آیا کاربید تنگستن خورد؟

منوی محتوا

● کاربید تنگستن چیست؟

>> ترکیب و ساخت

>> خواص کاربید تنگستن

● درک مقاومت در برابر خوردگی

>> مکانیسم های خوردگی

>> عوامل مؤثر بر مقاومت در برابر خوردگی

● مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن

>> رفتار در محیط های مختلف

>> نقش مرحله اتصال

● تقویت مقاومت در برابر خوردگی

>> هلیاژ

>> پوشش

>> درمان سطحی

● کاربید تنگستن در مقابل مواد دیگر

>> فولاد ضد زنگ

● کاربردهای کاربید تنگستن مقاوم در برابر خوردگی

>> صنعت نفت و گاز

>> پردازش شیمیایی

>> صنعت دریایی

>> صنایع دیگر

● پایان

● پرسش

>> 1.

>> 2. چگونه ماده چسبنده مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن را تحت تأثیر قرار می دهد؟

>> 3. بهترین راه ها برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن چیست؟

>> 4. در چه محیط هایی کاربید تنگستن مقاومت در برابر خوردگی ضعیف دارد؟

>> 5. برخی از کاربردهای معمولی کاربید تنگستن مقاوم در برابر خوردگی چیست؟

● استنادها:

کاربید تنگستن به دلیل سختی استثنایی ، مقاومت در برابر سایش و ثبات در محیط های سخت شناخته شده است [2] [7] [4]. مقاومت در برابر خوردگی آن یک خاصیت مهم است که مناسب بودن آن را برای کاربردهای مختلف صنعتی از جمله موارد موجود در بخش های شیمیایی ، نفتی و دریایی تعیین می کند [7]. در این مقاله به بررسی مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن ، مکانیسم های اساسی آن ، عوامل مؤثر بر رفتار خوردگی آن و نحوه مقایسه آن با سایر مواد در محیط های خورنده [2] [4].

کاربید تنگستن چیست؟

کاربید تنگستن (WC) ترکیبی است که از اتم های تنگستن و کربن تشکیل شده است [7]. این ماده سخت و شکننده است که به طور معمول از طریق متالورژی پودر تولید می شود ، جایی که پودر کاربید تنگستن با یک فلز چسباننده ، معمولاً کبالت (CO) مخلوط می شود و سپس در دماهای بالا سینتر می شود [7] [1]. ماده حاصل ، که اغلب از آن به عنوان کاربید سیمان یاد می شود ، سختی زیاد و مقاومت سایش کاربید تنگستن را با چقرمگی و استحکام فلز چسباننده ترکیب می کند [1].

ترکیب و ساخت

- کاربید تنگستن با ترکیب تنگستن و کربن در دماهای بالا سنتز می شود [7].

- پودر حاصل با یک فلز چسب (معمولاً کبالت) مخلوط می شود [1].

- این مخلوط به شکل مورد نظر فشرده شده و سپس سینتر می شود ، فرایندی که مواد را در دماهای بالا ادغام می کند [1].

خواص کاربید تنگستن

- سختی زیاد: کاربید تنگستن فوق العاده سخت است ، با سختی Mohs در حدود 9 ، دوم فقط به الماس [9].

- مقاومت در برابر سایش: مقاومت بسیار خوبی در برابر سایش ساینده و فرسایش نشان می دهد ، و آن را برای برش ابزار مناسب و پوشیدن قطعات مناسب می کند [3].

- نقطه ذوب بالا: کاربید تنگستن دارای نقطه ذوب بالا (تقریباً 2،747 درجه سانتیگراد) است که پایداری را در دماهای بالا فراهم می کند [9].

- مقاومت در برابر خوردگی: در برابر بسیاری از رسانه های خورنده مقاوم است و از ثبات عملکرد در محیط های سخت اطمینان می دهد [7].

- ثبات شیمیایی: کاربید تنگستن از نظر شیمیایی پایدار است و به راحتی با سایر مواد در دمای اتاق واکنش نشان نمی دهد [7] [9].

