Izbornik sadržaja
● Što je volfram karbid?
>> Sastav i proizvodnja
>> Svojstva volframovog karbida
● Razumijevanje otpornosti na koroziju
>> Mehanizmi korozije
>> Čimbenici koji utječu na otpor korozije
● Korozijska otpornost na volfram karbida
>> Ponašanje u različitim okruženjima
>> Uloga vezivne faze
● Povećavanje otpornosti na koroziju
>> Legiranje
>> Premaz
>> Površinski obrada
● Volfram karbid u odnosu na ostale materijale
>> Nehrđajući čelik
● Primjene volframskog karbida otpornog na koroziju
>> Naftna i plinska industrija
>> Kemijska obrada
>> Mornarica
>> Ostale industrije
● Zaključak
● FAQ
>> 1. Što čini koroziju volfram-karbida otpornim na koroziju?
>> 2. Kako materijal veziva utječe na korozijsku otpornost volframovog karbida?
>> 3. Koji su najbolji načini za poboljšanje otpornosti na koroziju volfram -karbida?
>> 4. U kojim okruženjima volfram karbid pokazuje lošu otpornost na koroziju?
>> 5. Koje su neke tipične primjene volframovog karbida otpornih na koroziju?
● Navodi:
Volfram karbid poznat je po izuzetnoj tvrdoći, otpornosti na habanje i stabilnosti u teškim okruženjima [2] [7] [4]. Njegova otpornost na koroziju kritično je svojstvo koje određuje njegovu prikladnost za različite industrijske primjene, uključujući one u kemijskom, naftnoj i morskom sektoru [7]. Ovaj članak istražuje otpor korozije Volfram karbid , njegovi temeljni mehanizmi, čimbenici koji utječu na njegovo ponašanje korozije i kako se uspoređuje s drugim materijalima u korozivnim okruženjima [2] [4].
Što je volfram karbid?
Volfram karbid (WC) je spoj sastavljen od atoma volframa i ugljika [7]. To je tvrd, krhki materijal koji se obično proizvodi metalurgijom praha, gdje se prah volfram karbida miješa s vezivnim metalom, obično kobaltom (CO), a zatim sinterira na visokim temperaturama [7] [1]. Rezultirajući materijal, koji se često naziva cementiranim karbidom, kombinira visoku tvrdoću i otpornost na habanje volframovog karbida s žilavošću i čvrstoćom vezivnog metala [1].
Sastav i proizvodnja
- Volfram karbid sintetizira se kombiniranjem volframa i ugljika na visokim temperaturama [7].
- Rezultirajući prah se miješa s vezivnim metalom (obično kobaltom) [1].
- Smjesa je zbijena u željeni oblik, a zatim sinterirana, postupak koji konsolidira materijal pri visokim temperaturama [1].
Svojstva volframovog karbida
- Visoka tvrdoća: Volfram karbid je izuzetno tvrd, s tvrdoćom MOHS -a od oko 9, drugi samo do dijamanta [9].
- Otpornost na habanje: pokazuje izvrsnu otpornost na abrazivno i erozivno trošenje, što ga čini prikladnim za rezanje alata i nosite dijelove [3].
- Visoka talina: Volfram karbid ima visoku talicu (otprilike 2,747 ° C), pružajući stabilnost na povišenim temperaturama [9].
- Otpor korozije: otporan je na mnoge korozivne medije, osiguravajući stabilnost performansi u teškim okruženjima [7].
- Kemijska stabilnost: Volfram karbid je kemijski stabilan i ne reagira lako s drugim tvarima na sobnoj temperaturi [7] [9].
Razumijevanje otpornosti na koroziju
Otpornost na koroziju je sposobnost materijala da izdrži razgradnju uzrokovanu kemijskim ili elektrokemijskim reakcijama s njegovim okolinom [2]. U kontekstu volfram -karbida, otpornost na koroziju ključna je za održavanje svog strukturnog integriteta i performansi u korozivnim uvjetima [1].
Mehanizmi korozije
Korozija je proces u kojem se materijal oksidira tvarima u okolišu, zbog čega gubi elektrone [2]. Primarni mehanizmi koji utječu na volfram karbid uključuju:
- Kemijska korozija: izravni kemijski napad kiselina, baza ili drugih korozivnih sredstava [1].
