Menú de contenido
● Introducción al carburo de tungsteno
>> Propiedades del carburo de tungsteno
>> Aplicaciones de carburo de tungsteno
● ¿Por qué pulir el carburo de tungsteno?
>> Mejora del acabado superficial
>> Mejora de la resistencia al desgaste
>> Reducción de la fricción
>> Eliminar los defectos de la superficie
>> Lograr dimensiones precisas
● Métodos para pulir el carburo de tungsteno
>> Pulido manual
>> Pulido de flujo abrasivo (AFP)
>> Pulido químico-mecánico (CMP)
>> Pulido electroquímico
>> Pulido fluido
● Herramientas y materiales para pulir el carburo de tungsteno
>> Abrasivos de diamantes
>> Almohadillas
>> Soluciones químicas
● Control e inspección de calidad
>> Medición de rugosidad de la superficie
>> Medición dimensional
>> Inspección microscópica
● Aplicaciones de carburo de tungsteno pulido
>> Herramientas de corte
>> Muere y moldes
>> Usar piezas
>> Implantes médicos
● Consideraciones de costos
● Avances recientes
● Conclusión
● Preguntas frecuentes
>> 1. ¿Cuál es el mejor método para pulir el carburo de tungsteno?
>> 2. ¿Qué herramientas se necesitan para pulir el carburo de tungsteno manualmente?
>> 3. ¿Puedes pulir carburo de tungsteno con pasta de diamante?
>> 4. ¿Qué es el pulido químico-mecánico (CMP) para el carburo de tungsteno?
>> 5. ¿Por qué es importante el pulido para las herramientas de corte de carburo de tungsteno?
● Citas:
El carburo de tungsteno es un material reconocido por su dureza excepcional, resistencia al desgaste y un rendimiento de alta temperatura, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes como herramientas de corte, troqueles y piezas de desgaste [4] [7]. Sin embargo, estas mismas propiedades que lo hacen deseable también hacen que sea difícil pulir [4] [7]. Lograr un acabado superficial liso en Los componentes de carburo de tungsteno a menudo requieren técnicas especializadas. Este artículo explora los métodos utilizados para pulir el carburo de tungsteno, las herramientas y los materiales involucrados y la importancia del pulido en diversas aplicaciones.
Introducción al carburo de tungsteno
El carburo de tungsteno es un material compuesto que consiste en átomos de tungsteno y carbono, típicamente combinado con un metal de aglutinante como cobalto, níquel o hierro [4] [7]. El material resultante tiene una combinación única de dureza y dureza, lo que lo hace superior al acero de alta velocidad en muchas aplicaciones [4] [7]. El carburo de tungsteno se usa ampliamente en diversas industrias debido a su capacidad para mantener una vanguardia a altas temperaturas y su resistencia al desgaste y la abrasión [4] [7].
Propiedades del carburo de tungsteno
- Dureza: el carburo de tungsteno es excepcionalmente duro, generalmente varía de 8.5 a 9 en la escala de dureza de Mohs.
- Resistencia al desgaste: exhibe una excelente resistencia al desgaste abrasivo y adhesivo, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alto nivel.
-Rendimiento de alta temperatura: el carburo de tungsteno mantiene su dureza y resistencia a temperaturas elevadas, lo que permite operaciones de corte de alta velocidad.
- Resistencia química: es resistente a muchos ambientes químicos, asegurando la longevidad y la confiabilidad en condiciones duras.
Aplicaciones de carburo de tungsteno
- Herramientas de corte: se usa en brocas, cortadores de fresado e insertos de giro para mecanizar varios materiales [4] [7].
- Piezas de desgaste: utilizadas en aplicaciones que requieren alta resistencia al desgaste, como boquillas, rodamientos y componentes de válvula.
- Dies y moldes: empleado en procesos de formación de metales y moldeo por inyección debido a su capacidad para mantener dimensiones precisas a alta presión.
- Recubrimientos superficiales: aplicados como un recubrimiento para mejorar la durabilidad y la resistencia al desgaste de otros materiales [4] [7].
¿Por qué pulir el carburo de tungsteno?
El pulido del carburo de tungsteno es esencial por varias razones, dependiendo de la aplicación prevista del componente. Los objetivos principales del pulido son reducir la rugosidad de la superficie, eliminar los defectos y mejorar la integridad general de la superficie [1].