درک مقاومت در برابر خوردگی

مقاومت در برابر خوردگی توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر تخریب ناشی از واکنشهای شیمیایی یا الکتروشیمیایی با محیط آن است [2]. در زمینه کاربید تنگستن ، مقاومت در برابر خوردگی برای حفظ یکپارچگی ساختاری و عملکرد آن در شرایط خورنده بسیار مهم است [1].

مکانیسم های خوردگی

خوردگی فرایندی است که در آن یک ماده توسط مواد موجود در محیط اکسیده می شود و باعث از بین رفتن الکترون ها می شود [2]. مکانیسم های اصلی مؤثر بر کاربید تنگستن عبارتند از:

- خوردگی شیمیایی: حمله مستقیم شیمیایی توسط اسیدها ، پایه ها یا سایر عوامل خورنده [1].

- خوردگی الکتروشیمیایی: خوردگی به دلیل تشکیل سلولهای الکتروشیمیایی بر روی سطح مواد [6].

- خوردگی گالوانیک: هنگامی اتفاق می افتد که دو فلز متفاوت در حضور یک الکترولیت در تماس هستند [6].

- خوردگی CREVICE: خوردگی موضعی در شکافها یا شکافهایی که در آن محلول راکد می تواند جمع شود [1].

عوامل مؤثر بر مقاومت در برابر خوردگی

چندین عامل بر مقاومت خوردگی کاربید تنگستن تأثیر می گذارد:

- ترکیب شیمیایی: ترکیب کاربید تنگستن ، از جمله نوع و میزان فلز چسب ، به طور قابل توجهی بر مقاومت در برابر خوردگی آن تأثیر می گذارد [7].

- مقدار pH: اسیدیته یا قلیایی محیط نقش اساسی دارد. کاربید تنگستن با اتصال دهنده های کبالت به طور معمول در سطح pH بالاتر از 9 اما ضعیف زیر pH 6 عمل می کند [2].

- دما: درجه حرارت بالاتر می تواند سرعت خوردگی را تسریع کند [1].

- رسانه های خورنده: عوامل خورنده خاص موجود در محیط (به عنوان مثال ، اسید هیدروکلریک ، اسید نیتریک) می توانند اثرات مختلفی بر کاربید تنگستن داشته باشند [7].

- ریزساختار: اندازه دانه ، تخلخل و توزیع مراحل کاربید و اتصال بر مقاومت در برابر خوردگی تأثیر می گذارد [1].

مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن

کاربید تنگستن مقاومت در برابر خوردگی خوبی در رسانه های مختلف از جمله بنزین ، استون ، اتانول ، حلال های آلی ، آمونیاک ، پایه ها و اسیدهای ضعیف دارد [1]. با این حال ، عملکرد آن می تواند بر اساس شرایط خاص و ترکیب مواد متفاوت باشد [1].

رفتار در محیط های مختلف

- اسیدها: کاربید تنگستن می تواند به سرعت در اسیدهای قوی مانند هیدروکلریک و اسید هیدروفلوئوریک بدتر شود [1].

- قلیایی: به طور کلی مقاومت خوبی در برابر محیط های قلیایی ، به ویژه در سطح pH بالاتر نشان می دهد [2].

- نمک: مقاومت در برابر محلول های نمک به نمک و غلظت خاص بستگی دارد. آزمایشات اسپری نمکی معمولاً برای ارزیابی مقاومت در برابر خوردگی در محیط های دریایی استفاده می شود [3].

- آب: کاربید تنگستن به طور معمول در آب شیر عملکرد خوبی دارد ، اما مقاومت آن می تواند تحت تأثیر ناخالصی ها و سطح pH قرار بگیرد [1].

