Sisältövalikko
● Johdanto volframikarbidiin
>> Raaka -aineet
● Valmistusprosessi
● Edistyneet koneistustekniikat
● Volframikarbidituotteiden sovellukset
● Edistyneitä valmistustekniikoita
>> Lisäaineiden valmistusprosessi
>> Lisäaineiden valmistuksen edut
● Volframikarbidipinnoitustekniikka
● Volframikarbidin kierrätys
>> Elektrolyyttinen menetelmä
>> Sinkin sulatusmenetelmä
● Kestävyys hiilihydrbiditeollisuudessa
● Johtopäätös
● Usein kysyttyjä kysymyksiä
>> 1. Mikä on volframikarbidi?
>> 2. Kuinka volframikarbidia valmistetaan?
>> 3. Mitkä ovat volframikarbidin keskeiset sovellukset?
>> 4. Voiko volframikarbidi kierrättää?
>> 5. Mitä hyötyä on volframikarbidin käytöstä teollisissa sovelluksissa?
● Viittaukset:
Volframikarbidi, joka tunnetaan poikkeuksellisesta kovuudestaan ja kulutuskestävyydestään, on tärkeä materiaali karbiditeollisuustuotteiden tuotannossa. Näitä tuotteita käytetään laajasti eri toimialoilla, mukaan lukien valmistus, kaivos-, ilmailu- ja autoteollisuus. Valmistusprosessi Volframikarbidi sisältää useita monimutkaisia vaiheita raaka -aineiden valinnasta lopputuotteen muotoiluun. Tässä artikkelissa pohdimme yksityiskohtaista prosessia siitä, kuinka volframikarbidituotteet valmistetaan.
Johdanto volframikarbidiin
Volframikarbidi on volframin ja hiiliatomien valmistettu yhdiste, jolla on WC: n kemiallinen kaava. Se on tunnettu kovuudestaan, joka on verrattavissa timanttiin, joten se on ihanteellinen sovelluksille, jotka vaativat suurta kulutuskestävyyttä ja tarkkuutta. Volframikarbidituotteet yhdistetään usein sideainemateriaaliin, kuten kobolttiin tai nikkeliin, niiden sitkeyden ja työstettävyyden parantamiseksi.
Raaka -aineet
Ensisijaiset raaka -aineet volframikarbidin tuottamiseksi ovat volframimalmi ja hiililähteet. Volframiimalmi prosessoidaan volframioksidiksi, joka sitten pelkistetään volframmetallijauheeksi vety ilmakehässä. Hiili on tyypillisesti hankittu hiilimustasta tai grafiitista. Näiden raaka -aineiden laatu vaikuttaa merkittävästi lopputuotteen suorituskykyyn.
Valmistusprosessi
Volframikarbidituotteiden valmistusprosessi sisältää useita avainvaiheita:
1. Materiaalin sekoittaminen: volframi-jauhe sekoitetaan hiilimustalla pallomyllyssä 2–4 tunnin ajan tasaisuuden varmistamiseksi. Tämä vaihe on ratkaisevan tärkeä, koska se vaikuttaa lopputuotteen laatuun. Seoksessa on otettava huomioon hiilen, joka tarvitaan hiilen ja jauheen hiilen ja hapen väliseen reaktioon tarvittava hiili.
2 Tarkka lämpötila riippuu lopputuotteen halutusta hiukkaskoosta. Eri lämpötilat vaikuttavat tuloksena olevan volframikarbidin viljakokoon ja kovuuteen [1].
3. Hioma ja seulonta: Hindframikarbidi jauhetaan hiilihapojen jälkeen hienona jauheeseen ja se on seulottu tasaisten hiukkaskokojen saavuttamiseksi. Hienot hiukkaset seulotaan tyypillisesti 200 mesh-seulan kautta, kun taas karkeat hiukkaset käyttävät 60 mesh-seulaa. Tämä varmistaa, että jauhe soveltuu seuraaviin prosesseihin [1].