Mejora del acabado superficial
El pulido reduce la rugosidad de la superficie, que es crucial para las piezas que requieren un alto grado de suavidad [1]. Una superficie más suave puede disminuir la fricción, mejorar el rendimiento del sellado y reducir el riesgo de inicio de grietas [1].
Mejora de la resistencia al desgaste
Una superficie pulida tiene menos picos y valles microscópicos, lo que minimiza el área de contacto y reduce el desgaste [4] [7]. Esto es particularmente importante para los componentes sometidos a un contacto deslizante o giratorio.
Reducción de la fricción
La rugosidad de la superficie más baja se traduce en una fricción reducida entre las piezas de apareamiento. Esto puede conducir a una mejor eficiencia, una generación de calor reducido y una vida útil prolongada [1].
Eliminar los defectos de la superficie
El pulido puede eliminar los defectos de la superficie como rasguños, pozos y marcas de molienda que pueden actuar como concentradores de tensión [1]. Eliminar estos defectos mejora la fuerza de fatiga y la confiabilidad general del componente.
Lograr dimensiones precisas
En algunas aplicaciones, el pulido se utiliza para lograr una precisión dimensional precisa. Esto es particularmente importante para troqueles, moldes y otras piezas de precisión donde se requieren tolerancias estrictas [4] [7].
Métodos para pulir el carburo de tungsteno
Se pueden emplear varios métodos para pulir el carburo de tungsteno, cada uno con sus ventajas y limitaciones. La elección del método depende del acabado superficial deseado, la geometría de la pieza y el volumen de producción [1].
Pulido manual
El pulido manual implica el uso de herramientas de mano y compuestos abrasivos para suavizar la superficie del componente de carburo de tungsteno [1]. Este método a menudo se usa para la producción de bajo volumen, geometrías intrincadas y logrando acabados de superficie muy altos [1].
Herramientas y materiales:
- Máquinas de pulido ultrasónico: estos dispositivos usan vibraciones de alta frecuencia para ayudar en el proceso de pulido [1].
- Ruedas de molienda de resina: se usa para la eliminación y conformación de existencias iniciales [1].
- Pasta de molienda de diamantes: esencial para lograr acabados de superficie muy finos [1].
- Papelado de lija: se utilizan diferentes tamaños de malla en función de los requisitos de acabado [1].
- Microscopios: se usa para verificar la apariencia del carburo de tungsteno después de pulir [1].
Proceso:
1. Preparación: el componente de carburo de tungsteno se limpia para eliminar cualquier contaminante.
2. Pulido en bruto: las ruedas de molienda de resina o la pasta de diamante gruesa se usan para eliminar las imperfecciones de superficie significativas.
3. Pulido intermedio: se aplican grados progresivamente más finos de pasta de diamantes para reducir la rugosidad de la superficie.
4. Pulido fino: la pasta de diamante ultra fina se usa para lograr el acabado superficial deseado.
5. Inspección: la superficie se inspecciona bajo un microscopio para garantizar que cumpla con las especificaciones requeridas [1].
Ventajas:
- Alta precisión: el pulido manual puede lograr acabados de superficie muy altos (RA0.01 o mejor) [1].
- Versatilidad: adecuada para geometrías complejas y pequeños volúmenes de producción.
Desventajas:
-Trabajo intensivo: requiere operadores calificados y lleva mucho tiempo [1].
- Resultados inconsistentes: la calidad del acabado depende de la habilidad y la experiencia del operador.
Pulido de flujo abrasivo (AFP)
El pulido de flujo abrasivo (AFP) es un proceso en el que un medio cargado de abrasivos se ve obligado a través de la superficie de una pieza de trabajo para eliminar el material y mejorar el acabado de la superficie [2]. Este método es particularmente efectivo para pulir superficies internas y geometrías complejas [2].
Proceso:
1. Configuración: el componente de carburo de tungsteno está ajustado en la máquina AFP.
2. Selección de medios: los medios abrasivos se eligen en función del material y el acabado superficial deseado.
3. Control de flujo: el medio abrasivo se forja a través del componente a presión controlada y caudal.
4. Monitoreo: el proceso se monitorea para garantizar la eliminación constante del material y el acabado superficial.
Ventajas:
- pulido uniforme: la AFP puede lograr un acabado superficial uniforme en geometrías complejas.
- Automatización: el proceso se puede automatizar para la producción de alto volumen.
