رایج ترین محصولات صنعتی کاربید که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند چیست؟

منوی محتوا

● آشنایی با کاربید تنگستن

>> مواد اولیه

● فرآیند تولیدی

● تکنیک های پیشرفته ماشینکاری

● کاربردهای محصولات کاربید تنگستن

● تکنیک های پیشرفته تولید

>> فرآیند تولید افزودنی

>> مزایای تولید افزودنی

● فناوری پوشش کاربید تنگستن

● بازیافت کاربید تنگستن

>> روش الکترولیتی

>> روش ذوب روی

● پایداری در صنعت کاربید

● پایان

● سوالات متداول

>> 1. کاربید تنگستن چیست؟

>> 2. چگونه کاربید تنگستن تولید می شود؟

>> 3. کاربردهای اصلی کاربید تنگستن چیست؟

>> آیا می توان کاربید تنگستن را بازیافت کرد؟

>> 5. مزایای استفاده از کاربید تنگستن در کاربردهای صنعتی چیست؟

● استنادها:

کاربید تنگستن ، که به دلیل سختی و مقاومت در برابر سایش معروف است ، یک ماده مهم در تولید محصولات صنعتی کاربید است. این محصولات به طور گسترده ای در صنایع مختلف از جمله بخش های تولید ، معدن ، هوافضا و خودرو مورد استفاده قرار می گیرند. فرآیند تولید کاربید تنگستن شامل چندین مرحله پیچیده ، از انتخاب مواد اولیه گرفته تا شکل گیری محصول نهایی است. در این مقاله ، ما به فرایند دقیق نحوه تولید محصولات کاربید تنگستن خواهیم پرداخت.

آشنایی با کاربید تنگستن

کاربید تنگستن ترکیبی است که از اتم های تنگستن و کربن ساخته شده است ، با فرمول شیمیایی WC. این مشهور به سختی آن است که قابل مقایسه با الماس است و آن را برای برنامه هایی که نیاز به مقاومت و دقت بالایی دارند ، ایده آل می کند. محصولات کاربید تنگستن اغلب با یک ماده چسبنده مانند کبالت یا نیکل ترکیب می شوند تا سختی و کارآیی آنها را تقویت کنند.

مواد اولیه

مواد اولیه اولیه برای تولید کاربید تنگستن سنگ سنگهای تنگستن و منابع کربن است. سنگ معدن تنگستن به اکسید تنگستن پردازش می شود ، که سپس در جو هیدروژن به پودر فلز تنگستن کاهش می یابد. کربن به طور معمول از کربن یا گرافیت کربن با خلوص بالا تهیه می شود. کیفیت این مواد اولیه به میزان قابل توجهی بر عملکرد محصول نهایی تأثیر می گذارد.

فرآیند تولیدی

فرآیند تولید محصولات کاربید تنگستن شامل چندین مرحله کلیدی است:

5. مخلوط کردن مواد: پودر تنگستن به مدت 2-4 ساعت با کربن سیاه در یک آسیاب توپ مخلوط می شود تا از یکنواختی اطمینان حاصل شود. این مرحله بسیار مهم است زیرا بر کیفیت محصول نهایی تأثیر می گذارد. این مخلوط باید نه تنها کربن مورد نیاز برای کاربورینگ بلکه کربن مورد نیاز برای واکنش بین کربن و اکسیژن موجود در پودر را در نظر بگیرد.

2. کاربوریزاسیون: مخلوط تنگستن-کربن در یک کوره لوله کربن گرافیتی در دماهای بالا (به طور معمول بین 1300 درجه سانتیگراد تا 1600 درجه سانتیگراد) گرم می شود تا کاربید تنگستن تشکیل شود. دمای دقیق بستگی به اندازه ذرات مورد نظر محصول نهایی دارد. درجه حرارت های مختلف بر اندازه و سختی کاربید تنگستن ناشی از آن تأثیر می گذارد [1].

3. سنگ زنی و غربال: پس از کارآزمایی ، کاربید تنگستن در یک پودر ریز قرار می گیرد و برای دستیابی به اندازه ذرات یکنواخت الک شده است. ذرات ریز به طور معمول از طریق یک الک 200 مشبک می شوند ، در حالی که ذرات درشت از یک الک 60 ماش استفاده می کنند. این تضمین می کند که پودر برای فرآیندهای بعدی مناسب است [1].