نقش مرحله اتصال

کبالت به دلیل توانایی آن در خیس شدن دانه های کاربید تنگستن در حین پخت و پز فاز مایع ، یک اتصال دهنده به طور گسترده در کاربید تنگستن است [1]. با این حال ، کبالت مستعد ابتلا به خوردگی است ، که می تواند منجر به تخریب کل مواد شود [1].

- شستشوی کبالت: در محیط های خورنده ، کبالت را می توان به صورت انتخابی حل کرد و یک اسکلت کاربید تونگستن متخلخل را ترک کرد [1]. این فرآیند که به عنوان شستشوی کبالت شناخته می شود ، یکپارچگی ساختاری مواد را کاهش می دهد و می تواند باعث لکه دار شدن دانه های کاربید شود [1].

- بهبود مقاومت در برابر خوردگی: کبالت آلیاژ با عناصری مانند کروم ، مولیبدن یا نیکل می تواند مقاومت در برابر خوردگی آن را تقویت کند [1]. در بعضی موارد ، نیکل کاملاً جایگزین برای کبالت در محیط های بسیار خورنده مؤثر بوده است [1].

تقویت مقاومت در برابر خوردگی

چندین استراتژی را می توان برای تقویت مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن استفاده کرد:

هلیاژ

- کروم: اضافه کردن کروم به چسب کبالت می تواند مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی را بهبود بخشد [1].

- نیکل: نیکل می تواند کبالت را جایگزین کند تا مقاومت در برابر خوردگی برتر در محیط های اسیدی قوی فراهم شود [1].

- مولیبدن: مولیبدن مقاومت در برابر خوردگی در محیط شیمیایی خاص را تقویت می کند [1].

پوشش

استفاده از پوشش های محافظ می تواند سدی بین بستر کاربید تنگستن و محیط خورنده ایجاد کند [3].

- پوشش های کاربید تنگستن CVD: رسوب بخار شیمیایی (CVD) می تواند پوشش های کاربید تنگستن نانو ساختار یافته با سختی ، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی را تولید کند [3]. این روکش ها به ویژه در جلوگیری از خوردگی در رسانه های تهاجمی و در دمای تا 400 درجه سانتیگراد مؤثر هستند [3].

- آبکاری کروم سخت: در حالی که آبکاری سخت کروم یک روش حفاظت از خوردگی متداول است ، پوشش های کاربید تنگستن CVD عملکرد برتر را در آزمایشات اسپری نمکی نشان داده اند [3].

-پوشش های HVOF: پوشش های با سرعت بالا اکسی-سوخت (HVOF) می توانند یک لایه متراکم و به خوبی پیوند دهند ، اما ممکن است برای جلوگیری از خوردگی بستر زیرین نیاز به آب بندی داشته باشند [3].

درمان سطحی

اصلاح سطح کاربید تنگستن می تواند مقاومت در برابر خوردگی آن را بهبود بخشد [7].

- پولیش: یک سطح صاف باعث کاهش تعداد سایتهای شروع خوردگی بالقوه می شود [7].

- Passivation: درمان های شیمیایی می توانند یک لایه منفعل ایجاد کنند که از مواد در برابر خوردگی محافظت می کند [2].

کاربید تنگستن در مقابل مواد دیگر

مقاومت در برابر خوردگی تنگستن کاربید را می توان با سایر مواد متداول در محیط های خورنده مقایسه کرد [4]:

فولاد ضد زنگ

- مقاومت در برابر خوردگی: فولاد ضد زنگ به دلیل مقاومت در برابر خوردگی آن به دلیل تشکیل یک لایه اکسید کروم منفعل شناخته شده است [7].

- خواص مکانیکی: کاربید تنگستن به طور کلی در مقایسه با استیل ضدزنگ از سختی و مقاومت سایش بالاتر برخوردار است [9].

- برنامه های کاربردی: کاربید تنگستن در برنامه هایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش زیاد و مقاومت در برابر خوردگی دارند ، مانند نازل و اجزای دریچه ترجیح داده می شود ، در حالی که از فولاد ضد زنگ به دلیل ساخت و ساز و مقرون به صرفه بودن در طیف وسیع تری از برنامه ها استفاده می شود [7].