- Elektrokemijska korozija: korozija zbog stvaranja elektrokemijskih stanica na površini materijala [6].
- Galvanska korozija: nastaje kada su dva različita metala u kontaktu u prisutnosti elektrolita [6].
- Korozija korozije: lokalizirana korozija u prazninama ili pukotinama gdje se stajaće otopine mogu akumulirati [1].
Čimbenici koji utječu na otpor korozije
Nekoliko čimbenika utječe na korozijsku otpornost na volfram karbida:
- Kemijski sastav: Sastav volframovog karbida, uključujući vrstu i količinu vezivnog metala, značajno utječe na njegovu otpornost na koroziju [7].
- PH vrijednost: kiselost ili alkalnost okoliša igra ključnu ulogu. Volfram karbid s kobaltnim vezivima obično se dobro snalazi na razini pH iznad 9, ali slabo ispod pH 6 [2].
- Temperatura: veće temperature mogu ubrzati stope korozije [1].
- Korozivni mediji: Specifična korozivna sredstva prisutna u okolišu (npr. Klorovodična kiselina, dušična kiselina) mogu imati različite učinke na volfram -karbid [7].
- Mikrostruktura: Veličina zrna, poroznost i raspodjela faza karbida i veziva utječu na otpornost na koroziju [1].
Korozijska otpornost na volfram karbida
Volfram karbid pokazuje dobru otpornost na koroziju raznim medijima, uključujući benzin, aceton, etanol, organska otapala, amonijak, baze i slabe kiseline [1]. Međutim, njegova izvedba može se značajno razlikovati na temelju specifičnih uvjeta i sastava materijala [1].
Ponašanje u različitim okruženjima
- Kiseline: Volfram karbid može se brzo pogoršati u jakim kiselinama poput klorovodične i hidrofluorske kiseline [1].
- Alkalis: Obično pokazuje dobru otpornost na alkalna okruženja, posebno pri višim razinama pH [2].
- Soli: Otpornost na otopine soli ovisi o specifičnoj soli i koncentraciji. Ispitivanja soli prskanja obično se koriste za procjenu otpornosti na koroziju u morskim okruženjima [3].
- Voda: Volfram karbid obično dobro djeluje u vodi iz slavine, ali na njegov otpor može utjecati na nečistoće i razine pH [1].
Uloga vezivne faze
Kobalt je široko korišteno vezivo u volframovoj karbidu zbog svoje sposobnosti mokrih zrna volframovog karbida tijekom sinteriranja tekuće faze [1]. Međutim, kobalt je osjetljiv na koroziju, što može dovesti do razgradnje cijelog materijala [1].
- Ispitivanje kobalta: U korozivnim okruženjima kobalt se može selektivno otopiti, ostavljajući porozni kostur od volfram karbida [1]. Ovaj postupak, poznat kao ispiranje kobalta, smanjuje strukturni integritet materijala i može uzrokovati ismijavanje žitarica karbida [1].
- Poboljšanje otpornosti na koroziju: legiranje kobalta s elementima poput kroma, molibdena ili nikla može poboljšati njegovu otpornost na koroziju [1]. U nekim se slučajevima potpuno zamjenjivanje nikla za kobalt pokazao učinkovitim u visoko korozivnim okruženjima [1].
Povećavanje otpornosti na koroziju
Nekoliko strategija može se upotrijebiti za poboljšanje korozije otpornosti volframa karbida:
Legiranje
- Krom: Dodavanje kroma u kobaltno vezivo može poboljšati otpornost na oksidaciju i koroziju [1].
- Nikal: Nikal može zamijeniti kobalt kako bi osigurao vrhunsku otpornost na koroziju u jakim kiselim okruženjima [1].
- Molibden: Molybden povećava otpornost na koroziju u specifičnim kemijskim medijima [1].
Premaz
Primjena zaštitnih premaza može stvoriti barijeru između supstrata volframovog karbida i korozivnog okruženja [3].
- CVD premazi volfram karbida: Kemijsko taloženje pare (CVD) može proizvesti nanostrukturirane prevlake protiv volfram karbida s pojačanom tvrdoćom, otpornošću na abraziju i otpornošću na koroziju [3]. Ove su premaze posebno učinkovite u sprječavanju korozije u agresivnim medijima i na temperaturama do 400 ° C [3].