4. مخلوط کردن با چسب: پودر کاربید تنگستن با یک ماده چسبنده مانند کبالت مخلوط می شود تا سختی و کارآیی آن را تقویت کند. این مخلوط برای ایجاد یک محصول قوی و بادوام بسیار مهم است. نسبت اتصال دهنده بر خواص کلی محصولات صنعتی نهایی کاربید تأثیر می گذارد [1].

5. تراکم: مخلوط با استفاده از ماشین آلات فشار قوی به شکل مورد نظر فشرده می شود. این یک 'جمع و جور سبز' ایجاد می کند که شکننده است اما شکل مورد نظر را دارد. تکنیک هایی مانند فشار ایزوستاتیک سرد (CIP) یا فشار یک محوره معمولاً استفاده می شود [1].

6. پخت و پز: جمع و جور سبز در یک کوره خلاء در دماهای بالا (به طور معمول در حدود 1500 درجه سانتیگراد) گرم می شود تا ذرات را با هم فیوز کند و در نتیجه یک ساختار کاربید جامد و متراکم ایجاد شود. پخت و پز برای دستیابی به چگالی مورد نظر و خصوصیات مکانیکی بسیار مهم است [1].

7. شکل گیری و سنگ زنی نهایی: محصول سینتر شده سپس شکل و زمین برای دستیابی به ابعاد مورد نظر و پایان سطح است. تکنیک هایی مانند ماشینکاری CNC و ماشینکاری EDM برای شکل گیری دقیق استفاده می شود [1].

تکنیک های پیشرفته ماشینکاری

پس از اینکه شکل اصلی به وجود آمد ، پالایش بیشتر از طریق روشهای مختلف برش و سنگ زنی حاصل می شود [1]:

- برش سریع سیم EDM: این مرحله اولیه شامل استفاده از ماشینکاری تخلیه الکتریکی سیم (EDM) برای برش مواد فولادی تنگستن به شکل و اندازه خشن است. این یک روش مؤثر برای شکل دهی درشت است [1].

- برش سیم متوسط: به دنبال برش خشن ، برش متوسط ​​سیم برای جزئیات دقیق تر استفاده می شود و دقت شکل قطعات کاربید تنگستن را افزایش می دهد [1].

- فرآیندهای سنگ زنی: سنگ زنی برای دستیابی به ابعاد نهایی و ویژگی های سطح مورد نیاز بسیار مهم است [1]:

- سنگ زنی سطح: این در درجه اول برای پردازش سطوح مسطح استفاده می شود ، و از کنترل موازی بودن سطح و عمود بر این استفاده می شود [1].

- سنگ زنی استوانه ای: از جمله سنگ زنی استوانه ای داخلی ، خارجی و هر دو ترکیبی ، بر پردازش قطعات دایره ای برای حفظ غلظت متمرکز است [1].

- سنگ زنی پروفایل PG: این روش تخصصی سنگ زنی برای سطوح خمیده و ماشینکاری دقیق نکات کاربید استفاده می شود و به الگوهای سنگ زنی برنامه ریزی شده خاص می پردازد [1].

- ماشینکاری CNC: ماشینکاری پس از خاکستری ، CNC ، قطعات را به ابعاد نهایی خود ، به ویژه پس از خاموش کردن درمانهای خاموش که ممکن است باعث تغییر شکل ظریف شود ، بازسازی می کند. مراکز ماشینکاری CNC با وجود هزینه های بالای مرتبط با تجهیزات ، راندمان بالایی را ارائه می دهند [1].

- چرخش CNC: چرخش CNC برای ماشینکاری سطوح پیچیده ، از جمله چرمینگ و کنترل دقیق بر زاویه ها و تحمل ها در سوراخ ها و شکاف ها بسیار مهم است [1].

- ماشینکاری EDM: برای ویژگی هایی که نیاز به تحمل های بسیار تنگ مانند سوراخ های کور دارند ، ماشینکاری EDM روش انتخاب است. برش سیم آهسته ، شکل دیگری از EDM ، برای ماشینکاری از طریق سوراخ و میکرو سوراخ ایده آل است [1].