- مقاومت در برابر خوردگی: سرامیک ها ، مانند آلومینا و زیرکونیا ، در بسیاری از محیط ها مقاومت به خوردگی عالی ارائه می دهند [6].

- خواص مکانیکی: کاربید تنگستن در مقایسه با بسیاری از سرامیک ها ، مقاومت و مقاومت در برابر سایش دارد [9].

- برنامه ها: سرامیک ها در محیط های بسیار خورنده ای استفاده می شوند که استرس مکانیکی کم است ، در حالی که کاربید تنگستن برای برنامه هایی که نیاز به خوردگی بالا و مقاومت در برابر سایش دارند انتخاب می شود [6].

- مقاومت در برابر خوردگی: پلیمرها می توانند مقاومت بسیار خوبی در برابر مواد شیمیایی خاص ایجاد کنند ، اما خصوصیات مکانیکی و مقاومت دما آنها به طور کلی پایین تر از کاربید تنگستن است [3].

- برنامه ها: پلیمرها برای محیط های کم استرس و خورنده مناسب هستند ، در حالی که از کاربید تنگستن در هنگام استحکام بالا ، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی استفاده می شود [3].

کاربردهای کاربید تنگستن مقاوم در برابر خوردگی

کاربید تنگستن مقاوم در برابر خوردگی در انواع کاربردهای مختلف در صنایع مختلف استفاده می شود [2]

صنعت نفت و گاز

- ابزارهای حفاری: مؤلفه هایی که در محیط های سخت و خورنده مانند چاه های ترش فعالیت می کنند ، از پوشش های کاربید تنگستن بهره مند می شوند [3].

- اجزای دریچه: شیرهای خفه کننده و اجزای کنترل سیال به موادی احتیاج دارند که می توانند مایعات خورنده و فشارهای زیاد را تحمل کنند [2].

پردازش شیمیایی

- نازل ها: برای پاشیدن مواد شیمیایی خورنده استفاده می شود و نیاز به مقاومت در برابر حمله شیمیایی و سایش دارد [2].

- مهر و موم ها: مهر و موم های مکانیکی در پمپ ها و راکتورها باید در برابر رسانه های خورنده مقاومت کنند و عملکرد آب بندی را حفظ کنند [2].

صنعت دریایی

- قطعات سایش: اجزای در معرض آب دریا ، مانند پروانه پمپ و قطعات دریچه ، به مواد مقاوم در برابر خوردگی نیاز دارند [3].

-ابزارهای برش: کاربید تنگستن ماده اولیه بهینه برای ابزارهای برش مورد استفاده در محیط های با درجه حرارت بالا و پر سرعت به دلیل استحکام و ضریب گسترش حرارتی کم است [9].

صنایع دیگر

- مهر و موم دقیق می میرد: بلوک های کاربید تنگستن مقاوم به خوردگی در صنعت قالب مهر و موم شده استفاده می شود ، جایی که خوردگی الکتروشیمیایی یک نگرانی است [6].

- ایمپلنت های پزشکی: کاربید تنگستن را می توان در ایمپلنت های پزشکی که نیاز به سازگاری زیست سازگار و مقاومت در برابر خوردگی دارند ، استفاده کرد [7].