4. Sekoittaminen sideaineen kanssa: volframikarbidijauhe sekoitetaan sideainemateriaalin, kuten koboltin, kanssa sen sitkeyden ja toimitettavuuden parantamiseksi. Tämä seos on ratkaisevan tärkeä vahvan ja kestävän tuotteen luomiseksi. Sideaineen osuus vaikuttaa lopullisten karbiditeollisuustuotteiden kokonaisominaisuuksiin [1].
5. Tiivistys: Seos painetaan haluttuun muotoon käyttämällä korkeapainekoneja. Tämä luo 'vihreän kompaktin ', joka on hauras, mutta sillä on suunniteltu muoto. Yleisesti käytetään tekniikoita, kuten kylmä isostaattinen puristus (CIP) tai yksiaksiaalista puristamista [1].
6. Sintra: Vihreä kompakti lämmitetään tyhjiöuunissa korkeissa lämpötiloissa (tyypillisesti noin 1500 ° C) hiukkasten sulattamiseksi yhteen, mikä johtaa kiinteään ja tiheään karbidirakenteeseen. Sintrainti on kriittistä halutun tiheyden ja mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi [1].
7. Lopullinen muotoilu ja hionta: Sintroitu tuote muotoiltaan ja jauhetaan haluttujen mittojen ja pintapinnan saavuttamiseksi. Tarkalle muotoiluun käytetään tekniikoita, kuten CNC -koneistusta ja EDM -koneistamista [1].
Edistyneet koneistustekniikat
Kun perusmuoto on sintrattu, lisämuodostus saavutetaan erilaisilla leikkaus- ja hiomamenetelmillä [1]:
- Nopea langan EDM -leikkuu: Tämä alkuvaihe sisältää langan sähköpurkauksen koneistuksen (EDM) käyttöä volframiteräsmateriaalin leikkaamiseksi karkeaan muotoon ja kokoon. Se on tehokas menetelmä karkealle muotoiluun [1].
- Keskikokoinen johdinleikkaus: Karkean leikkauksen jälkeen keskipitkän yksityiskohtien yksityiskohdat käytetään keskikokoisen langan leikkausta, mikä parantaa volframikarbidiosien muodon tarkkuutta [1].
- Hiomaprosessit: Hioma on välttämätöntä tarvittavien lopullisten mittojen ja pintaominaisuuksien saavuttamiseksi [1]:
- Pinnan jauhaminen: Tätä käytetään ensisijaisesti tasaisten pintojen käsittelemiseen, varmistaen pinnan yhdensuuntaisuuden ja kohtisuorisuuden hallinnan [1].
- Sylinterimäinen jauhaminen: Sisältää sisäiset, ulkoiset ja molemmat yhdistetyt lieriömäiset hionta keskittyy pyöreiden osien käsittelyyn samankeskisyyden ylläpitämiseksi [1].
- PG -profiilin hionta: Tätä erikoistunutta hiomamenetelmää käytetään kaareviin pintoihin ja karbidikärjen tarkkaan koneistus, tarkkailemalla tiettyjä ohjelmoituja hiontakuvioita [1].
- CNC-koneistus: Postrauhan jälkeinen CNC-koneistus tarkentaa osat niiden lopullisiin mittoihin, etenkin sammuttamisen jälkeen, jotka saattavat aiheuttaa hienovaraisia muodonmuutoksia. CNC -koneistuskeskukset tarjoavat korkean hyötysuhteen huolimatta laitteisiin liittyvistä korkeista kustannuksista [1].
- CNC: n kääntö: CNC -käännös on ratkaisevan tärkeää kompleksipintojen koneistamiselle, mukaan lukien reikien ja paikkojen kulmien ja toleranssien tarkka hallinta [1].
- EDM -koneistus: Ominaisuuksille, jotka vaativat erittäin tiukkoja toleransseja, kuten sokeaa reikiä, EDM -koneistus on valittu menetelmä. Hidas langan leikkaus, toinen EDM-muoto, on ihanteellinen reikä- ja mikroreiän koneistukselle [1].
- Lopulliset kosketukset hitaalla langanleikkauksella: valmistusprosessi päättyy hitaaseen langanleikkaukseen varmistaen, että lopulliset mitat ovat tiukasti yhdenmukaisia suunnitteluvaatimusten kanssa [1].
