Menú de contenido
● ¿Qué es el carburo de tungsteno?
>> Composición y fabricación
>> Propiedades del carburo de tungsteno
● Comprender la resistencia a la corrosión
>> Mecanismos de corrosión
>> Factores que influyen en la resistencia a la corrosión
● Resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno
>> Comportamiento en diferentes entornos
>> Papel de la fase de carpeta
● Mejora de la resistencia a la corrosión
>> Aleación
>> Revestimiento
>> Tratamiento superficial
● Carburo de tungsteno versus otros materiales
>> Acero inoxidable
● Aplicaciones de carburo de tungsteno resistente a la corrosión
>> Industria de petróleo y gas
>> Procesamiento químico
>> Industria marina
>> Otras industrias
● Conclusión
● Preguntas frecuentes
>> 1. ¿Qué hace que la corrosión del carburo de tungsteno sea resistente a la corrosión?
>> 2. ¿Cómo afecta el material del aglutinante la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno?
>> 3. ¿Cuáles son las mejores formas de mejorar la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno?
>> 4. ¿En qué entornos el carburo de tungsteno exhibe una mala resistencia a la corrosión?
>> 5. ¿Cuáles son algunas aplicaciones típicas de carburo de tungsteno resistente a la corrosión?
● Citas:
El carburo de tungsteno es conocido por su dureza excepcional, resistencia al desgaste y estabilidad en entornos hostiles [2] [7] [4]. Su resistencia a la corrosión es una propiedad crítica que determina su idoneidad para varias aplicaciones industriales, incluidas las de los sectores químicos, de petróleo y marinos [7]. Este artículo explora la resistencia a la corrosión de El carburo de tungsteno , sus mecanismos subyacentes, factores que influyen en su comportamiento de corrosión y cómo se compara con otros materiales en entornos corrosivos [2] [4].
¿Qué es el carburo de tungsteno?
El carburo de tungsteno (WC) es un compuesto compuesto de átomos de tungsteno y carbono [7]. Es un material duro y frágil típicamente producido a través de metalurgia en polvo, donde el polvo de carburo de tungsteno se mezcla con un metal de carpeta, generalmente cobalto (CO), y luego se sinteriza a altas temperaturas [7] [1]. El material resultante, a menudo denominado carburo cementado, combina la alta dureza y la resistencia al desgaste del carburo de tungsteno con la dureza y la resistencia del metal de la carpeta [1].
Composición y fabricación
- El carburo de tungsteno se sintetiza combinando tungsteno y carbono a altas temperaturas [7].
- El polvo resultante se mezcla con una carpeta de metal (comúnmente cobalto) [1].
- La mezcla se compacta en la forma deseada y luego se sinteriza, un proceso que consolida el material a altas temperaturas [1].
Propiedades del carburo de tungsteno
- Alta dureza: el carburo de tungsteno es excepcionalmente dura, con una dureza de los MOHS de alrededor de 9, solo solo de diamante [9].
- Resistencia al desgaste: exhibe una excelente resistencia al desgaste abrasivo y erosivo, lo que lo hace adecuado para herramientas de corte y piezas de desgaste [3].
- Alto punto de fusión: el carburo de tungsteno tiene un alto punto de fusión (aproximadamente 2,747 ° C), proporcionando estabilidad a temperaturas elevadas [9].
- Resistencia a la corrosión: es resistente a muchos medios corrosivos, lo que garantiza la estabilidad del rendimiento en entornos hostiles [7].
- Estabilidad química: el carburo de tungsteno es químicamente estable y no reacciona fácilmente con otras sustancias a temperatura ambiente [7] [9].
Comprender la resistencia a la corrosión
La resistencia a la corrosión es la capacidad de un material para resistir la degradación causada por reacciones químicas o electroquímicas con su entorno [2]. En el contexto del carburo de tungsteno, la resistencia a la corrosión es crucial para mantener su integridad estructural y rendimiento en condiciones corrosivas [1].
Mecanismos de corrosión
La corrosión es un proceso en el que un material es oxidado por sustancias en el medio ambiente, lo que hace que pierda electrones [2]. Los mecanismos principales que afectan el carburo de tungsteno incluyen:
- Corrosión química: ataque químico directo por ácidos, bases u otros agentes corrosivos [1].