Desventajas:
- Selección de medios: elegir los medios abrasivos correctos es fundamental para lograr los resultados deseados.
- Costo del equipo: las máquinas AFP pueden ser costosas, lo que lo hace menos adecuado para operaciones a pequeña escala.
Pulido químico-mecánico (CMP)
El pulido mecánico químico (CMP) es un proceso que combina grabado químico y abrasión mecánica para suavizar la superficie de un material [4] [7]. Este método se usa ampliamente en la industria de semiconductores y también es aplicable a pulir carburo de tungsteno [4] [7].
Proceso:
1. Preparación: el componente de carburo de tungsteno se limpia y se prepara para pulir.
2. Aplicación de lodo: el componente se pone en contacto con una almohadilla de pulido y una suspensión química que contiene partículas abrasivas [4] [7].
3. Pulido: la almohadilla se gira, y los grabados de la suspensión y pulir la superficie del carburo de tungsteno [4] [7].
4. Limpieza: el componente se limpia para eliminar cualquier suspensión residual [4] [7].
Componentes del sistema CMP:
- Agente oxidante: convierte la superficie que comprende el carburo de tungsteno en especies iónicas solubles o en una película suave y fácil de abarrotar [4] [7].
- Componente de pulido: seleccionado del grupo que consiste en un abrasivo, una almohadilla de pulido y una combinación de los mismos [4] [7].
- portador líquido: utilizado para suspender el agente oxidante y el componente de pulido [4] [7].
Ventajas:
- Alta precisión: CMP puede lograr valores de rugosidad de la superficie muy bajos.
- Planarización: CMP es efectivo en las superficies planarizadas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una alta planitud.
Desventajas:
- Química de lodo: la efectividad de CMP depende de la composición química de la suspensión.
- Costo: el equipo CMP y los consumibles pueden ser costosos.
Pulido electroquímico
El pulido electroquímico, también conocido como pulido electrolítico, es un método que utiliza electrólisis para eliminar el material de la superficie de una pieza de trabajo de metal [9]. La pieza de trabajo está sumergida en un electrolito y sirve como ánodo en un circuito eléctrico.
Proceso:
1. Configuración: el componente de carburo de tungsteno se coloca en una celda electrolítica y se conecta a una fuente de alimentación.
2. Selección de electrolitos: se elige un electrolito adecuado en base al material que se pule.
3. Pulido: se pasa una corriente a través de la célula, lo que hace que la superficie del componente se disuelva.
4. Monitoreo: el proceso se monitorea para garantizar la extracción uniforme del material y el acabado superficial.
Ventajas:
- pulido sin contacto: el pulido electroquímico no implica contacto mecánico, reduciendo el riesgo de daño superficial.
- Formas complejas: adecuadas para pulir formas complejas y superficies internas.
Desventajas:
- Disposición de electrolitos: la eliminación del electrolito gastado puede ser un desafío ambiental.
- Limitaciones del material: no todos los materiales pueden pulirse efectivamente utilizando este método.
Pulido fluido
El pulido de fluido implica suavizar la superficie de los productos de carburo de tungsteno mediante un flujo de alta velocidad con materiales líquidos o abrasivos [1] [5].
Proceso:
1. Configuración: el componente de carburo de tungsteno se coloca en una máquina de pulido de fluido.
2. Selección fluida y abrasiva: se elige una mezcla de materiales fluidos y abrasivos en función del acabado superficial deseado [5].
3. PUDICIÓN: La mezcla fluido y abrasiva fluye sobre la superficie del componente a alta velocidad, alisando la superficie [5].
Ventajas:
- Pulido por lotes: adecuado para el pulido por lotes de piezas de carburo cementadas [1].
- Pequeños agujeros: efectivos para productos con pequeños agujeros [1].
Desventajas:
- Dependencia del proveedor: se basa en proveedores estables especializados en pulido de fluidos [1].
Herramientas y materiales para pulir el carburo de tungsteno
La selección de herramientas y materiales apropiados es crítica para lograr el acabado superficial deseado y la precisión dimensional al pulir el carburo de tungsteno.
Abrasivos de diamantes
El diamante es el material más duro conocido y se usa ampliamente como abrasivo para pulir el carburo de tungsteno [4] [7]. Los abrasivos de diamantes están disponibles en varias formas, incluidas las ruedas de pasta, suspensión y molienda [4] [7].