Volframikarbidituotteiden sovellukset
Volframikarbidituotteita käytetään monilla teollisuudenaloilla poikkeuksellisen kovuuden ja kulutuskestävyyden vuoksi. Joitakin keskeisiä sovelluksia ovat:
- Leikkaustyökalut: Volframikarbidia käytetään laajasti työkalujen, kuten porausbittien, jauhamislaitteiden ja sahaterien leikkaamiseen, koska se kykenee ylläpitämään terävyyttä korkeissa stressiolosuhteissa.
-Kulutuskeskeiset osat: Sitä käytetään kulutuskeskeisissä osissa, kuten venttiilien istuimissa, pumpun juoksupyöräreissä ja murskainvuorissa kestävyyden parantamiseksi ja ylläpitokustannusten vähentämiseksi.
- Ilmailutila ja auto: volframikarbidia käytetään korkean suorituskyvyn komponenteissa ilmailu- ja autoteollisuudessa sen vahvuuden ja tarkkuuden vuoksi.
- Öljyn ja kaasun tuotanto: Porframikarbidipinnoitteet levitetään porauslaitteisiin ja tuotantokomponentteihin niiden käyttöiän pidentämiseksi hankaavissa ympäristöissä.
- Lääketieteelliset sovellukset: Volframikarbidia käytetään kirurgisissa työkaluissa ja implantteissa sen biologisen yhteensopivuuden ja kestävyyden vuoksi.
Edistyneitä valmistustekniikoita
Viime vuosina on tutkittu edistyneitä tekniikoita, kuten lisäaineiden valmistusta, volframikarbidiosien tuottamiseksi. Nämä menetelmät mahdollistavat monimutkaisten geometrioiden luomisen ja voivat mahdollisesti vähentää tuotantoaikaa ja kustannuksia.
Lisäaineiden valmistusprosessi
Volframikarbidin lisäaineiden valmistusprosessi sisältää volframikarbidihiukkasten sekoittamisen muiden karbidien ja sideaineen kanssa, sitten käyttämällä tekniikoita, kuten selektiivistä laserisulaamista halutun muodon luomiseksi. Tämä prosessi tarjoaa joustavuutta suunnittelussa ja voi tuottaa osia monimutkaisia yksityiskohtia.
Lisäaineiden valmistuksen edut
- Monimutkaiset geometriat: mahdollistaa monimutkaisten muotojen luomisen, joita on vaikea saavuttaa perinteisillä menetelmillä.
- Vähentynyt materiaalijäte: Minimoi materiaalijätteet rakentamalla kerros kerroskerroksella.
- Lisääntynyt nopeus: voi mahdollisesti vähentää tuotantoaikaa perinteisiin sintrausprosesseihin verrattuna.
Volframikarbidipinnoitustekniikka
Volframikarbidipinnoitustekniikka on erittäin suosittu ilmailualan teollisuudessa, mikä pystyy tehokkaasti käsittelemään ilmailulaitteiden kulumista [6]. Pinnoitustekniikkaa, jota kutsutaan matalan lämpötilan kemiallisesta höyryn laskeutumisesta (CVD), käytetään yleisesti Euroopan ja Yhdysvaltojen kuuluisimpien ilmailunvalmistajien joukossa, mikä on prosessi volframikarbidipinnoitteiden tallettamiseen ja sitä on pidetty käytännöllisenä, teknisenä ja kaupallisena ratkaisuna [6]. Se voi pidentää merkittävästi lentokoneiden käyttöä ja sitä käytetään laajasti kolmen lentokoneen sukupolven, kuten taifuunien ja F16: n suihkumoottoreissa [6]. Nykyisiin päällystysprosesseihin kuuluvat yliäänen liekin suihkutus volframikarbidi, kova kromipinnoitus, volframikarbidin fysikaalinen höyryn laskeutuminen ja volframikarbidin räjähdyssuihkutus [6]. Vaikka nämä sovellukset ovat onnistuneet joillakin alueilla, niillä on omat rajoituksensa [6].