- Corrosión electroquímica: corrosión debido a la formación de células electroquímicas en la superficie del material [6].
- Corrosión galvánica: ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto en presencia de un electrolito [6].
- Corrosión de grietas: corrosión localizada en espacios o grietas donde las soluciones estancadas pueden acumularse [1].
Factores que influyen en la resistencia a la corrosión
Varios factores influyen en la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno:
- Composición química: la composición del carburo de tungsteno, incluido el tipo y la cantidad de metal de aglutinante, afecta significativamente su resistencia a la corrosión [7].
- Valor de pH: la acidez o alcalinidad del medio ambiente juega un papel crucial. El carburo de tungsteno con aglutinantes de cobalto generalmente funciona bien a niveles de pH por encima de 9 pero poco por debajo del pH 6 [2].
- Temperatura: las temperaturas más altas pueden acelerar las tasas de corrosión [1].
- Medios corrosivos: los agentes corrosivos específicos presentes en el medio ambiente (p. Ej., Ácido clorhídrico, ácido nítrico) pueden tener efectos variables sobre el carburo de tungsteno [7].
- Microestructura: el tamaño del grano, la porosidad y la distribución de las fases de carburo y aglutinante influyen en la resistencia a la corrosión [1].
Resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno
El carburo de tungsteno exhibe una buena resistencia a la corrosión a una variedad de medios, incluyendo gasolina, acetona, etanol, solventes orgánicos, amoníaco, bases y ácidos débiles [1]. Sin embargo, su rendimiento puede variar significativamente en función de las condiciones específicas y la composición del material [1].
Comportamiento en diferentes entornos
- Ácidos: el carburo de tungsteno puede deteriorarse rápidamente en ácidos fuertes como el ácido clorhídrico e hidrofluorico [1].
- Alcalis: generalmente muestra una buena resistencia a los ambientes alcalinos, especialmente a niveles de pH más altos [2].
- Salas: la resistencia a las soluciones salinas depende de la sal y la concentración específicas. Las pruebas de pulverización de sal se usan comúnmente para evaluar la resistencia a la corrosión en ambientes marinos [3].
- Agua: el carburo de tungsteno generalmente funciona bien en el agua del grifo, pero su resistencia puede verse afectada por las impurezas y los niveles de pH [1].
Papel de la fase de carpeta
El cobalto es una carpeta ampliamente utilizada en el carburo de tungsteno debido a su capacidad para los granos húmedos de carburo de tungsteno durante la sinterización de fase líquida [1]. Sin embargo, el cobalto es susceptible a la corrosión, lo que puede conducir a la degradación de todo el material [1].
- Lixiviación de cobalto: en entornos corrosivos, el cobalto se puede disolver selectivamente, dejando un esqueleto de carburo de tungsteno poroso [1]. Este proceso, conocido como lixiviación de cobalto, reduce la integridad estructural del material y puede causar el espalor de los granos de carburo [1].
- Mejora de la resistencia a la corrosión: la aleación del cobalto con elementos como el cromo, el molibdeno o el níquel puede mejorar su resistencia a la corrosión [1]. En algunos casos, sustituir completamente el níquel por el cobalto ha demostrado ser efectivo en entornos altamente corrosivos [1].
Mejora de la resistencia a la corrosión
Se pueden emplear varias estrategias para mejorar la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno:
Aleación
- Cromo: agregar cromo al aglutinante de cobalto puede mejorar la resistencia a la oxidación y la corrosión [1].
- Níquel: el níquel puede reemplazar el cobalto para proporcionar resistencia a la corrosión superior en ambientes ácidos fuertes [1].
- Molibdeno: el molibdeno mejora la resistencia a la corrosión en medios químicos específicos [1].
Revestimiento
La aplicación de recubrimientos protectores puede crear una barrera entre el sustrato de carburo de tungsteno y el entorno corrosivo [3].
- Recubrimientos de carburo de tungsteno CVD: la deposición de vapor químico (CVD) puede producir recubrimientos de carburo de tungsteno nanoestructurados con dureza mejorada, resistencia a la abrasión y resistencia a la corrosión [3]. Estos recubrimientos son particularmente efectivos para prevenir la corrosión en medios agresivos y a temperaturas de hasta 400 ° C [3].
