منوی محتوا
● آشنایی با کاربید تنگستن
>> خواص اصلی کاربید تنگستن
● چه چیزی فلزات غیر آهنی را تعریف می کند؟
● کاربید تنگستن: فلز ، سرامیک یا کامپوزیت؟
>> 1. ترکیب شیمیایی
>> 2. چرا این یک فلز غیر آهنی نیست
● فرآیند تولید کاربید تنگستن
>> مرحله 1: آماده سازی مواد اولیه
>> مرحله 2: مخلوط کردن با چسب
>> مرحله 3: تراکم
>> مرحله 4: پخت
● برنامه های صنعتی و تجاری
>> 1. ابزار ماشینکاری و برش
>> 2. هوافضا و دفاع
>> 3 تجهیزات پزشکی
>> 4. کالاهای مصرفی
>> 5. بخش انرژی
● کاربید تنگستن در مقابل مواد رقابتی
● تأثیرات زیست محیطی و بازیافت
● بینش بازار جهانی
● نوآوری های آینده
● پایان
● سوالات متداول
>> 1. تفاوت بین کاربید تنگستن و تنگستن چیست؟
>> 2. آیا کاربید تنگستن می تواند زنگ بزند یا لکه دار شود؟
>> 3. چگونه کاربید تنگستن با الماس در سختی مقایسه می کند؟
>> 4. آیا کاربید تنگستن سمی است؟
>> 5. کدام صنایع بیشتر به کاربید تنگستن متکی هستند؟
● استنادها:
تنگستن کاربید (WC) با سختی و دوام بی نظیر خود ، صنایع را متحول کرده است. در حالی که برنامه های کاربردی آن از ماشین آلات صنعتی گرفته تا جواهرات لوکس است ، یک سوال اساسی ادامه دارد: IS کاربید تنگستن یک فلز غیر آهنی؟ در این مقاله به بررسی ترکیب ، طبقه بندی و اهمیت صنعتی آن در حالی که از تصورات غلط متداول استفاده می شود.
آشنایی با کاربید تنگستن
کاربید تنگستن ترکیبی است که از اتم های تنگستن (W) و کربن (C) با نسبت 1: 1 تشکیل شده است. برای اولین بار در اواخر قرن نوزدهم سنتز شد ، در طول جنگ جهانی دوم به دلیل استفاده از آن در مهمات زره پوش ، برجسته شد. امروز ، این یک ماده سنگ بنای در مهندسی با کارایی بالا است.
خواص اصلی کاربید تنگستن
- سختی: در مقیاس Mohs 9-9.5 قرار دارد و فقط با الماس پیشی گرفته است.
- چگالی: 15.6 گرم در سانتی متر 3 ؛ ، تقریباً دو برابر فولاد.
- نقطه ذوب: 2،870 درجه سانتیگراد ، ایده آل برای محیط های شدید.
- مقاومت در برابر خوردگی: در برابر اکسیداسیون و تخریب شیمیایی مقاومت می کند ، به جز در اسید هیدروفلوئوریک.
چه چیزی فلزات غیر آهنی را تعریف می کند؟
فلزات غیر آهنی آلیاژ یا فلزات خالص فاقد آهن به عنوان یک مؤلفه اصلی هستند. نمونه ها شامل آلومینیوم ، مس و روی است. آنها به خاطر آنها با ارزش هستند:
- سبک وزن: برای صنایع هوافضا و صنایع خودرو بسیار مهم است.
- مقاومت در برابر خوردگی: مناسب برای محیط های دریایی و شیمیایی.
- هدایت الکتریکی: مس و آلومینیوم حاکم بر سیم کشی و الکترونیک است.
فلزات آهنی در فلزات غیر آهنی
| مقابل |
فلزات آهنی (به عنوان مثال ، فولاد) |
فلزات غیر آهنی (به عنوان مثال ، آلومینیوم) |
| محتوای آهنی |
عالی |
هیچ یک یا ناچیز |
| مقاومت در برابر خوردگی |
مستعد زنگ زدگی |
بسیار مقاوم |
| تراکم |
زیاد (7.8 گرم در سانتی متر 3 ؛ برای فولاد) |
کم (2.7 گرم در سانتی متر 3 ؛ برای آلومینیوم) |
کاربید تنگستن: فلز ، سرامیک یا کامپوزیت؟
طبقه بندی کاربید تنگستن اغلب به دلیل ماهیت ترکیبی مورد بحث قرار می گیرد:
1. ترکیب شیمیایی
WC یک ترکیب سرامیکی است ، نه یک فلز خالص. با این حال ، در کاربردهای صنعتی ، آن را با یک اتصال فلزی (به عنوان مثال ، کبالت یا نیکل) ترکیب می کند تا کاربید سیمانی را تشکیل دهد-یک cermet (کامپوزیت سرامیکی فلزی).