- لمس های نهایی با برش سیم آهسته: فرآیند تولید با برش سیم آهسته به پایان می رسد ، و اطمینان می دهد که ابعاد نهایی به شدت با الزامات طراحی مطابقت دارد [1].

کاربردهای محصولات کاربید تنگستن

محصولات کاربید تنگستن به دلیل سختی استثنایی و مقاومت در برابر سایش در طیف گسترده ای از صنایع استفاده می شود. برخی از برنامه های اصلی عبارتند از:

- ابزارهای برش: کاربید تنگستن به طور گسترده ای در ابزارهای برش مانند بیت های مته ، درج فرز و تیغه های اره به دلیل توانایی آن در حفظ وضوح در شرایط استرس زیاد استفاده می شود.

-قطعات مقاوم در برابر سایش: از آن در قسمت های مقاوم در برابر سایش مانند صندلی های دریچه ، پروانه پمپ و آستر شستشو برای افزایش دوام و کاهش هزینه های نگهداری استفاده می شود.

- هوافضا و اتومبیل: کاربید تنگستن به دلیل قدرت و دقت آن در اجزای با کارایی بالا برای صنایع هوافضا و خودرو استفاده می شود.

- تولید نفت و گاز: پوشش های کاربید تنگستن برای تجهیزات حفاری و اجزای تولید برای افزایش عمر خود در محیط های ساینده اعمال می شود.

- کاربردهای پزشکی: کاربید تنگستن به دلیل سازگاری و دوام آن در ابزارهای جراحی و ایمپلنت ها استفاده می شود.

تکنیک های پیشرفته تولید

در سالهای اخیر ، تکنیک های پیشرفته مانند تولید افزودنی برای تولید قطعات کاربید تنگستن مورد بررسی قرار گرفته است. این روشها امکان ایجاد هندسه های پیچیده را فراهم می کند و به طور بالقوه می تواند زمان و هزینه های تولید را کاهش دهد.

فرآیند تولید افزودنی

فرآیند تولید افزودنی برای کاربید تنگستن شامل مخلوط کردن ذرات کاربید تنگستن با سایر کاربیدها و یک چسبان است ، سپس با استفاده از تکنیک هایی مانند ذوب لیزر انتخابی برای ایجاد شکل مورد نظر. این فرآیند انعطاف پذیری در طراحی را ارائه می دهد و می تواند قطعاتی را با جزئیات پیچیده تولید کند.

مزایای تولید افزودنی

- هندسه های پیچیده: امکان ایجاد اشکال پیچیده را فراهم می کند که دستیابی به روشهای سنتی دشوار است.

- کاهش ضایعات مواد: ضایعات مواد را با لایه های قطعات ساختمان به حداقل می رساند.

- افزایش سرعت: به طور بالقوه می تواند زمان تولید را در مقایسه با فرآیندهای سنتی پخت و پز کاهش دهد.

فناوری پوشش کاربید تنگستن

فناوری پوشش کاربید تنگستن در صنعت هوافضا بسیار محبوب است ، که می تواند به طور موثری با سایش و پارگی تجهیزات حمل و نقل هوایی مقابله کند [6]. یک فناوری پوشش به نام رسوب بخار شیمیایی با دمای پایین (CVD) معمولاً در بین مشهورترین تولید کنندگان هواپیمایی در اروپا و ایالات متحده مورد استفاده قرار می گیرد که این فرایندی برای واریز پوشش های کاربید تنگستن است و یک راه حل عملی ، فنی و تجاری در نظر گرفته شده است [6]. این امر می تواند عمر قطعات هواپیما را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و در موتورهای جت سه نسل هواپیما مانند تیفون ها و F16 استفاده می شود [6]. فرآیندهای روکش موجود شامل کاربید تنگستن اسپری شعله مافوق صوت ، آبکاری کروم سخت ، رسوب بخار فیزیکی کاربید تنگستن و انفجار سمپاش کاربید تنگستن است [6]. با این حال ، اگرچه این برنامه ها در برخی زمینه ها موفق بوده اند ، اما محدودیت های خاص خود را دارند [6].

