الزنك

● الاستدامة في صناعة الكربيد

● خاتمة

● الأسئلة المتداولة

>> 1. ما هو كربيد التنغستن؟

>> 2. كيف يتم تصنيع كربيد التنغستن؟

>> 3. ما هي التطبيقات الرئيسية لكربيد التنغستن؟

>> 4. هل يمكن إعادة تدوير كربيد التنغستن؟

>> 5. ما هي فوائد استخدام كربيد التنغستن في التطبيقات الصناعية؟

● الاستشهادات:

يعد Tungsten Carbide ، المعروف بصلابةه الاستثنائية ومقاومة التآكل ، مادة حاسمة في إنتاج المنتجات الصناعية كربيد. تستخدم هذه المنتجات على نطاق واسع في مختلف الصناعات ، بما في ذلك قطاعات التصنيع والتعدين والفضاء والسيارات. عملية تصنيع يتضمن كربيد التنغستن عدة خطوات معقدة ، من اختيار المواد الخام إلى تشكيل المنتج النهائي. في هذه المقالة ، سوف نتعمق في العملية التفصيلية لكيفية تصنيع منتجات Tungsten Carbide.

مقدمة إلى كربيد التنغستن

كربيد التنغستن هو مركب مصنوع من ذرات التنغستن وذرات الكربون ، مع صيغة كيميائية من WC. يشتهر بصلصها ، والتي تشبه الماس ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للارتداء ودقة. غالبًا ما يتم دمج منتجات Tungsten Carbide مع مادة الموثق ، مثل الكوبالت أو النيكل ، لتعزيز صلابة وقابلية العمل.

مواد خام

المواد الخام الأولية لإنتاج كربيد التنغستن هي مصادر خام التنغستن والكربون. تتم معالجة خام التنغستن في أكسيد التنغستن ، والذي يتم تقليله بعد ذلك إلى مسحوق المعدن التنغستن في جو الهيدروجين. عادة ما يتم الحصول على الكربون من الكربون العالي من الكربون الأسود أو الجرافيت. تؤثر جودة هذه المواد الخام بشكل كبير على أداء المنتج النهائي.

عملية التصنيع

تتضمن عملية تصنيع منتجات Tungsten Carbide عدة خطوات رئيسية:

1. خلط المواد: يتم خلط مسحوق التنغستن مع أسود الكربون في مطحنة الكرة لمدة 2-4 ساعات لضمان التوحيد. هذه الخطوة مهمة لأنها تؤثر على جودة المنتج النهائي. يجب أن ينظر الخليط ليس فقط في الكربون اللازم للكربن ولكن أيضًا الكربون المطلوب للتفاعل بين الكربون والأكسجين في المسحوق.

2. المكربن: يتم تسخين خليط التنغستن-الكربون في فرن أنبوب الكربون الجرافيت في درجات حرارة عالية (عادة ما بين 1300 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية) لتشكيل كربيد التنغستن. تعتمد درجة الحرارة الدقيقة على حجم الجسيمات المطلوب للمنتج النهائي. تؤثر درجات الحرارة المختلفة على حجم الحبوب وصلابة كربيد التنغستن الناتج [1].

3. الطحن والخلع: بعد المكربن ​​، يكون كربيد التنغستن أرضًا في مسحوق ناعم وينبثق لتحقيق أحجام جسيمات موحدة. عادة ما يتم غربلة الجسيمات الدقيقة من خلال غربال 200 شبكة ، في حين تستخدم الجسيمات الخشنة غربال 60 شبكة. هذا يضمن أن المسحوق مناسب للعمليات اللاحقة [1].

4. الاختلاط مع الموثق: يتم خلط مسحوق كربيد التنغستن مع مادة الموثق ، مثل الكوبالت ، لتعزيز صلابة وقابلية العمل. هذا الخليط أمر بالغ الأهمية لإنشاء منتج قوي ودائم. تؤثر نسبة الموثق على الخصائص الإجمالية للمنتجات الصناعية Carbide النهائية [1].

