Izbornik sadržaja
● Uvod u volfram karbid
>> Sirovine
● Proizvodni postupak
● Napredne tehnike obrade
● Primjene proizvoda za volfram karbida
● Napredne tehnike proizvodnje
>> Postupak proizvodnje aditiva
>> Prednosti aditivne proizvodnje
● Tehnologija premaza volfram karbida
● Recikliranje volframa karbida
>> Elektrolitička metoda
>> Metoda topljenja cinka
● Održivost u industriji karbida
● Zaključak
● Često postavljana pitanja
>> 1. Što je volfram karbid?
>> 2. Kako se proizvodi volfram karbid?
>> 3. Koje su ključne primjene volframovog karbida?
>> 4. Može li se volfram karbid reciklirati?
>> 5. Koje su prednosti korištenja volframovog karbida u industrijskim primjenama?
● Navodi:
Volfram karbid, poznat po izuzetnoj tvrdoći i otpornosti na habanje, ključni je materijal u proizvodnji industrijskih proizvoda od karbida. Ovi se proizvodi široko koriste u raznim industrijama, uključujući proizvodnju, rudarstvo, zrakoplovstvo i automobilski sektor. Proces proizvodnje od Volfram karbid uključuje nekoliko složenih koraka, od odabira sirovina do konačnog oblikovanja proizvoda. U ovom ćemo se članku provesti u detaljan postupak kako se proizvode proizvodi volfram karbida.
Uvod u volfram karbid
Volfram karbid je spoj izrađen od atoma volframa i ugljika, s kemijskom formulom WC -a. Poznat je po svojoj tvrdoći, što je usporedivo s dijamantom, što ga čini idealnim za primjene koje zahtijevaju visoku otpornost na habanje i preciznost. Proizvodi volfram karbida često se kombiniraju s vezivnim materijalom, poput kobalta ili nikla, kako bi se poboljšala njihova žilavost i obradivost.
Sirovine
Primarne sirovine za proizvodnju volframovog karbida su izvori volfram i ugljik. Volfram ruda se prerađuje u volfram oksid, koji se zatim smanjuje na metalni prah volframa u vodikovoj atmosferi. Ugljik se obično nabavlja iz ugljikovog crnog ili grafita visoke čistoće. Kvaliteta ovih sirovina značajno utječe na performanse konačnog proizvoda.
Proizvodni postupak
Proces proizvodnje proizvoda od volfram karbida uključuje nekoliko ključnih koraka:
1. Miješanje materijala: Volfram u prahu se miješa s ugljikom u kugličnoj mlinu 2-4 sata kako bi se osigurala jednoličnost. Ovaj je korak presudan jer utječe na kvalitetu konačnog proizvoda. Smjesa mora uzeti u obzir ne samo ugljik potreban za karburizaciju, već i ugljik potreban za reakciju ugljika i kisika u prahu.
2. Karburizacija: Smjesa volfram-karbona zagrijava se u grafitnoj peći od ugljične cijevi pri visokim temperaturama (obično između 1300 ° C do 1600 ° C) kako bi se formirao volframinski karbid. Točna temperatura ovisi o željenoj veličini čestica konačnog proizvoda. Različite temperature utječu na veličinu zrna i tvrdoću rezultirajućeg volframovog karbida [1].
3. Mržinje i prosijavanje: Nakon karburizacije, volfram -karbid je mljeveni u fini prah i prosijano kako bi se postigla ujednačena veličina čestica. Fine čestice obično se probijaju kroz sito od 200 mreža, dok grube čestice koriste sito od 60 mreža. To osigurava da je prah prikladan za naknadne procese [1].
4. Miješanje s vezivom: prah volfram karbida pomiješan je s vezivnim materijalom, poput kobalta, kako bi se povećala njegova žilavost i obradivost. Ova je smjesa ključna za stvaranje snažnog i izdržljivog proizvoda. Udio veziva utječe na ukupna svojstva konačnih industrijskih proizvoda karbida [1].
5. Sakupljanje: Smjesa se pritisne u željeni oblik pomoću strojeva visokog pritiska. To stvara 'zelenu kompaktnu ' koji je krhki, ali ima predviđeni oblik. Obično se koriste tehnike poput hladnog izostatskog pritiska (CIP) ili jednoosnog prešanja [1].