بازیافت کاربید تنگستن

بازیافت کاربید تنگستن به دلیل استفاده گسترده در ابزارهای برش و ماشینکاری و تأثیر قابل توجه زیست محیطی و اقتصادی آن بسیار مهم است [4]. دو روش اصلی برای بازیافت کاربید تنگستن روش الکترولیتی و روش ذوب روی روی است [4]. هر یک از فرآیندها و برنامه های منحصر به فرد دارند و آنها را برای انواع مختلف مواد کاربید تنگستن زباله مناسب می کند [4].

روش الکترولیتی

روش الکترولیتی یک فرآیند کارآمد است که از پتانسیل الکترود اجزای مختلف در زباله های حاوی تنگستن استفاده می کند [4]. این روش به ویژه برای مواد زائد که شامل کاربید تنگستن و فلز کبالت است ، مؤثر است [4].

بررسی اجمالی فرآیند:

- در یک محلول اسیدی ، مانند یکی با غلظت اسید هیدروکلریک در حدود 20 گرم در لیتر ، کبالت را می توان به صورت انتخابی حل کرد ، یا هر دو کاربید کبالت و تنگستن را می توان همزمان حل کرد [4].

- از آند گرافیت و یک کاتد صفحه نیکل استفاده می شود ، جایی که کبالت در محلول حل می شود و COCL2 را تشکیل می دهد [4].

- الکترولیز در ولتاژ کم 1.0-1.5 ولت انجام می شود و منجر به انحلال کبالت و لایه برداری WC از زباله ها می شود [4].

- گل آند تولید شده سپس برای بازیابی WC پردازش می شود (شسته شده ، توپ آسیاب شده و الک شده) ، که می تواند برای تولید کاربیدهای تنگستن جدید استفاده شود [4].

مزایای:

- معرف کم و مصرف انرژی [4].

- سادگی فرآیند [4].

محدودیت ها:

- فقط برای کاربید تنگستن با محتوای کبالت بالاتر از 10 ٪ قابل استفاده است [4].

روش ذوب روی

این روش شامل استفاده از روی فلزی و درجه حرارت بالا برای بازیابی کاربید تنگستن از مواد زاید است [4]. این کار برای کاربید تنگستن زباله با محتوای کبالت کم یا آنهایی که حاوی فلزات دیگری مانند تانتالوم و تیتانیوم هستند ، مؤثر است [4].

بررسی اجمالی فرآیند:

- بلوک های کاربید تنگستن زباله و روی فلزی در داخل یک کوره خلاء قرار می گیرند [4].

- این مخلوط تا دمای بین 773 تا 873 K گرم می شود ، جایی که کبالت با روی مذاب واکنش نشان می دهد تا یک آلیاژ کابل روی تشکیل شود [4].

- در 1173 K ، روی با تقطیر خلاء برداشته می شود و پودر سست و پودر کبالت را پشت سر می گذارد [4].

- WC و پودر کبالت بازیابی شده سپس برای استفاده در تولید جدید کاربیدهای تنگستن پردازش می شوند.

مزایای:

- فرآیند تولید کوتاه [4].

- قادر به استفاده از زباله های محتوای کم کبوتر [4].

- موادی را که از نزدیک با درجه زباله های اصلی مطابقت دارند ، بازیابی می کند [4].

محدودیت ها:

- به انواع خاصی از مواد زاید نیاز دارد [4].

- تجهیزات پیچیده و مصرف انرژی زیاد [4].

- به طور کلی ، هزینه های بالاتر از روش الکترولیتی [4].

پایداری در صنعت کاربید

صنعت کاربید بخش مهمی از صنعت فلزکاری است و نقش مهمی در تولید ابزارها ، اجزای دستگاه و سایر قطعات دقیق ایفا می کند [7]. با این حال ، این صنعت همچنین در مورد پایداری با چالش های مختلفی روبرو است [7]. یکی از بزرگترین چالش ها استفاده از مواد اولیه مانند تنگستن و کبالت است که در تولید کاربیدها استفاده می شود [7]. این مواد اولیه محدود هستند و استخراج آنها می تواند اثرات محیطی مانند مصرف انرژی ، مصرف آب و انتشار CO2 داشته باشد [7]. مشکل دیگر دفع زباله های کاربید است که به دلیل محتوای بالای آن از فلزات سنگین و سایر مواد خطرناک ، می تواند بار خود را به محیط زیست وارد کند [7].