5. الضغط: يتم الضغط على الخليط في الشكل المطلوب باستخدام آلات الضغط العالي. هذا يخلق 'مضغوط أخضر ' هش ولكن لديه الشكل المقصود. عادة ما تستخدم تقنيات مثل الضغط المتساوي البارد (CIP) أو الضغط أحادي المحور [1].

6. التلبد: يتم تسخين المضغوط الأخضر في فرن فراغ في درجات حرارة عالية (عادة ما يكون حوالي 1500 درجة مئوية) لدمج الجزيئات معًا ، مما يؤدي إلى بنية كربيد صلبة وكثيفة. التلبد أمر بالغ الأهمية لتحقيق الكثافة المطلوبة والخصائص الميكانيكية [1].

7. التشكيل النهائي وطحن: يتم بعد ذلك تشكيل المنتج الملبد والأرض لتحقيق الأبعاد المطلوبة والتشطيب السطحي. يتم استخدام تقنيات مثل Machining CNC وآلات EDM للتشكيل الدقيق [1].

تقنيات الآلات المتقدمة

بمجرد أن يتم تلبيس الشكل الأساسي ، يتم تحقيق مزيد من التحسين من خلال طرق القطع والطحن المختلفة [1]:

- قطع EDM السريع للأسلاك: تتضمن هذه الخطوة الأولية استخدام تصنيع التصريف الكهربائي للأسلاك (EDM) لقطع مادة الصلب التنغستن إلى شكل خشن وحجم. إنها طريقة فعالة للتشكيل الخشن [1].

- قطع الأسلاك المتوسطة: بعد القطع الخشنة ، يتم استخدام قطع الأسلاك المتوسطة للتفاصيل الدقيقة ، مما يعزز دقة شكل أجزاء كربيد التنغستن [1].

- عمليات الطحن: الطحن أمر بالغ الأهمية لتحقيق الأبعاد النهائية والصفات السطحية المطلوبة [1]:

- طحن السطح: يستخدم هذا في المقام الأول لمعالجة الأسطح المسطحة ، وضمان التحكم في التوازي السطحي والعمودية [1].

- طحن أسطواني: بما في ذلك الطحن الداخلي والخارجي والتجمع ، يركز الطحن الأسطواني على معالجة الأجزاء الدائرية للحفاظ على التركيز [1].

- PG Profile Grinding: يتم استخدام طريقة الطحن المتخصصة هذه للأسطح المنحنية والآلات الدقيقة لنصائح الكربيد ، والتمتصر بأنماط الطحن المبرمجة [1].

- تصنيع CNC: تصنيع Machining بعد الطعون ، يقوم بتصنيع الأجزاء إلى أبعادها النهائية ، خاصة بعد إخماد العلاجات التي قد تسبب تشوهات خفية. توفر مراكز تصنيع CNC كفاءة عالية على الرغم من ارتفاع التكاليف المرتبطة بالمعدات [1].

- منعطف CNC: يعد تحول CNC أمرًا بالغ الأهمية لتصنيع الأسطح المعقدة ، بما في ذلك الشطورة والتحكم الدقيق في الزوايا والتحمل في الثقوب والفتحات [1].

- Machining EDM: بالنسبة للميزات التي تتطلب تحملًا ضيقًا للغاية مثل الثقوب العمياء ، فإن Machining EDM هي الطريقة المفضلة. يعد قطع الأسلاك البطيئة ، وهو شكل آخر من أشكال EDM ، مثاليًا للآلات الفتحة والفتحة الدقيقة [1].

- اللمسات النهائية مع قطع الأسلاك البطيئة: تختتم عملية التصنيع بقطع الأسلاك البطيئة ، مما يضمن أن الأبعاد النهائية تتماشى بشكل صارم مع متطلبات التصميم [1].

تطبيقات منتجات كربيد التنغستن

يتم استخدام منتجات Tungsten Carbide في مجموعة واسعة من الصناعات بسبب صلابةها الاستثنائية ومقاومة التآكل. تشمل بعض التطبيقات الرئيسية:

- أدوات القطع: يستخدم كربيد التنغستن على نطاق واسع في أدوات القطع مثل بتات الحفر ، وإدراج الطحن ، وشفرات المنشار بسبب قدرتها على الحفاظ على الحدة في ظل ظروف الإجهاد العالية.