- El revestimiento de cromo duro: si bien el chapado cromado duro es un método común de protección contra la corrosión, los recubrimientos de carburo de tungsteno CVD han mostrado un rendimiento superior en las pruebas de pulverización de sal [3].
-Recubrimientos HVOF: los recubrimientos de oxi-combustible de alta velocidad (HVOF) pueden proporcionar una capa densa y bien unida, pero pueden requerir sellado para evitar la corrosión del sustrato subyacente [3].
Tratamiento superficial
La modificación de la superficie del carburo de tungsteno puede mejorar su resistencia a la corrosión [7].
- pulido: un acabado superficial liso reduce el número de sitios potenciales de inicio de corrosión [7].
- Pasación: los tratamientos químicos pueden crear una capa pasiva que proteja el material de la corrosión [2].
Carburo de tungsteno versus otros materiales
La resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno se puede comparar con la de otros materiales de uso común en entornos corrosivos [4]:
Acero inoxidable
- Resistencia a la corrosión: el acero inoxidable es bien conocido por su resistencia a la corrosión debido a la formación de una capa pasiva de óxido de cromo [7].
- Propiedades mecánicas: el carburo de tungsteno generalmente tiene mayor dureza y resistencia al desgaste en comparación con el acero inoxidable [9].
- Aplicaciones: se prefiere el carburo de tungsteno en aplicaciones que requieren alta resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión, como boquillas y componentes de la válvula, mientras que el acero inoxidable se usa en una gama más amplia de aplicaciones debido a su ductilidad y rentabilidad [7].
- Resistencia a la corrosión: la cerámica, como la alúmina y la circonia, ofrecen una excelente resistencia a la corrosión en muchos entornos [6].
- Propiedades mecánicas: el carburo de tungsteno tiene una resistencia y resistencia al desgaste superior en comparación con muchas cerámicas [9].
- Aplicaciones: las cerámicas se utilizan en entornos altamente corrosivos donde el estrés mecánico es bajo, mientras que el carburo de tungsteno se selecciona para aplicaciones que requieren alta corrosión y resistencia al desgaste [6].
- Resistencia a la corrosión: los polímeros pueden proporcionar una excelente resistencia a productos químicos específicos, pero sus propiedades mecánicas y resistencia a la temperatura son generalmente más bajas que las del carburo de tungsteno [3].
- Aplicaciones: los polímeros son adecuados para entornos de bajo estrés y corrosivos, mientras que se usa carburo de tungsteno cuando se necesitan alta resistencia, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión [3].
Aplicaciones de carburo de tungsteno resistente a la corrosión
El carburo de tungsteno resistente a la corrosión se usa en una variedad de aplicaciones en diferentes industrias [2]:
Industria de petróleo y gas
- Herramientas de perforación: los componentes que funcionan en entornos duros y corrosivos, como los pocillos agrios, se benefician de los recubrimientos de carburo de tungsteno [3].
- Componentes de la válvula: las válvulas de estrangulamiento y los componentes de control de fluidos requieren materiales que puedan soportar fluidos corrosivos y altas presiones [2].
Procesamiento químico
- Boquillas: se usa para rociar productos químicos corrosivos, que requieren resistencia al ataque y el desgaste químicos [2].
- Sellos: los sellos mecánicos en bombas y reactores deben soportar medios corrosivos y mantener el rendimiento del sellado [2].
Industria marina
- Usar piezas: los componentes expuestos al agua de mar, como los impulsores de la bomba y las piezas de la válvula, requieren materiales resistentes a la corrosión [3].
-Herramientas de corte: el carburo de tungsteno es la materia prima óptima para las herramientas de corte utilizadas en entornos de alta temperatura y alta velocidad debido a su resistencia y bajo coeficiente de expansión térmica [9].
Otras industrias
- Dies de estampado de precisión: los bloques de carburo de tungsteno resistentes a la corrosión se utilizan en la industria de died de estampado de precisión, donde la corrosión electroquímica es una preocupación [6].