برای پرداختن به این چالش ها ، بسیاری از شرکت ها در صنعت کاربید شروع به اجرای فرآیندها و شیوه های پایدار تر کرده اند [7]. این موارد شامل استفاده از مواد اولیه بازیافت شده ، کاهش ضایعات و انتشار گازهای گلخانه ای ، بهینه سازی فرآیندهای تولید و ترویج اقتصاد دایره ای و راندمان منابع است [7]. برخی از شرکت ها همچنین بر اساس فولاد یا سرامیک بازیافت شده به مواد جایگزین مانند کاربیدها روی می آورند [7]. این مواد از این مزیت برخوردار هستند که از نظر محیط زیست سازگار با محیط زیست باشند و به مواد اولیه کمتری نیاز داشته باشند [7].

پایان

تولید محصولات کاربید تنگستن شامل یک فرآیند پیچیده است که نیاز به کنترل دقیق بر کیفیت مواد اولیه ، اختلاط ، کربن سازی و شرایط پخت دارد. محصولات حاصل در صنایع مختلف به دلیل سختی و مقاومت در برابر سایش بسیار ارزشمند هستند و آنها را برای ابزارهای برش ، قطعات مقاوم در برابر سایش و اجزای با کارایی بالا ضروری می کند.

سوالات متداول

1. کاربید تنگستن چیست؟

کاربید تنگستن ترکیبی است که از اتم های تنگستن و کربن ساخته شده است که به دلیل سختی و مقاومت در برابر سایش شناخته شده است. این ماده به طور گسترده در محصولات صنعتی کاربید استفاده می شود.

2. چگونه کاربید تنگستن تولید می شود؟

کاربید تنگستن از طریق یک فرآیند متالورژی پودر شامل مخلوط کردن پودر تنگستن با کربن ، کربوراسیون ، سنگ زنی ، مخلوط کردن با چسب ، تراکم و پخت و احوال تولید می شود.

3. کاربردهای اصلی کاربید تنگستن چیست؟

کاربید تنگستن در ابزارهای برش ، قطعات مقاوم در برابر سایش ، اجزای هوافضا ، قطعات خودرو و کاربردهای پزشکی به دلیل سختی و دوام استفاده می شود.

آیا می توان کاربید تنگستن را بازیافت کرد؟

بله ، کاربید تنگستن قابل بازیافت است. ابزارهای استفاده شده و مواد قراضه قابل استفاده مجدد و استفاده مجدد ، کاهش زباله و حفظ منابع.

5. مزایای استفاده از کاربید تنگستن در کاربردهای صنعتی چیست؟

Tungsten Carbide عمر ابزار طولانی ، کاهش هزینه های نگهداری ، بهبود دقت و افزایش بهره وری تولید را ارائه می دهد و این امر را به یک انتخاب مقرون به صرفه برای خواستار کاربردهای صنعتی تبدیل می کند.

استنادها:

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

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

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

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

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

[6] https://www.samaterials.com/content/how-does-the-new-tungsten-carbide-coating-ristring-aircraft.html

[7] https://grafhartmetall.com/en/sustainability-inthe-carbide-industry/

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

[9] https://www.linkedin.com/pulse/tungsten-carbide-market-future-trends-solutions-industry-fib5f

[10] https://grafhartmetall.com/en/innovations-in-tungsten-carbide-coatings-swiss-expertise-reeveealed/

[11] https://www.uniontool.com/news/tungsten-carbide-mills-news-archive/

[12] https://tungstencarbide42.wordpress.com/envivionalmental-impact-sustainability/

[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-outlook-an-in-depth-analysis--ofuture-growth-trends.htm

[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-matial.co.jp/fa/research-development/tungsten_recycle.html

[19] https://www.carbide-part.com/blog/comprehent-analysis-of-tungsten-carbide-carbide-caracteristics-types-applications-and-future-rends/

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