-الأجزاء المقاومة للارتداء: يتم استخدامه في أجزاء مقاومة للارتداء مثل مقاعد الصمام ، ومدافع المضخات ، وبطانات الكسارة لتعزيز المتانة وتقليل تكاليف الصيانة.

- الفضاء والسيارات: يتم استخدام كربيد التنغستن في مكونات عالية الأداء لصناعات الفضاء والصناعة للسيارات بسبب قوتها ودقتها.

- إنتاج النفط والغاز: يتم تطبيق الطلاء كربيد التنغستن على معدات الحفر ومكونات الإنتاج لتمديد حياتهم في البيئات الكاشطة.

- التطبيقات الطبية: يتم استخدام كربيد التنغستن في الأدوات الجراحية والزرع بسبب توافقه الحيوي ومتانته.

تقنيات التصنيع المتقدمة

في السنوات الأخيرة ، تم استكشاف التقنيات المتقدمة مثل التصنيع المضافة لإنتاج قطع غيار كربيد التنغستن. تسمح هذه الطرق بإنشاء هندسة معقدة ويمكن أن تقلل من وقت الإنتاج والتكاليف.

عملية التصنيع المضافة

تتضمن عملية التصنيع الإضافية لكربيد التنغستن خلط جزيئات كربيد التنغستن مع كربيدات أخرى وموثق ، ثم باستخدام تقنيات مثل ذوبان الليزر الانتقائي لإنشاء الشكل المطلوب. توفر هذه العملية مرونة في التصميم ويمكن أن تنتج أجزاء ذات تفاصيل معقدة.

فوائد التصنيع المضافة

- الهندسة المعقدة: يسمح بإنشاء أشكال معقدة يصعب تحقيقها بالطرق التقليدية.

- انخفاض نفايات المواد: يقلل من نفايات المواد عن طريق بناء طبقة أجزاء تلو الأخرى.

- زيادة السرعة: يمكن أن تقلل من وقت الإنتاج مقارنة بالعمليات التقليدية للتلبيخ.

تقنية طلاء كربيد التنغستن

تحظى تقنية طلاء كربيد التنغستن بشعبية كبيرة في صناعة الطيران ، والتي يمكن أن تتعامل بشكل فعال مع البلى من معدات الطيران [6]. تُستخدم تقنية الطلاء التي تسمى ترسيب البخار الكيميائي المنخفض درجات الحرارة (CVD) بشكل شائع بين أشهر مصنعي الطيران في أوروبا والولايات المتحدة ، وهي عملية لإيداع الطلاءات كربيد التنغستن ويعتبر حلًا عمليًا وتقنيًا وتجاريًا [6]. يمكن أن تزيد بشكل كبير من عمر أجزاء الطائرات ويستخدم على نطاق واسع في محركات الطائرات من ثلاثة أجيال من الطائرات مثل الأعاصير و F16 [6]. تشمل عمليات الطلاء الحالية كربيد الرش الأسرع من الصوت ، وطلاء الكروم الصلب ، وترسب البخار المادي لكربريد التنغستن ، وترشيح الرش في التنغستن [6]. ومع ذلك ، على الرغم من أن هذه التطبيقات نجحت في بعض المناطق ، إلا أنها لها قيودها الخاصة [6].

إعادة تدوير كربيد التنغستن

يعد إعادة تدوير كربيد التنغستن أمرًا بالغ الأهمية بسبب استخدامه المكثف في أدوات القطع والآلات وتأثيره البيئي والاقتصادي الكبير [4]. طريقتان أساسيتان لإعادة تدوير كربيد التنغستن هما الطريقة بالكهرباء وطريقة صهر الزنك [4]. لكل منها عمليات وتطبيقات فريدة ، مما يجعلها مناسبة لأنواع مختلفة من مواد كربيد Tungsten [4].

