منوی محتوا
● مقدمه
● شیمی کاربید تنگستن
>> بلوک های ساختاری ابتدایی
>>> توزیع وزن
>> شش ضلعی α-WC
>>> معیارهای ساختاری کلیدی
>> مکعب β-wc
>> اندازه و عملکرد دانه
● نقش بندها: کاربید سیمان
>> چرا اتصال دهنده ها اهمیت دارند
>>> مقایسه صحافی
>> ساختارهای درجه بندی شده
● فرآیند تولیدی
>> مرحله 1: تولید پودر
>> مرحله 2: مخلوط کردن و فرز
>> مرحله 3: فشار دادن
>> مرحله 4: پخت
>> پس از فرآیند
● خصوصیات فیزیکی و مکانیکی
>> سختی در مقابل سختی تجارت
>> ثبات حرارتی
>> هدایت الکتریکی
● برنامه های کاربردی در صنایع
>> ابزار برش صنعتی
>> معدن و ساخت و ساز
>> هوا و فضا
>> پزشکی
>> کالاهای مصرفی
● روندها و نوآوری های آینده
>> تولید افزودنی
>> اقدامات پایدار
>> کاربیدهای نانو ساختار یافته
● پایان
● سوالات متداول (متداول)
>> 1. چرا کاربید تنگستن سخت تر از فولاد است؟
>> 2. آیا کاربید تنگستن می تواند زنگ بزند؟
>> 3. چگونه کاربید تنگستن بازیافت می شود؟
>> 4. تفاوت بین WC و Diamond چیست؟
>> 5. آیا کاربید تنگستن سمی است؟
● استنادها:
مقدمه
کاربید تنگستن یک ترکیب باینری از تنگستن (W) و کربن (C) است ، اما ابزار واقعی آن در شکل کامپوزیت آن نهفته است: کاربید سیمانی. این ماده بر صنایع حاکم بر دوام شدید ، از هوافضا تا جواهرات حاکم است. با تجزیه و تحلیل ترکیب آن ، ما کشف می کنیم که چرا از فولاد ، سرامیک و حتی الماس در کاربردهای خاص بهتر عمل می کند.
شیمی کاربید تنگستن
بلوک های ساختاری ابتدایی
فرمول کاربید تنگستن ، WC ، یک نسبت اتمی 1: 1 را منعکس می کند. با این حال ، توزیع وزن به دلیل جرم اتمی زیاد (183.84 گرم در مول در مقابل 12.01 گرم در مول برای کربن) به شدت به سمت تنگستن می رود.
توزیع وزن
- تنگستن (W): 93-94 ٪
- کربن (ج): 6-6.1 ٪
- عناصر ردیابی: آهن
شش ضلعی α-WC
فرم پایدار در دمای اتاق دارای یک شبکه شش ضلعی است که در آن هر اتم تنگستن توسط شش اتم کربن در یک منشور مثلثی احاطه شده است.
معیارهای ساختاری کلیدی
- طول پیوند W -C: 220 PM
- فاصله لایه: 284 بعد از ظهر بین لایه های تنگستن.
مکعب β-wc
یک فاز مکعب قابل اندازه گیری بالاتر از 2530 درجه سانتیگراد شکل می گیرد اما به سرعت پس از خنک کننده به شش ضلعی منتقل می شود.
اندازه و عملکرد دانه
- دانه های ریز (0.5-1 میکرومتر): سختی بالاتر ، مناسب برای ابزارهای دقیق.
- دانه های درشت (5-10 میکرومتر): سختی شکستگی بهتر ، ایده آل برای ابزارهای معدن.
نقش بندها: کاربید سیمان
چرا اتصال دهنده ها اهمیت دارند
WC خالص شکننده است. اضافه کردن 5-25 ٪ فلزات اتصال (به عنوان مثال ، کبالت ، نیکل) یک ماتریس انعطاف پذیر ایجاد می کند که دانه های WC را در کنار هم نگه می دارد و امکان ماشینکاری و مقاومت در برابر ضربه را فراهم می کند.
مقایسه کننده
| Binder Binder |
های |
محدودیت |
| هم |
خیس شدن بالا ، مقرون به صرفه |
مقاومت در برابر خوردگی ضعیف |
| عکسبرداری |
مقاوم در برابر خوردگی |
سختی کمتری نسبت به CO |
| NI |
مقاومت اکسیداسیون افزایش یافته |
هزینه بالاتر |
ساختارهای درجه بندی شده
کاربیدهای سیمانی پیشرفته از طرح های درجه بندی شده عملکردی استفاده می کنند:
- لایه سطح: WC بالا (94 ٪) برای مقاومت در برابر سایش.
- هسته: اتصال دهنده بالاتر (15-20)) برای جذب شوک.
فرآیند تولیدی
مرحله 1: تولید پودر
- مواد اولیه: اکسید تنگستن (WO₃) یا پاراتونگستات آمونیوم (APT).