Volframikarbidin kierrätys
Volframikarbidin kierrätys on ratkaisevan tärkeää sen laajan käytön vuoksi leikkaus- ja koneistusvälineissä ja sen merkittävissä ympäristö- ja taloudellisissa vaikutuksissa [4]. Kaksi ensisijaista menetelmää volframikarbidin kierrättämiseksi ovat elektrolyyttinen menetelmä ja sinkin sulatusmenetelmä [4]. Jokaisella on ainutlaatuisia prosesseja ja sovelluksia, joten ne sopivat erityyppisiin jätteiden volframikarbidimateriaaleihin [4].
Elektrolyyttinen menetelmä
Elektrolyyttinen menetelmä on tehokas prosessi, joka hyödyntää eri komponenttien elektrodipotentiaalia volframia sisältävässä jätteessä [4]. Tämä menetelmä on erityisen tehokas jätemateriaaleille, jotka sisältävät volframikarbidia ja kobolttimetallia [4].
Prosessin yleiskatsaus:
- Happamassa liuoksessa, kuten sellainen, jolla on noin 20 g/l, koboltti voidaan liuottaa, tai sekä koboltti- että volframikarbidi voidaan liuottaa samanaikaisesti liuenneen [4].
- Käytetään grafiitti -anodia ja nikkelilevyn katodia, jossa koboltti liukenee liuokseen muodostaen COCL2: n [4].
- Elektrolyysi suoritetaan alhaisella jännitteellä 1,0-1,5 V, mikä johtaa koboltin liukenemiseen ja WC: n kuorimiseen jätteistä [4].
- Tuotettu anodin muta prosessoidaan sitten (pestään, pallo jauhetaan ja seulotaan) WC: n palauttamiseksi, jota voidaan käyttää uudelleen uusien volframikarbidien tuottamiseksi [4].
Edut:
- Matala reagenssi ja energiankulutus [4].
- Prosessin yksinkertaisuus [4].
Rajoitukset:
- vain sovellettavissa volframikarbidin jätteisiin, joiden kobolttipitoisuus on yli 10%[4].
Sinkin sulatusmenetelmä
Tämä menetelmä sisältää metallisen sinkin ja korkeiden lämpötilojen käytön volframikarbidin palauttamiseksi jätemateriaaleista [4]. Se on tehokas jätteiden volframikarbidille, jolla on matala kobolttipitoisuus, tai niille, jotka sisältävät muita metalleja, kuten tantaali ja titaani [4].
Prosessin yleiskatsaus:
- Jäte volframikarbidilohkot ja metallinen sinkki asetetaan upokkaaseen tyhjiöuunin sisällä [4].
- Seosta lämmitetään lämpötiloihin välillä 773- 873 K, missä koboltti reagoi sulan sinkin kanssa sinkkikobalttiseoksen muodostamiseksi [4].
- 1173 K: n kohdalla sinkki poistetaan tyhjiötislauksella, jättäen taakse löysä WC ja kobolttijauhe [4].
- Salatut WC- ja kobolttijauhe prosessoidaan sitten (pallo jauhetut ja seulotut) käytettäväksi volframikarbidien uudessa tuotannossa [4].
Edut:
- Lyhyt tuotantoprosessi [4].
- Pystyy käsittelemään matala-kobalttipitoisuusjätteitä [4].
- palauttaa materiaalit, jotka vastaavat läheisesti alkuperäisen jätteen luokkaa [4].
Rajoitukset:
- Vaatii tietyntyyppisiä jätemateriaalia [4].
- Monimutkaiset laitteet ja korkean energiankulutus [4].
- Yleensä korkeammat kustannukset kuin elektrolyyttinen menetelmä [4].
Kestävyys hiilihydrbiditeollisuudessa
Carbide -teollisuus on tärkeä osa metallintyöstöteollisuutta ja sillä on ratkaiseva rooli työkalujen, konikomponenttien ja muiden tarkkuusosien valmistuksessa [7]. Teollisuus kohtaa kuitenkin myös erilaisia kestävyyttä koskevia haasteita [7]. Yksi suurimmista haasteista on raaka -aineiden, kuten volframin ja koboltin, käyttö, joita käytetään karbidien tuotannossa [7]. Nämä raaka -aineet ovat rajalliset ja niiden louhinnalla voi olla ympäristövaikutuksia, kuten energiankulutus, vedenkäyttö ja hiilidioksidipäästöt [7]. Toinen ongelma on karbidijätteen hävittäminen, joka voi usein aiheuttaa ympäristön taakan sen suuren raskasmetallien ja muiden vaarallisten aineiden pitoisuuden vuoksi [7].