- Pasta de diamantes: utilizado para operaciones manuales de pulido y lapes [1].
- Diamond Slurry: se usa en CMP y otros procesos de pulido automatizado [4] [7].
- Ruedas de molienda de diamantes: se usa para molienda y conformación en bruto [1].
Almohadillas
Las almohadillas de pulido se usan junto con compuestos abrasivos para suavizar la superficie de los componentes de carburo de tungsteno [4] [7]. La elección del material PAD depende del método de pulido y del acabado superficial deseado [4] [7].
- Almohadillas de tela: se usa para pulir fino y lograr acabados de superficie altos.
- Almohadillas de espuma: se usa para pulir y eliminar defectos superficiales.
- Almohadillas de poliuretano: se usa en CMP para superficies planarizantes [4] [7].
Soluciones químicas
Las soluciones químicas se utilizan en CMP y pulido electroquímico para facilitar la eliminación del material y mejorar el acabado superficial [4] [7]. Estas soluciones generalmente contienen agentes oxidantes, catalizadores y otros aditivos [4] [7].
- Agentes oxidantes: convierte la superficie del carburo de tungsteno en una película más suave y fácil de desgarrar [4] [7].
- Catalizadores: mejorar el proceso de oxidación y mejorar la eficiencia del pulido [4] [7].
- Electrolitos: se usa en el pulido electroquímico para disolver la superficie del componente de carburo de tungsteno.
Control e inspección de calidad
El control y la inspección de calidad son esenciales para garantizar que los componentes de carburo de tungsteno pulido cumplan con las especificaciones requeridas [1]. Se utilizan varias técnicas para evaluar el acabado superficial, la precisión dimensional y la integridad de la superficie [1].
Medición de rugosidad de la superficie
La rugosidad de la superficie típicamente se mide usando perfilómetros o microscopios de fuerza atómica (AFM) [1]. Estos instrumentos proporcionan datos cuantitativos sobre las variaciones de altura de la superficie [1].
- Profilómetros: mida la rugosidad de la superficie arrastrando un lápiz óptico a través de la superficie.
- Microscopios de fuerza atómica (AFM): proporcione imágenes de alta resolución de la superficie y puede medir la rugosidad a escala nanómetro.
Medición dimensional
La precisión dimensional se evalúa utilizando máquinas de medición de coordenadas (CMM) u otros instrumentos de medición de precisión [1]. Estos instrumentos pueden medir las dimensiones del componente con alta precisión [1].
Inspección microscópica
La inspección microscópica se usa para identificar defectos superficiales como rasguños, pozos y grietas [1]. Los microscopios ópticos y los microscopios electrónicos de barrido (SEM) se usan comúnmente para este propósito [1].
Aplicaciones de carburo de tungsteno pulido
Los componentes de carburo de tungsteno pulido se utilizan en una amplia gama de aplicaciones donde el acabado superficial alto, la precisión dimensional y la resistencia al desgaste son críticos.
Herramientas de corte
En aplicaciones de herramientas de corte, una superficie pulida reduce la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo, lo que lleva a una mejor vida útil de la herramienta y al acabado superficial [4] [7]. Los bordes de corte pulidos también minimizan el riesgo de formación de borde acumulado, lo que puede degradar la calidad de la superficie mecanizada [4] [7].
Muere y moldes
Los troqueles y moldes pulidos son esenciales para producir piezas de alta calidad con dimensiones precisas y superficies lisas [4] [7]. Una superficie pulida de troqueles reduce la fricción y el desgaste, extendiendo la vida útil de la matriz y mejorando la calidad de las piezas moldeadas [4] [7].
Usar piezas
Las piezas de desgaste pulidas se utilizan en aplicaciones donde se requiere alta resistencia al desgaste y baja fricción. Los ejemplos incluyen rodamientos, sellos y componentes de válvulas [4] [7]. Una superficie pulida minimiza el desgaste y extiende la vida útil de estos componentes [4] [7].
Implantes médicos
El carburo de tungsteno a veces se usa en implantes médicos debido a su biocompatibilidad y resistencia al desgaste. El pulido es esencial para garantizar una superficie lisa que minimice el riesgo de irritación del tejido y promueva la osteointegración [1].