طريقة التحلل

الطريقة الكهربائية هي عملية فعالة تستفيد من إمكانات القطب من مكونات مختلفة داخل النفايات المحتوية على التنغستن [4]. هذه الطريقة فعالة بشكل خاص لمواد النفايات التي تشمل كربيد التنغستن ومعدن الكوبالت [4].

نظرة عامة على العملية:

- في محلول حمضي ، مثل واحد له تركيز حمض الهيدروكلوريك الذي يبلغ حوالي 20 جم/لتر ، يمكن حل الكوبالت بشكل انتقائي ، أو يمكن حل كل من كربيد الكوبالت والتنغستن في وقت واحد [4].

- يتم استخدام الأنود الجرافيت وكاثود لوحة النيكل ، حيث يذوب الكوبالت في المحلول ، ويشكل COCL2 [4].

- يتم إجراء التحليل الكهربائي في جهد منخفض من 1.0-1.5 فولت ، مما يؤدي إلى حل الكوبالت والتقشير من WC من النفايات [4].

- تتم بعد ذلك معالجة طين الأنود المنتجة (غسله ، طحن الكرة ، وخلعه) لاستعادة WC ، والتي يمكن إعادة استخدامها لإنتاج كربيد التنغستن الجديدة [4].

المزايا:

- كاشف منخفض واستهلاك الطاقة [4].

- بساطة العملية [4].

القيود:

- ينطبق فقط على إهدار كربيد التنغستن مع محتوى الكوبالت فوق 10 ٪ [4].

طريقة صهر الزنك

تتضمن هذه الطريقة استخدام الزنك المعدني ودرجات حرارة عالية لاستعادة كربيد التنغستن من مواد النفايات [4]. إنه فعال بالنسبة لخسارة كربيد التنغستن ذات المحتوى المنخفض الكوبالت أو تلك التي تحتوي على معادن أخرى مثل tantalum و Titanium [4].

نظرة عامة على العملية:

- يتم وضع كتل كربيد التنغستن والزنك المعدني في بوتقة داخل فرن فراغ [4].

- يتم تسخين الخليط إلى درجات حرارة ما بين 773 إلى 873 K ، حيث يتفاعل الكوبالت مع الزنك المنصهر لتشكيل سبيكة كوبالت الزنك [4].

- في 1173 K ، تتم إزالة الزنك عن طريق تقطير الفراغ ، تاركًا وراء WC ومسحوق الكوبالت [4].

- يتم بعد ذلك معالجة WC ومسحوق الكوبالت المستردة (مغطاة بالكرة وخلعها) لاستخدامها في إنتاج جديد من كربيد التنغستن [4].

المزايا:

- عملية إنتاج قصيرة [4].

- قادرة على التعامل مع نفايات محتوى محتوى منخفض [4].

- يستعيد المواد التي تتطابق بشكل وثيق مع درجة النفايات الأصلية [4].

القيود:

- يتطلب أنواعًا محددة من مواد النفايات [4].

- المعدات المعقدة واستهلاك الطاقة العالية [4].

- بشكل عام ، تكاليف أعلى من طريقة التحلل [4].

الاستدامة في صناعة الكربيد

تعد صناعة كربيد جزءًا مهمًا من صناعة العمل المعدني وتلعب دورًا مهمًا في تصنيع الأدوات ومكونات الماكينة وأجزاء دقيقة أخرى [7]. ومع ذلك ، تواجه الصناعة أيضًا تحديات مختلفة فيما يتعلق بالاستدامة [7]. أحد أكبر التحديات هو استخدام المواد الخام مثل التنغستن والكوبالت ، والتي تستخدم في إنتاج كربيد [7]. هذه المواد الخام محدودة ويمكن أن يكون لاستخراجها آثار بيئية مثل استهلاك الطاقة ، واستخدام المياه ، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون [7]. هناك مشكلة أخرى وهي التخلص من نفايات الكربيد ، والتي يمكن أن تشكل غالبًا عبئًا على البيئة بسبب ارتفاع محتوى المعادن الثقيلة والمواد الخطرة الأخرى [7].