6. Sintering: Zeleni kompakt se zagrijava u vakuumskoj peći pri visokim temperaturama (obično oko 1500 ° C) kako bi se čestice spojile zajedno, što rezultira čvrstom i gustom strukturom karbida. Sinteriranje je kritično za postizanje željene gustoće i mehaničkih svojstava [1].
7. Konačno oblikovanje i mljevenje: sinterirani proizvod se zatim oblikuje i mljeve kako bi se postigli željene dimenzije i površinski završetak. Tehnike poput CNC obrade i EDM obrade koriste se za precizno oblikovanje [1].
Napredne tehnike obrade
Jednom kada se osnovni oblik sinterira, daljnje se usavršavanje postiže različitim metodama rezanja i mljevenja [1]:
- Brzo rezanje EDM -a: Ovaj početni korak uključuje korištenje žičane električne obrade za pražnjenje (EDM) za rezanje čeličnog materijala volfram na grubi oblik i veličinu. To je učinkovita metoda za grubo oblikovanje [1].
- Srednja rezanja žice: Nakon grubog rezanja, za sitnije detalje koristi se srednja rezanja žice, povećavajući preciznost oblika dijelova volframovog karbida [1].
- Procesi mljevenja: brušenje je ključno za postizanje potrebnih konačnih dimenzija i površinskih kvaliteta [1]:
- površinsko mljevenje: ovo se prvenstveno koristi za obradu ravnih površina, osiguravajući kontrolu nad površinskim paralelizmom i okomitom [1].
- Cilindrično mljevenje: uključujući unutarnje, vanjsko i oba kombinirano, cilindrično mljevenje usredotočeno je na obradu kružnih dijelova za održavanje koncentričnosti [1].
- PG profil brušenje: Ova specijalizirana metoda brušenja koristi se za zakrivljene površine i precizno obradu vrhova karbida, pridržavajući se određenih programiranih uzoraka brušenja [1].
- CNC obrada: nakon brušenja, CNC obrada usavršava dijelove na njihove konačne dimenzije, posebno nakon gašenja tretmana koji bi mogli uzrokovati suptilne deformacije. CNC centri za obradu nude visoku učinkovitost unatoč visokim troškovima povezanim s opremom [1].
- CNC okretanje: okretanje CNC -a ključno je za obradu složenih površina, uključujući komore i preciznu kontrolu nad kutovima i tolerancijama u rupama i utorima [1].
- EDM obrada: Za značajke koje zahtijevaju izuzetno uske tolerancije poput slijepih rupa, EDM obrada je metoda izbora. Sporo rezanje žice, još jedan oblik EDM-a, idealan je za obradu rupe i mikro rupe [1].
- Konačni dodiri s sporim rezanjem žice: Proces proizvodnje zaključuje se sporim rezanjem žice, osiguravajući da se konačne dimenzije strogo usklade sa zahtjevima dizajna [1].
Primjene proizvoda za volfram karbida
Proizvodi volfram karbida koriste se u širokom rasponu industrija zbog njihove izuzetne otpornosti tvrdoće i habanja. Neke od ključnih aplikacija uključuju:
- Alat za rezanje: Volfram karbid se široko koristi u alatima za rezanje, kao što su komadići bušenja, glodalice i pile oštrice zbog svoje sposobnosti održavanja oštrine u uvjetima visokog stresa.
-Dijelovi otporni na habanje: koristi se u dijelovima otpornim na habanje kao što su sjedala ventila, rotovi pumpe i obloge za drobljenje kako bi se povećala izdržljivost i smanjila troškovi održavanja.
- Aerospace i Automotive: Volfram karbid koristi se u komponentama visokih performansi za zrakoplovnu i automobilsku industriju zbog svoje snage i preciznosti.
- Proizvodnja nafte i plina: Volfram karbidni premazi nanose se na bušenje opreme i proizvodnih komponenti kako bi se svoj život proširio u abrazivnim okruženjima.
- Medicinska primjena: Volfram karbid koristi se u kirurškim alatima i implantatima zbog svoje biokompatibilnosti i izdržljivosti.
Napredne tehnike proizvodnje
Posljednjih godina istražene su napredne tehnike poput proizvodnje aditiva za proizvodnju dijelova volframovog karbida. Ove metode omogućuju stvaranje složenih geometrija i mogu potencijalno smanjiti vrijeme i troškove proizvodnje.