- کاهش: هیدروژن WO₃ را به پودر تنگستن در دمای 700-1000 درجه سانتیگراد کاهش می دهد.
- کاربوریزاسیون: سیاه کربن با تنگستن در دمای 1400-1600 درجه سانتیگراد واکنش نشان می دهد.
مرحله 2: مخلوط کردن و فرز
پودر WC برای اطمینان از همگن بودن با فلز اتصال و مواد افزودنی آلی (پارافین ، PEG) مخلوط شده است.
مرحله 3: فشار دادن
- فشار یک محوره: برای اشکال ساده (به عنوان مثال ، درج).
- فشار ایزوستاتیک سرد (CIP): برای هندسه های پیچیده.
مرحله 4: پخت
- پخت و پز خلاء: از اکسیداسیون در دمای 1400-1600 درجه سانتیگراد جلوگیری می کند.
- فشار ایزوستاتیک داغ (HIP): چگالی را تقویت کرده و تخلخل را از بین می برد.
پس از فرآیند
- سنگ زنی: چرخ های الماس به دقت در سطح میکرون دست می یابند.
- پوشش: رسوب بخار فیزیکی (PVD) برای عملکرد پیشرفته لایه های قلع یا al₂o₃ را اضافه می کند.
خصوصیات فیزیکی و مکانیکی
سختی در مقابل سختی تجارت
- سختی: از 1300 HV (اتصال دهنده بالا) تا 2600 HV (اتصال کم) متغیر است.
- چقرمگی شکستگی: 8-15 MPa · M⊃1 ؛/⊃2 ؛ بسته به محتوای اتصال.
ثبات حرارتی
- مقاومت اکسیداسیون: پایدار تا 500 درجه سانتیگراد در هوا. تخریب به WO₃ بالاتر از 600 درجه سانتیگراد.
- هدایت حرارتی: 110 W/m · K (برتر از فولاد) ، امکان اتلاف گرما در ابزارهای برش را فراهم می کند.
هدایت الکتریکی
WC از نظر الکتریکی رسانا است (مقاومت 0.2 μ میکرومتر · M) ، اجازه می دهد ماشینکاری الکترو تخلیه (EDM).
برنامه های کاربردی در صنایع
ابزار برش صنعتی
- درج ها: نمرات WC-Co روکش شده حاکم بر چرخش ، فرز و حفاری است.
- اره های دایره ای: کامپوزیت ها و فلزات برش خورده دندان WC.
معدن و ساخت و ساز
- بیت های مته: WC درشت دانه در برابر سایش سنگ مقاومت می کند.
- دستگاه های خسته کننده تونل: دندان های WC روی سرهای برش.
هوا و فضا
- تیغه های توربین: پوشش های WC در برابر فرسایش محافظت می کنند.
- نازل موشک: ثبات درجه حرارت بالا.
پزشکی
- ابزارهای جراحی: پوشش های WC-CR₃C₂ چسبندگی باکتریایی را کاهش می دهد.
- دفن دندانپزشکی: سنگ زنی دقیق مینای دندان.
کالاهای مصرفی
-جواهرات: حلقه های WC Hypoallergenic (بدون-هرز بدون اتصال).
- تجهیزات ورزشی: درج باشگاه گلف برای دوام.
روندها و نوآوری های آینده
تولید افزودنی
- Binder Jetting: قطعات WC با چاپ سه بعدی با هندسه های پیچیده.
-فیوژن بستر پودر لیزر: اجزای WC-NI با چگالی بالا برای هوافضا.
اقدامات پایدار
- بازیافت: بازیابی کبالت و تنگستن از کاربید قراضه.
- اتصال دهنده های جایگزین: آلیاژهای آهن-نیکل برای کاهش وابستگی کبالت.
کاربیدهای نانو ساختار یافته
- Nano-WC (50-100 نانومتر): 20 ٪ سختی بالاتر از نمرات معمولی.
- WC تقویت شده با گرافن: سختی شکستگی.
پایان
ترکیب کاربید تنگستن - 94 ٪ تنگستن و 6 ٪ کربن - پیچیدگی آن را دارد. از طریق آلیاژ استراتژیک با اتصال دهنده هایی مانند کبالت ، به تعادل سختی و چقرمگی که توسط اکثر مواد بی نظیر است ، می رسد. نوآوری در تولید مواد افزودنی و مهندسی نانو قول می دهد برنامه های خود را بیشتر گسترش دهد و نقش آن را به عنوان یک صنعت صنعت مدرن تقویت کند.
سوالات متداول (متداول)
1. چرا کاربید تنگستن سخت تر از فولاد است؟
اوراق قرضه کووالانسی WC از اوراق قرضه فلزی در فولاد قوی تر است. شبکه شش ضلعی آن نیز در برابر جنبش جابجایی مقاومت می کند.