- Tvrda kromirana oplata: Iako je tvrda kromirana oplata uobičajena metoda zaštite od korozije, premazi CVD volfram karbida pokazali su vrhunske performanse u testovima za sprej soli [3].
-HVOF premazi: Prevlaci s oksima (HVOF) visoke brzine mogu osigurati gusti, dobro vezani sloj, ali mogu zahtijevati brtvljenje kako bi se spriječilo koroziju temeljnog supstrata [3].
Površinski obrada
Modificiranje površine volfram karbida može poboljšati njegovu otpornost na koroziju [7].
- Poliranje: Glatka površinska završna obrada smanjuje broj potencijalnih mjesta za pokretanje korozije [7].
- Pasivacija: Kemijski tretmani mogu stvoriti pasivni sloj koji štiti materijal od korozije [2].
Volfram karbid u odnosu na ostale materijale
Otpornost na koroziju volfram karbida može se usporediti s onom od ostalih uobičajenih materijala u korozivnim okruženjima [4]:
Nehrđajući čelik
- Otpornost na koroziju: Nehrđajući čelik je poznat po svojoj otpornosti na koroziju zbog stvaranja sloja pasivnog kroma oksida [7].
- Mehanička svojstva: Volfram karbid uglavnom ima veću otpornost tvrdoće i habanja u usporedbi s nehrđajućim čelikom [9].
- Primjene: Volfram karbid preferira se u aplikacijama koje zahtijevaju visoku otpornost na habanje i otpornost na koroziju, poput mlaznica i komponenti ventila, dok se nehrđajući čelik koristi u širem rasponu primjena zbog njegove duktilnosti i isplativosti [7].
- Otpornost na koroziju: keramika, poput glinice i cirkonija, nudi izvrsnu otpornost na koroziju u mnogim okruženjima [6].
- Mehanička svojstva: Volfram karbid ima vrhunsku žilavost i otpornost na habanje u usporedbi s mnogim keramikom [9].
- Primjene: Keramika se koristi u visoko korozivnim okruženjima gdje je mehanički stres nizak, dok je za primjene odabran volfram karbid koji zahtijevaju i visoku koroziju i otpornost na habanje [6].
- Otpornost na koroziju: Polimeri mogu pružiti izvrsnu otpornost na specifične kemikalije, ali njihova mehanička svojstva i otpornost na temperaturu općenito su niži od onih volframa karbida [3].
- Aplikacije: Polimeri su prikladni za nisko stresno, korozivno okruženje, dok se volfram-karbid koristi kada su potrebni visoka čvrstoća, otpornost na habanje i otpornost na koroziju [3].
Primjene volframskog karbida otpornog na koroziju
Volfram-karbid otporan na koroziju koristi se u raznim primjenama u različitim industrijama [2]:
Naftna i plinska industrija
- Alati za bušenje: Komponente koje djeluju u oštrim, korozivnim okruženjima, poput kiselih bušotina, imaju koristi od prevlaka protiv volframa karbida [3].
- Komponente ventila: Komponente za prigušnice i kontrolu tekućine zahtijevaju materijale koji mogu izdržati korozivne tekućine i visoke pritiske [2].
Kemijska obrada
- mlaznice: koristi se za prskanje korozivnih kemikalija, što zahtijeva otpornost na kemijski napad i trošenje [2].
- Brtve: Mehanički brtvi u pumpama i reaktorima moraju izdržati korozivne medije i održavati performanse brtvljenja [2].
Mornarica
- Dijelovi nošenja: Komponente izložene morskoj vodi, poput rotora pumpe i dijelova ventila, zahtijevaju materijale otporne na koroziju [3].
-Alat za rezanje: Volfram karbid je optimalna sirovina za rezanje alata koji se koriste u visoko-tempaturnim, brzim okruženjima zbog njegove čvrstoće i niskog koeficijenta toplinske ekspanzije [9].
Ostale industrije
- Precizno utiskivanje: Blokovi volfram karbida otporni na koroziju koriste se u industriji preciznog žigosavanja, gdje je briga elektrokemijska korozija [6].
- Medicinski implantati: Volfram karbid može se koristiti u medicinskim implantatima koji zahtijevaju biokompatibilnost i otpornost na koroziju [7].