پایان

مقاومت در برابر خوردگی تنگستن کاربید یک خاصیت مهم است که باعث می شود آن را برای درخواست برنامه های کاربردی در صنایع مختلف مناسب کند [7]. در حالی که کاربید تنگستن مقاومت خوبی در بسیاری از رسانه های خورنده دارد ، عملکرد آن تحت تأثیر عواملی مانند ترکیب شیمیایی ، pH ، دما و وجود عوامل خورنده خاص است [1]. مرحله اتصال ، به طور معمول کبالت ، اغلب ضعیف ترین پیوند از نظر مقاومت در برابر خوردگی است ، اما استراتژی های آلیاژ و پوشش می توانند عملکرد آن را به میزان قابل توجهی افزایش دهند [1]. در مقایسه با سایر مواد مانند فولاد ضد زنگ ، سرامیک و پلیمرها ، کاربید تنگستن ترکیبی منحصر به فرد از سختی ، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهد و آن را به یک انتخاب ایده آل برای کاربردهایی که نیاز به دوام در محیط های سخت دارند ، تبدیل می کند [9]. با پیشرفت فناوری ، بهینه سازی فرآیند مداوم باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن می شود و پشتیبانی جدی از برنامه های کاربردی در زمینه های بیشتر ارائه می دهد [7].

پرسش

1.

مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن از ترکیب شیمیایی آن و تشکیل یک لایه اکسید پایدار ناشی می شود [7] [4]. کاربید تنگستن (WC) به دلیل سختی و پایداری شیمیایی ، یک سد طبیعی مقاوم در برابر خوردگی فراهم می کند [7]. علاوه بر این ، در برابر واکنش های اسیدی ، قلیایی و سایر رسانه های خورنده مقاوم است و از ثبات عملکرد در محیط های سخت اطمینان می دهد [7].

2. چگونه ماده چسبنده مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن را تحت تأثیر قرار می دهد؟

ماده اتصال دهنده ، به طور معمول کبالت (CO) ، می تواند به طور قابل توجهی بر مقاومت خوردگی کاربید تنگستن تأثیر بگذارد [1]. کبالت مستعد ابتلا به خوردگی است ، که می تواند منجر به شستشوی کبالت و تخریب متعاقباً مواد شود [1]. آلیاژ اتصال دهنده کبالت با عناصری مانند کروم ، مولیبدن یا نیکل می تواند مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد ، یا نیکل را می توان به طور کامل برای کبالت جایگزین کرد [1].

3. بهترین راه ها برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن چیست؟

چندین روش می تواند مقاومت در برابر خوردگی کاربید تنگستن را تقویت کند:

- آلیاژ: اضافه کردن عناصری مانند کروم ، نیکل یا مولیبدن به مرحله اتصال [1].

- پوشش ها: استفاده از پوشش های محافظ مانند کاربید تنگستن CVD [3].

- درمان سطح: تکنیک های پولیش و انفعال [7].

4. در چه محیط هایی کاربید تنگستن مقاومت در برابر خوردگی ضعیف دارد؟

کاربید تنگستن به طور معمول مقاومت در برابر خوردگی ضعیف در اسیدهای قوی مانند هیدروکلریک و اسید هیدروفلوئوریک نشان می دهد [1]. همچنین در محیط هایی با مقدار pH زیر 6 در هنگام استفاده از کبالت به عنوان اتصال دهنده عملکرد ضعیفی دارد [2].

5. برخی از کاربردهای معمولی کاربید تنگستن مقاوم در برابر خوردگی چیست؟

کاربید تنگستن مقاوم به خوردگی در کاربردهای مختلف از جمله:

- ابزارهای حفاری و اجزای دریچه در صنعت نفت و گاز [3].

- نازل و مهر و موم در پردازش شیمیایی [2].

- قطعات را در صنعت دریایی بپوشید [3].

- تمبر دقیق می میرد [6].

استنادها:

[1] https://www.jlsmoldparts.com/talking-corrosion-stistance-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-our-culture/three-tungsten-carbide-thermal-spray-coatings-and-their-uses

[6] https://www.yatechmaterials.com/en/technology/what-is-corrosion-resistant-tungsten-carbide/

[7] https://www.carbide-part.com/blog/an-in-depth-analysis-of-tungsten-carbides-corrosion-resistance/

[8] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-edm-blocks.html

[9] https://www.allied-matial.co.jp/fa/techinfo/tungsten_carbide/features.html

[10] https://www.hyperionmt.com/en/resource/materials/emented-carbide/corrosion-resistance/