2. آیا کاربید تنگستن می تواند زنگ بزند؟
WC خالص مقاوم در برابر خوردگی است ، اما نمرات پیوند شده با کبالت ممکن است در محیط های اسیدی اکسیده شود. اتصال دهنده های نیکل مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشند.
3. چگونه کاربید تنگستن بازیافت می شود؟
کاربید قراضه خرد شده ، اکسیده شده به wo₃ و کاهش به تنگستن. کبالت از طریق هیدرومتالورژی بازیابی می شود.
4. تفاوت بین WC و Diamond چیست؟
الماس (10 MOHs) از WC (9-9-5 MOHS) سخت تر است ، اما WC از الماس در برنامه های درجه حرارت بالا (> 600 درجه سانتیگراد) بهتر است.
5. آیا کاربید تنگستن سمی است؟
گرد و غبار WC در صورت استنشاق خطرناک است ، اما قطعات سینتر از نظر بیولوژیکی بی اثر هستند. نمرات پیوند نیکل از نگرانی های مربوط به سمیت مربوط به کبالت جلوگیری می کند.
استنادها:
[1] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[2] https://www.insaco.com/material/tungsten-carbide/
[3] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[4] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/
[5] https://www.totalmateria.com/en-us/articles/tungsten-carbide-metals-1/
[6] https://www.mdpi.com/2075-4701/11/12/2035
[7] https://shop.machinemfg.com/the-pros-and-cons-of-tungsten-carbide-a-comprehent-guide/
[8] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html
[9] https://collegedunia.com/exams/tungsten-carbide-synthesis-properties-and-toxicity-chemistry-articleid-5537
[10] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[11] https://www.allied-matial.co.jp/fa/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[12] https://www.chemicalbook.com/article/crystal-structure-and-uses-of-tungsten-carbide.htm
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/file:-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg
[14] https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1237216/fulltext01.pdf
[15] https://www.retopz.com/57-frequely-asked-questions-faqs-about-tungsten-carbide/
[16] https://hpvchemicals.oecd.org/ui/handler.axd؟id=ed1c76bf-DAD9-4BAA-8D1B-70FED7F92862
[17] https://www.star-su.com/wp-content/uploads/hb-carbide-grade-chart-and-data-esheets.pdf
[18] http://hardmetal-engineering.blogspot.com/2011/
[19] http://www.carbidetechnologies.com/faq/what-is-tungsten-carbide/
[20] https://carbosystem.com/en/tungsten-carbide/
[21] https://www.hitechseals.com/includes/pdf/tungsten_carbide.pdf
[22] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/tungsten-carbide
[23] https://www.harcourt.co/overview_document/tungsten٪20Carbide٪20Data٪20Sheet.pdf
[24] https://www.woksal.com/dokumenta/woksal-hard-metal.pdf
[25] https://www.dymetalloys.co.uk/what-is-tungsten-carbide
[26] https://www.refractorymetal.org/physical-chemical-properties-of-tungsten.html
[27] https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-1894
[28] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/tungsten_carbide
[29] https://www.imetra.com/tungsten-carbide-matial-properties/
[30] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/tungsten-carbide-_w2c
[31] https://rrcarbide.com/understanding-tungsten-carbide-composition-uses-and-expertise/
[32] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedatasheet.pdf
[33] https://www.dymetalloys.co.uk/what-is-tungsten-carbide/grade-chart
[34] http://www.machiningtech.com/tungsten-carbide-prade-chart.html
[35] https://www.hyperionmt.com/en/products/carbide-rolls/grade-data/
[36] https://www.istockphoto.com/photo/crystaline-structure-of-tungsten-carbide-gm16044155-17867637
[37] https://www.generalcarbide.com/wp-content/uploads/2019/04/generalcarbide-designers_guide_tungstencarbide.pdf
[38] https://commons.wikimedia.org/wiki/file:-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg
[39] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0263436823002019
[40] https://cen.acs.org/materials/chemistry-pictures-tungsten-carbide-slice/103/web/2025/02
[41] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s026343681830533x
[42] https://www.atomic-scale-physics.de/lattice/struk/bh.html
[43] https://www.tungco.com/insights/blog/frequely-asked-questions-use-tungsten-carbide-inserts/
[44] https://www.tungstenworld.com/pages/tungsten-news-common-questions-bout-tungsten
[45] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[46] https://tuncomfg.com/about/faq/
[47] https://www.zzbetter.com/new/understanding-the-composition-and-properties-of-tungsten-carbide-and-titanium-carbide.html
[48] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/
[49] https://www.hit-tw.com/newsdetails.aspx؟nid=298
[50] https://shop.machinemfg.com/tungsten-carbide-an-overview/
[51] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[52] https://www.linkedin.com/pulse/questions-composite-matials-tungsten-carbide-slei-lei
[53] https://www.aemmetal.com/news/tungsten-vs-tungsten-carbide-guide.html
[54] https://www.insaco.com/material/tungsten-carbide/