2. چرا این یک فلز غیر آهنی نیست
- فاقد پیوند فلزی: WC خالص بر خلاف اوراق فلزی فلزات دارای اوراق قرضه کووالانسی است.
- به یک اتصال دهنده نیاز دارد: یکپارچگی ساختاری آن به یک ماتریس فلزی بستگی دارد.
- استفاده اولیه به عنوان سرامیک: بر برنامه هایی که نیاز به سختی بر قابلیت انعطاف پذیری دارند ، حاکم است.
فرآیند تولید کاربید تنگستن
تولید کاربید سیمان شامل تکنیک های متالورژی پودر پیشرفته است:
مرحله 1: آماده سازی مواد اولیه
- سنگ معدن تنگستن (به عنوان مثال ، ولفرامیت) از طریق کاهش هیدروژن به پودر تنگستن تصفیه می شود.
- کربن سیاه برای تشکیل پودر کاربید تنگستن اضافه می شود.
مرحله 2: مخلوط کردن با چسب
- پودر WC با 5-20 ٪ اتصال کبالت/نیکل برای تقویت چقرمگی مخلوط می شود.
مرحله 3: تراکم
- این مخلوط به قالبهای زیر فشار 100-400 مگاپاسکال فشار می یابد تا قطعات 'سبز ' تشکیل شود.
مرحله 4: پخت
- قطعات در یک کوره خلاء در 1.300-1،500 درجه سانتیگراد گرم می شوند و باعث می شوند که این اتصال ذرات WC را ذوب و پیوند دهد.
برنامه های صنعتی و تجاری
تطبیق پذیری تنگستن کاربید باعث می شود در بخش ها ضروری باشد:
1. ابزار ماشینکاری و برش
- آسیاب ها و درج ها: ابزارهای پوشیده از WC طول عمر در ماشینکاری CNC را افزایش می دهند.
- بیت های مته استخراج معادن: از فولاد Outperforms در حفاری سنگی ساینده.
2. هوافضا و دفاع
- پوشش های تیغه توربین در برابر دمای شدید مقاومت می کنند.
- پرتابه های زره پوش زره پوش چگالی WC.
3 تجهیزات پزشکی
- ابزارهای جراحی (به عنوان مثال ، پوست سر) وضوح طولانی تر از فولاد ضد زنگ را حفظ می کنند.
- مته های دندانپزشکی به دلیل دقت ، ناراحتی بیمار را به حداقل می رسانند.
4. کالاهای مصرفی
- جواهرات: باندهای عروسی مقاوم در برابر خراش (تصویر: حلقه کاربید تنگستن جلا).
- کالاهای ورزشی: کلوپ های گلف و وزن ماهیگیری از WC برای دوام استفاده می کنند.
5. بخش انرژی
- بیت های مته نفت و گاز محیط های فشار قوی را تحمل می کنند.
Tungsten Carbide در مقابل مواد رقابتی
| مواد |
سختی (MOHS) |
چگالی (G/cm⊃3 ؛) |
نقطه ذوب (درجه سانتیگراد) |
| کاربید تنگستن |
9-9.5 |
15.6 |
2،870 |
| الماس |
10 |
3.5 |
3550 (Sublimates) |
| تیتانیوم |
6 |
4.5 |
1،668 |
| فولاد با سرعت بالا |
7-8 |
8.0 |
1،370 |
تأثیرات زیست محیطی و بازیافت
کاربید تنگستن 100 ٪ قابل بازیافت است. فرآیندهای بازیافت عبارتند از:
1. احیای مکانیکی: ابزارهای ضایعات خرد و سنگ زنی.
2. بازیابی شیمیایی: حل کننده اتصال دهنده ها برای استخراج پودر WC.
3. مجدداً: مجدد پودر به اجزای جدید.
سود اقتصادی: بازیافت هزینه های تولید را 30-40 ٪ در مقایسه با مواد باکره کاهش می دهد.