لمواجهة هذه التحديات ، بدأت العديد من الشركات في صناعة كربيد في تنفيذ عمليات وممارسات أكثر استدامة [7]. وتشمل هذه استخدام المواد الخام المعاد تدويرها ، وتقليل النفايات والانبعاثات ، وتحسين عمليات الإنتاج ، وتعزيز الاقتصاد الدائري وكفاءة الموارد [7]. تتجه بعض الشركات أيضًا إلى مواد بديلة مثل الكربيد بناءً على الصلب المعاد تدويره أو السيراميك [7]. هذه المواد تتمتع بميزة كونها أكثر ملاءمة للبيئة وتتطلب مواد خام أقل [7].

خاتمة

يتضمن تصنيع منتجات Carbide Tungsten عملية معقدة تتطلب تحكمًا دقيقًا في جودة المواد الخام ، والخلط ، والمكربن ​​، والظروف المذرية. يتم تقدير المنتجات الناتجة بشكل كبير في مختلف الصناعات بسبب صلابةها الاستثنائية ومقاومة التآكل ، مما يجعلها لا غنى عنها لأدوات القطع ، والأجزاء المقاومة للارتداء ، والمكونات عالية الأداء.

الأسئلة المتداولة

1. ما هو كربيد التنغستن؟

كربيد التنغستن هو مركب مصنوع من ذرات التنغستن وذرات الكربون ، والمعروف عن صلابةها الاستثنائية ومقاومة التآكل. يستخدم على نطاق واسع في المنتجات الصناعية كربيد.

2. كيف يتم تصنيع كربيد التنغستن؟

يتم تصنيع كربيد التنغستن من خلال عملية معادن مسحوق تتضمن خلط مسحوق التنغستن مع الكربون ، والكربون ، والطحن ، والخلط مع الموثق ، والضغط ، والتلبيخ.

3. ما هي التطبيقات الرئيسية لكربيد التنغستن؟

يتم استخدام كربيد التنغستن في أدوات القطع ، والأجزاء المقاومة للارتداء ، ومكونات الطيران ، وأجزاء السيارات ، والتطبيقات الطبية بسبب صلابة ومتانة.

4. هل يمكن إعادة تدوير كربيد التنغستن؟

نعم ، يمكن إعادة تدوير كربيد التنغستن. يمكن استرداد الأدوات المستعملة والمواد الخردة وإعادة استخدامها ، مما يقلل من النفايات والحفاظ على الموارد.

5. ما هي فوائد استخدام كربيد التنغستن في التطبيقات الصناعية؟

يوفر Tungsten Carbide عمرًا موسعًا للأدوات ، وتقليل تكاليف الصيانة ، ودقة محسّنة ، وتعزيز كفاءة التصنيع ، مما يجعلها خيارًا فعالًا من حيث التكلفة للتطبيقات الصناعية الصعبة.

الاستشهادات:

[1] https://www.carbide-products.com/blog/how-tungsten-carbide-barts-made/

[2] https://www.coherentmarketinsights.com/industry-reports/tungsten-carbide-market

[3] https://www.tungstenmetalsgroup.com/blog-blog/tungsten-scrap-metal-recycling

[4] https://www.carbide-products.com

[5] https://www.persistencemarketresearch.com/market-research/tungsten-carbide-powder-market.asp

[6] https://www.samaterials.com/content/how-does--new-tungsten-carbide-strendenten-iarcraft-parts.html

[7] https://grafhartmetall.com/en/sustain-

[8] https://patents.google.com/patent/ep2521799a1/en

[9)

[10]

[11]

[12] https://tungstencarBide42

[13] https://www.itia.info/wp-content/uploads/2023/07/itia_newsletter_2019_08.pdf

[14] https://www.ls-carbide.com/news/tungsten-carbide-market-took-an-

[15] https://www.hit-tw.com/newsdetails.aspx؟nid=298

[16] https://www.durit.com/technology/carbide

[17] https://www.mdpi.com/2071-1050/15/16/12249

[18] https://www.allied-material.co.jp/en/research-development/tungsten_recycle.html

[19] https://www.carbide-bart.com/blog/comprehmenment-analysis-of-tungsten-carbide-barts-tarcteristics-types-applications-and-future/-

[20] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en