Zaključak
Otpor korozije volfram karbida kritično je svojstvo zbog čega je prikladan za zahtjevne primjene u različitim industrijama [7]. Dok volfram karbid pokazuje dobru otpornost na mnoge korozivne medije, na njegovu izvedbu utječu faktori kao što su kemijski sastav, vrijednost pH, temperatura i prisutnost specifičnih korozivnih sredstava [1]. Faza veziva, obično kobalt, često je najslabija veza u smislu otpornosti na koroziju, ali strategije legiranja i prevlačenja mogu značajno poboljšati njegove performanse [1]. U usporedbi s drugim materijalima poput nehrđajućeg čelika, keramike i polimera, volfram -karbid nudi jedinstvenu kombinaciju visoke tvrdoće, otpornosti na habanje i otpornosti na koroziju, što ga čini idealnim izborom za primjene koje zahtijevaju izdržljivost u teškim okruženjima [9]. Kako tehnologija napreduje, kontinuirana optimizacija procesa dodatno će poboljšati korozijsku otpornost na volfram karbida, pružajući snažnu podršku za aplikacije u više polja [7].
FAQ
1. Što čini koroziju volfram-karbida otpornim na koroziju?
Otpornost na koroziju volfram karbida proizlazi iz njegovog kemijskog sastava i stvaranja stabilnog oksidnog sloja [7] [4]. Volfram karbid (WC) pruža prirodnu barijeru otpornu na koroziju zbog svoje visoke tvrdoće i kemijske stabilnosti [7]. Uz to, otporan je na reakcije s kiselim, alkalnim i drugim korozivnim medijima, osiguravajući stabilnost performansi u teškim okruženjima [7].
2. Kako materijal veziva utječe na korozijsku otpornost volframovog karbida?
Obvezni materijal, obično kobalt (CO), može značajno utjecati na korozijsku otpornost na volfram karbid [1]. Kobalt je osjetljiv na koroziju, što može dovesti do ispiranja kobalta i naknadne degradacije materijala [1]. Legiranje kobaltnog veziva s elementima poput kroma, molibdena ili nikla može poboljšati otpornost na koroziju ili se nikl može u potpunosti zamijeniti kobaltom [1].
3. Koji su najbolji načini za poboljšanje otpornosti na koroziju volfram -karbida?
Nekoliko metoda može poboljšati korozijsku otpornost volfram -karbida:
- Legiranje: Dodavanje elemenata poput kroma, nikla ili molibdena u vezivni fazu [1].
- Prevlake: Nanošenje zaštitnih premaza kao što je CVD volfram karbid [3].
- Površinski tretman: tehnike poliranja i pasivacije [7].
4. U kojim okruženjima volfram karbid pokazuje lošu otpornost na koroziju?
Volfram karbid obično pokazuje lošu otpornost na koroziju u jakim kiselinama poput klorovodične i hidrofluorske kiseline [1]. Također se slabo izvodi u okruženjima s pH vrijednošću ispod 6 kada koristi kobalt kao vezivo [2].
5. Koje su neke tipične primjene volframovog karbida otpornih na koroziju?
Volfram-karbid otporan na koroziju koristi se u različitim aplikacijama, uključujući:
- Alati za bušenje i komponente ventila u naftnoj i plinskoj industriji [3].
- mlaznice i brtve u kemijskoj obradi [2].
- Nosite dijelove u morskoj industriji [3].
- Precizno utiskivanje umire [6].
Navodi:
[1] https://www.jlsmoldparts.com/talking-corrosion-resistance-tungsten-carbide-grades/
[2] https://www.linkedin.com/pulse/Corrosion-resistance-dungsten-carbide-hijin-lei
[3] https://hardide.com/wp-content/uploads/2020/05/corrosion_20101.pdf
[4] https://www.boyprototiping.com/materials-guide/does-tungsten-rust/
[5] https://htscoatings.com/blogs/our-craft-orchulture/three-nungsten-carbide-thermal-spray-coatings-and-their-uses
[6] https://www.yatechmaterials.com/en/technology/what-is-socrosion-resistant-nungsten-carbide/
[7] https://www.carbide-part.com/blog/an-in-nepth-analysis-of-tungsten-carbides-corrosion-resistance/
[8] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-edm-blocks.html
[9] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[10] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/eced-carbide/corrosion-resistance/