Postupak proizvodnje aditiva
Proces proizvodnje aditiva za volfram -karbid uključuje miješanje čestica volframovog karbida s drugim karbidima i vezivom, a zatim pomoću tehnika poput selektivnog laserskog topljenja za stvaranje željenog oblika. Ovaj postupak nudi fleksibilnost u dizajnu i može proizvesti dijelove s zamršenim detaljima.
Prednosti aditivne proizvodnje
- Složene geometrije: omogućava stvaranje složenih oblika koje je teško postići tradicionalnim metodama.
- Smanjeni materijal otpad: minimizira materijalni otpad građevinskim slojem dijelova prema sloju.
- Povećana brzina: može potencijalno smanjiti vrijeme proizvodnje u usporedbi s tradicionalnim procesima sinteriranja.
Tehnologija premaza volfram karbida
Tehnologija premaza volfram karbida vrlo je popularna u zrakoplovnoj industriji, koja se može učinkovito baviti trošenjem zrakoplovne opreme [6]. Tehnologija prevlačenja nazvana niskotemperaturno taloženje kemijskog pare (CVD) obično se koristi među najpoznatijim proizvođačima zrakoplovstva u Europi i Sjedinjenim Državama, što je postupak odlaganja premaza volfram-karbida i smatra se praktičnim, tehničkim i komercijalnim rješenjem [6]. Može značajno povećati vijek trajanja zrakoplova i široko se koristi u mlaznim motorima tri generacije zrakoplova poput Typhoons i F16 [6]. Postojeći postupci premaza uključuju nadzvučni plamen koji prskaju volfram -karbid, tvrdo kromiranje, fizičko taloženje pare volframovog karbida i eksplozijski prskanje volframovog karbida [6]. Međutim, iako su ove aplikacije bile uspješne u nekim područjima, imaju svoja ograničenja [6].
Recikliranje volframa karbida
Recikliranje volframovog karbida je presudno zbog njegove široke uporabe u rezanju i obradi alatima i značajnom utjecaju na okoliš i ekonomski utjecaj [4]. Dvije glavne metode za recikliranje volfram -karbida su elektrolitička metoda i metoda topljenja cinka [4]. Svaka od njih ima jedinstvene procese i primjene, što ih čini prikladnim za različite vrste materijala otpadnih volfram -karbida [4].
Elektrolitička metoda
Elektrolitička metoda je učinkovit postupak koji koristi potencijale elektroda različitih komponenti unutar otpada koji sadrže volfram [4]. Ova je metoda posebno učinkovita za otpadne materijale koji uključuju metal volfram i kobalt [4].
Pregled procesa:
- U kiseloj otopini, poput one s koncentracijom klorovodične kiseline od oko 20 g/L, kobalt se može selektivno otopiti, ili se i kobalt i volfram karbid mogu istovremeno otopiti [4].
- Koriste se grafitna anoda i katoda nikl ploče, gdje se kobalt otapa u otopini, formirajući COCL2 [4].
- Elektroliza se izvodi pri niskom naponu od 1,0-1,5V, što dovodi do otapanja kobalta i ljuštenja od WC iz otpada [4].
- Proizvedeno anodno blato zatim se obrađuje (isprano, mljeveno kuglom i prosijava) kako bi se oporavio WC, što se može ponovo upotrijebiti za proizvodnju novih karbida volframa [4].
Prednosti:
- Niska potrošnja reagensa i energije [4].
- Jednostavnost procesa [4].
Ograničenja:
- Primjenjivo samo na otpadni volfram -karbid s sadržajem kobalta iznad 10%[4].
Metoda topljenja cinka
Ova metoda uključuje uporabu metalnog cinka i visokih temperatura za oporavak volframovog karbida od otpadnih materijala [4]. Učinkovit je za otpadni volfram karbid s niskim sadržajem kobalta ili onima koji sadrže druge metale poput Tantaluma i titana [4].
Pregled procesa:
- Otpadni blokovi volfram -karbida i metalni cink postavljeni su u loncu unutar vakuumske peći [4].
- Smjesa se zagrijava na temperature između 773 do 873 K, gdje kobalt reagira s rastopljenim cinkom kako bi formirao leguru cinkovog kobalta [4].
- Na 1173 K, cink se uklanja vakuumskom destilacijom, ostavljajući iza sebe labav WC i Cobalt prah [4].