Consideraciones de costos
El costo de pulir el carburo de tungsteno depende de varios factores, incluido el método de pulido, el tamaño y la complejidad del componente y el acabado superficial requerido. El pulido manual suele ser más costoso que los métodos automatizados debido a la naturaleza intensiva en mano de obra del proceso [1]. CMP y el pulido electroquímico también pueden ser costosos debido al equipo y los consumibles requeridos [4] [7].
Avances recientes
Los avances recientes en las técnicas de pulido se han centrado en mejorar la eficiencia, reducir los costos y lograr acabados de superficie más altos. Estos incluyen:
- Materiales abrasivos mejorados: desarrollo de nuevos abrasivos de diamantes con un tamaño y forma de partícula más uniforme [4] [7].
- Slanos CMP avanzados: desarrollo de lloses CMP con composiciones químicas optimizadas para grados específicos de carburo de tungsteno [4] [7].
- Sistemas de pulido automatizado: desarrollo de sistemas de pulido automatizado con capacidades avanzadas de control de procesos.
Conclusión
El pulido del carburo de tungsteno es un proceso crítico para lograr el acabado superficial deseado, la precisión dimensional y las características de rendimiento en varias aplicaciones [1]. Si bien la dureza y la resistencia al desgaste del carburo de tungsteno hacen que sea difícil de pulir, hay varios métodos disponibles, cada uno con sus ventajas y limitaciones [4] [7]. La elección del método de pulido depende de los requisitos específicos de la aplicación, incluido el acabado superficial deseado, la geometría de la pieza y el volumen de producción [1]. Al seleccionar cuidadosamente el método de pulido apropiado, las herramientas y los materiales, es posible lograr acabados superficiales de alta calidad en los componentes de carburo de tungsteno, mejorar su rendimiento y extender su vida útil [4] [7].
Preguntas frecuentes
1. ¿Cuál es el mejor método para pulir el carburo de tungsteno?
El mejor método depende del acabado superficial deseado, la geometría de la pieza y el volumen de producción. El pulido manual es adecuado para geometrías intrincadas y acabados de superficie muy altos [1]. El pulido de flujo abrasivo (AFP) es efectivo para superficies internas y geometrías complejas [2]. El pulido químico-mecánico (CMP) se usa para lograr valores de rugosidad de la superficie muy bajos y planarización [4] [7]. El pulido de fluido es adecuado para el pulido por lotes y los productos con agujeros pequeños [1] [5].
2. ¿Qué herramientas se necesitan para pulir el carburo de tungsteno manualmente?
El pulido manual requiere herramientas como máquinas de pulido ultrasónico, ruedas de molienda de resina, pasta de molienda de diamantes y papel de lija de pulido [1]. Los microscopios se utilizan para verificar la apariencia después de pulir [1].
3. ¿Puedes pulir carburo de tungsteno con pasta de diamante?
Sí, la pasta de diamante es esencial para lograr acabados superficiales muy finos en el carburo de tungsteno [1]. Se utilizan diferentes tamaños de malla de papel de lija de pulido en función de los requisitos de acabado [1].
4. ¿Qué es el pulido químico-mecánico (CMP) para el carburo de tungsteno?
CMP combina grabado químico y abrasión mecánica para suavizar la superficie [4] [7]. Implica usar un agente oxidante, un componente de pulido (abrasivo, almohadilla de pulido o ambos) y un portador de líquido [4] [7].
5. ¿Por qué es importante el pulido para las herramientas de corte de carburo de tungsteno?
El pulido reduce la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo, mejorando la vida útil de la herramienta y el acabado superficial [4] [7]. También minimiza el riesgo de formación de borde acumulado, que puede degradar la calidad de la superficie mecanizada [4] [7].
Citas:
[1] https://www.carbide-tart.com/carbide-machining/tungsten-carbide-polishing/
[2] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc8878778/
[3] https://www.ee.cityu.edu.hk/~gchen/pdf/writing.pdf
[4] https://patents.google.com/patent/us20090103993a1/en
[5] https://www.linkedin.com/pulse/polishing-methods-tungsten-carbide-shijin-lei
[6] https://www.tek.com.cn/-/media/china-marketing-documents/material-science/mtsc_cailiaodianxuetexing.pdf
[7] https://patents.google.com/patent/us8162723b2/en
[8] https://www.reddit.com/r/metalpolishing/comments/187mbni/how_can_you_polish_a_tungsten_cube/
[9] https://dr.ntu.edu.sg/bitstream/10356/85206/1/polishing%20of%20tungsten%20carbide.pdf