Näiden haasteiden ratkaisemiseksi monet hiiliharbide -teollisuuden yritykset ovat alkaneet toteuttaa kestävämpiä prosesseja ja käytäntöjä [7]. Näitä ovat kierrätettyjen raaka -aineiden käyttäminen, jätteiden ja päästöjen vähentäminen, tuotantoprosessien optimointi sekä kiertotalouden ja resurssien tehokkuuden edistäminen [7]. Jotkut yritykset kääntyvät myös vaihtoehtoisiin materiaaleihin, kuten kierrätetyn teräksen tai keramiikan perusteella [7]. Näiden materiaalien etuna on ympäristöystävällisempi ja vaatii vähemmän raaka -aineita [7].
Johtopäätös
Volframikarbidituotteiden valmistus sisältää monimutkaisen prosessin, joka vaatii tarkan ohjauksen raaka -aineiden laadun, sekoittamisen, hiilihapojen ja sintrausolosuhteiden suhteen. Tuloksena olevat tuotteet ovat erittäin arvostettuja eri toimialoilla niiden poikkeuksellisen kovuuden ja kulumiskestävyyden vuoksi, mikä tekee niistä välttämättömiä työkalujen, kulutuskesistenttien osien ja korkean suorituskyvyn komponenttien suhteen.
Usein kysyttyjä kysymyksiä
1. Mikä on volframikarbidi?
Volframikarbidi on volframin ja hiiliatomien valmistettu yhdiste, joka tunnetaan poikkeuksellisesta kovuudestaan ja kulumiskestävyydestään. Sitä käytetään laajasti Carbide -teollisuustuotteissa.
2. Kuinka volframikarbidia valmistetaan?
Volframikarbidi valmistetaan jauhemetallurgiaprosessin avulla, johon sisältyy volframi -jauheen sekoittaminen hiilen kanssa, hiilen kanssa, hiilen kanssa, jauhaminen, sekoittaminen sideaineen, tiivistymisen ja sintrauksen kanssa.
3. Mitkä ovat volframikarbidin keskeiset sovellukset?
Volframikarbidia käytetään työkalujen, kulutuskesistenttien osien, ilmailu- ja avaruuskomponenttien, autojen ja lääketieteellisten sovellusten kovuuden ja kestävyyden vuoksi.
4. Voiko volframikarbidi kierrättää?
Kyllä, volframikarbidi voidaan kierrättää. Käytetyt työkalut ja romumateriaali voidaan hyödyntää ja käyttää uudelleen, vähentämällä jätteitä ja säilyttäen resursseja.
5. Mitä hyötyä on volframikarbidin käytöstä teollisissa sovelluksissa?
Volframikarbidi tarjoaa pidennetyn työkalun käyttöikän, vähentyneet ylläpitokustannukset, parannetun tarkkuuden ja parannetun valmistuksen tehokkuuden, mikä tekee siitä kustannustehokkaan valinnan teollisuussovellusten vaativille.
Viittaukset:
[1] https://www.carbide-products.com/blog/how-turnsten-carbide-parts-made/
.
[3] https://www.tungstenmetalsgroup.com/blog-blog/tungsten-scrap-metal-recycling
[4] https://www.carbide-products.com/blog/tungsten-carbide-recycling/
[5] https://www.persistencemarketresearch.com/market-research/tungsten-carbide-powder-market.asp
.
.
[8] https://patents.google.com/patent/ep2521799a1/en
[9.
.
[11] https://www.uniontool.com/news/tungsten-carbide-end-mills-news-archive/
.
[13] https://www.itia.info/wp-content/uploads/2023/07/itia_newsletter_2019_08.pdf
[14.
[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-material.co.jp/en/research-development/tungsten_recycle.html
[19.
[20] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en