بینش بازار جهانی
پیش بینی می شود بازار کاربید تنگستن از سال 2023 تا 2030 در 6.2 ٪ CAGR رشد کند ، که توسط:
- تقاضا برای ابزارهای ماشینکاری کارآمد.
- گسترش در بخش های هوافضا و الکترونیک.
- چین بر تولید تسلط دارد و 80 ٪ از عرضه جهانی تنگستن را تشکیل می دهد.
نوآوری های آینده
1. تولید افزودنی: قطعات WC با چاپ سه بعدی برای هندسه های پیچیده.
2. WC نانو ساختار یافته: سختی افزایش یافته برای ابزار میکرو.
3. بدون اتصال WC: از بین بردن کبالت برای سازگاری زیست پزشکی.
پایان
ترکیبی منحصر به فرد از خواص سرامیکی و فلزی تنگستن کاربید آن را به عنوان یک ماده مهم در مهندسی مدرن قرار می دهد. در حالی که یک فلز غیر آهنی نیست ، نقش آن در کاربردهای استرس بالا غیر قابل تعویض است. پیشرفت در بازیافت و فناوری نانو نوید می دهد اهمیت صنعتی خود را بیشتر کند.
سوالات متداول
1. تفاوت بین کاربید تنگستن و تنگستن چیست؟
تنگستن یک فلز خالص است ، در حالی که کاربید تنگستن ترکیبی از تنگستن و کربن است. حالت دوم سخت تر است و در برنامه هایی که نیاز به دوام شدید دارند استفاده می شود.
2. آیا کاربید تنگستن می تواند زنگ بزند یا لکه دار شود؟
نه. برخلاف فلزات آهنی ، کاربید تنگستن در برابر اکسیداسیون و لکه دار شدن مقاومت می کند و آن را برای مصارف دریایی و پزشکی ایده آل می کند.
3. چگونه کاربید تنگستن با الماس در سختی مقایسه می کند؟
الماس 10 در مقیاس Mohs نمره می دهد ، در حالی که کاربید تنگستن در رتبه 9-9.5 قرار دارد. با این حال ، WC از الماس در ثبات درجه حرارت بالا بهتر است.
4. آیا کاربید تنگستن سمی است؟
به صورت جامد ، بی اثر و بی خطر است. با این حال ، استنشاق گرد و غبار WC در هنگام ماشینکاری می تواند باعث آسیب ریه شود و نیاز به اقدامات ایمنی مناسب دارد.
5. کدام صنایع بیشتر به کاربید تنگستن متکی هستند؟
بخش های کلیدی شامل تولید (60 ٪) ، معدن (20 ٪) ، هوافضا (10 ٪) و مراقبت های بهداشتی (5 ٪) است.
استنادها:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.allied-matial.co.jp/fa/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[3] https://www.britannica.com/science/tungsten-carbide
[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[5] https://www.carbide-usa.com/top-5-uses-for-tungsten-carbide/
[6] https://www.retopz.com/57-frequely-asked-questions-faqs-about-tungsten-carbide/
[7] https://www.thermalspray.com/questions-tungsten-carbide/
[8] http://www.chinatungsten.com/nonferrous-metals.html
[9] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[10] https://www.tungco.com/insights/blog/5-tungsten-carbide-applications/
[11] https://shop.machinemfg.com/the-pros-and-cons-of-tungsten-carbide-a-comprehent-guide/
[12] https://eurobalt.net/blog/2022/03/28/all-the-applications-of-tungsten-carbide/
[13] https://www.reddit.com/r/askscience/comments/9whr5d/is_tungsten_carbide_an_alloy/
[14] https://www.bangerter.com/en/tungsten-carbide
[15] https://www.totalmateria.com/en-us/articles/tungsten-carbide-metals-1/
[16] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[17] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
[18] http://www.tungsten-carbide.com.cn
[19] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten-carbide
[20] http://www.chinatungsten.com/tungsten-carbide/properties-of-tungsten-carbide.html
[21] http://picture.chinatungsten.com/list-18.html
[22] https://www.samaterials.com/content/application-of-tungsten-in-modern-industress.html
[23] https://www.itia.info/applications-markets/
[24] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedatasheet.pdf
[25] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[26] https://eternaltools.com/blogs/tutorials/tungsten-carbide-an-formative-guide
[27] http://machinetoolrecyclers.com/rita_hayworth.html