- Ponovljeni WC i kobaltni prah se zatim obrađuju (kuglica mljevena i prosijava) za upotrebu u novoj proizvodnji volframa ugljika [4].
Prednosti:
- Kratki proizvodni proces [4].
- Sposoban za rukovanje otpadom sadržaja s niskim kobaltom [4].
- Oporađuje materijale koji usko odgovaraju stupnju izvornog otpada [4].
Ograničenja:
- Zahtijeva određene vrste otpadnog materijala [4].
- Složena oprema i visoka potrošnja energije [4].
- Općenito, veći troškovi od elektrolitičke metode [4].
Održivost u industriji karbida
Karbidna industrija važan je dio industrije obrade metala i igra ključnu ulogu u proizvodnji alata, komponenti strojeva i drugih preciznih dijelova [7]. Međutim, industrija se također suočava s različitim izazovima u vezi s održivošću [7]. Jedan od najvećih izazova je upotreba sirovina poput volframa i kobalta, koje se koriste u proizvodnji karbida [7]. Te su sirovine ograničene i njihovo ekstrakciju mogu imati utjecaje na okoliš kao što su potrošnja energije, potrošnja vode i emisija CO2 [7]. Drugi problem je odlaganje otpada karbida, koji često može predstavljati teret okoliša zbog visokog sadržaja teških metala i drugih opasnih tvari [7].
Da bi se riješile ove izazove, mnoge tvrtke u industriji karbida počele su provoditi održivije procese i prakse [7]. Oni uključuju upotrebu recikliranih sirovina, smanjenje otpada i emisija, optimizaciju proizvodnih procesa i promicanje kružne ekonomije i učinkovitosti resursa [7]. Neke se tvrtke također okreću alternativnim materijalima poput karbida na temelju recikliranog čelika ili keramike [7]. Ovi materijali imaju prednost što su ekološki prihvatljiviji i zahtijevaju manje sirovina [7].
Zaključak
Proizvodnja proizvoda od volfram -karbida uključuje složen postupak koji zahtijeva preciznu kontrolu nad uvjetima kvalitete sirovina, miješanja, karburizacije i sinterovanja. Rezultirajući proizvodi visoko su cijenjeni u raznim industrijama za njihovu izuzetnu tvrdoću i otpornost na habanje, što ih čini neophodnim za rezanje alata, dijelove otporne na habanje i komponente visokih performansi.
Često postavljana pitanja
1. Što je volfram karbid?
Volfram karbid je spoj izrađen od atoma volframa i ugljika, poznat po izuzetnoj tvrdoći i otpornosti na habanje. Naširoko se koristi u industrijskim proizvodima karbida.
2. Kako se proizvodi volfram karbid?
Volfram karbid se proizvodi kroz postupak metalurgije u prahu koji uključuje miješanje volfram praška s ugljikom, karburizaciju, mljevenje, miješanje s vezivom, sabijanja i sinteriranja.
3. Koje su ključne primjene volframovog karbida?
Volfram karbid koristi se za rezanje alata, dijelova otpornih na habanje, zrakoplovnih komponenti, automobilskih dijelova i medicinskih primjena zbog svoje tvrdoće i izdržljivosti.
4. Može li se volfram karbid reciklirati?
Da, volfram karbid se može reciklirati. Korišteni alati i otpadni materijal mogu se vratiti i ponovno upotrijebiti, smanjujući otpad i očuvanje resursa.
5. Koje su prednosti korištenja volframovog karbida u industrijskim primjenama?
Volfram Carbide nudi produženi vijek trajanja alata, smanjene troškove održavanja, poboljšanu preciznost i poboljšanu učinkovitost proizvodnje, što ga čini isplativim izborom za zahtjevnu industrijsku primjenu.
Navodi:
[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-recicling
[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-nungsten-carbide-coating-dranghen-aircraft-parts.html
[7] https://grafhartmetall.com/en/sustainability-in-the-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-reveleed/
[11] https://www.uniontool.com/news/tungsten-carbide-end-mills-news-archive/
[12] https://tungstencarbide42.wordpress.com/environmental-impact-and-sustainibility/
[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-ourlook-an-in-in-in- depth-analysis-offuture-rowth-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-material.co.jp/en/research-development/tungsten_recycle.html
[19] https://www.carbide-part.com/blog/comprehenge-analysis-of-tungsten-carbide-parts-characteristics-tipes-pplications-and-future-trends/
[20] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en