- Implantes médicos: el carburo de tungsteno se puede usar en implantes médicos que requieren biocompatibilidad y resistencia a la corrosión [7].
Conclusión
La resistencia a la corrosión de Tungsten Carbide es una propiedad crítica que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes en varias industrias [7]. Si bien el carburo de tungsteno exhibe una buena resistencia a muchos medios corrosivos, su rendimiento está influenciado por factores como la composición química, el valor del pH, la temperatura y la presencia de agentes corrosivos específicos [1]. La fase de aglutinante, típicamente cobalto, es a menudo el vínculo más débil en términos de resistencia a la corrosión, pero las estrategias de aleación y recubrimiento pueden mejorar significativamente su rendimiento [1]. En comparación con otros materiales como el acero inoxidable, la cerámica y los polímeros, el carburo de tungsteno ofrece una combinación única de alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión, lo que lo convierte en una opción ideal para aplicaciones que requieren durabilidad en entornos hostiles [9]. A medida que avanza la tecnología, la optimización continua del proceso mejorará aún más la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno, proporcionando un fuerte apoyo para las aplicaciones en más campos [7].
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué hace que la corrosión del carburo de tungsteno sea resistente a la corrosión?
La resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno proviene de su composición química y la formación de una capa de óxido estable [7] [4]. El carburo de tungsteno (WC) proporciona una barrera natural resistente a la corrosión debido a su alta dureza y estabilidad química [7]. Además, es resistente a las reacciones con medios ácidos, alcalinos y otros medios corrosivos, lo que garantiza la estabilidad del rendimiento en entornos hostiles [7].
2. ¿Cómo afecta el material del aglutinante la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno?
El material de aglutinante, típicamente cobalto (CO), puede afectar significativamente la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno [1]. El cobalto es susceptible a la corrosión, lo que puede conducir a la lixiviación de cobalto y la posterior degradación del material [1]. La aleación de la carpeta de cobalto con elementos como el cromo, el molibdeno o el níquel puede mejorar la resistencia a la corrosión, o el níquel puede sustituirse por cobalto por completo [1].
3. ¿Cuáles son las mejores formas de mejorar la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno?
Varios métodos pueden mejorar la resistencia a la corrosión del carburo de tungsteno:
- Aleación: agregar elementos como cromo, níquel o molibdeno a la fase de aglutinante [1].
- Recubrimientos: aplicando recubrimientos protectores como CVD Tungsten Carbide [3].
- Tratamiento de superficie: técnicas de pulido y pasivación [7].
4. ¿En qué entornos el carburo de tungsteno exhibe una mala resistencia a la corrosión?
El carburo de tungsteno generalmente exhibe una resistencia de corrosión deficiente en ácidos fuertes como el ácido clorhídrico e hidrofluorico [1]. También funciona mal en entornos con un valor de pH por debajo de 6 cuando se usa cobalto como aglutinante [2].
5. ¿Cuáles son algunas aplicaciones típicas de carburo de tungsteno resistente a la corrosión?
El carburo de tungsteno resistente a la corrosión se utiliza en varias aplicaciones, incluidas:
- Herramientas de perforación y componentes de la válvula en la industria del petróleo y el gas [3].
- Boquillas y sellos en el procesamiento químico [2].
- Use piezas en la industria marina [3].
- El estampado de precisión muere [6].
Citas:
[1] https://www.jlsmoldparts.com/talking-Corrosion-resistance-Tungsten-carbide-grades/
[2] https://www.linkedin.com/pulse/corrosion-resistance-tungsten-carbide-shijin-lei
[3] https://hardide.com/wp-content/uploads/2020/05/corrosion_20101.pdf
[4] https://www.boyiprototyping.com/materials-guide/does-tungsten-rust/
[5] https://htscoatings.com/blogs/our-craft-ourculture/three-tungsten-carbide-thermal-spray-catings-and-their-uses
[6] https://www.yatechmaterials.com/en/technology/what-is-corrosion-resistant-tungsten-carbide/
[7] https://www.carbide-tart.com/blog/an-in-depth-analysis-of-tungsten-carbides-carrosion--resistance/
[8] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-edm-blocks.html
[9] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/feature.html
[10] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/icemed-carbide/corrosion-resistance/
