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● O que é carboneto de tungstênio?
>> Composição e fabricação
>> Propriedades do carboneto de tungstênio
● Entendendo a resistência à corrosão
>> Mecanismos de corrosão
>> Fatores que influenciam a resistência à corrosão
● Resistência à corrosão do carboneto de tungstênio
>> Comportamento em diferentes ambientes
>> Papel da fase do fichário
● Melhorando a resistência à corrosão
>> Liga
>> Revestimentos
>> Tratamento de superfície
● Carboneto de tungstênio vs. outros materiais
>> Aço inoxidável
● Aplicações de carboneto de tungstênio resistente à corrosão
>> Indústria de petróleo e gás
>> Processamento químico
>> Indústria marinha
>> Outras indústrias
● Conclusão
● Perguntas frequentes
>> 1. O que torna resistente à corrosão do carboneto de tungstênio?
>> 2. Como o material do ligante afeta a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio?
>> 3. Quais são as melhores maneiras de melhorar a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio?
>> 4. Em que ambientes o tungstênio carboneto exibe baixa resistência à corrosão?
>> 5. Quais são algumas aplicações típicas do carboneto de tungstênio resistente à corrosão?
● Citações:
O carboneto de tungstênio é conhecido por sua dureza excepcional, resistência ao desgaste e estabilidade em ambientes severos [2] [7] [4]. Sua resistência à corrosão é uma propriedade crítica que determina sua adequação a várias aplicações industriais, incluindo as dos setores químicos, petrolíferos e marinhos [7]. Este artigo explora a resistência à corrosão de O carboneto de tungstênio , seus mecanismos subjacentes, fatores que influenciam seu comportamento de corrosão e como ele se compara a outros materiais em ambientes corrosivos [2] [4].
O que é carboneto de tungstênio?
O carboneto de tungstênio (WC) é um composto composto por átomos de tungstênio e carbono [7]. É um material rígido e quebradiço normalmente produzido através da metalurgia do pó, onde o pó de carboneto de tungstênio é misturado com um metal ligadão, geralmente cobalto (CO) e depois sinterizado em altas temperaturas [7] [1]. O material resultante, geralmente chamado de carboneto cimentado, combina a alta dureza e a resistência ao desgaste do carboneto de tungstênio com a tenacidade e a força do metal do ligante [1].
Composição e fabricação
- O carboneto de tungstênio é sintetizado combinando tungstênio e carbono a altas temperaturas [7].
- O pó resultante é misturado com um metal ligante (geralmente cobalto) [1].
- A mistura é compactada na forma desejada e depois sinterizada, um processo que consolida o material em altas temperaturas [1].
Propriedades do carboneto de tungstênio
- Alta dureza: o carboneto de tungstênio é excepcionalmente difícil, com uma dureza Mohs de cerca de 9, perdendo apenas para diamante [9].
- Resistência ao desgaste: exibe excelente resistência ao desgaste abrasivo e erosivo, tornando -o adequado para ferramentas de corte e peças de desgaste [3].
- Alto ponto de fusão: o carboneto de tungstênio tem um alto ponto de fusão (aproximadamente 2.747 ° C), fornecendo estabilidade a temperaturas elevadas [9].
- Resistência à corrosão: é resistente a muitos meios corrosivos, garantindo a estabilidade do desempenho em ambientes severos [7].
- Estabilidade química: o carboneto de tungstênio é quimicamente estável e não reage facilmente com outras substâncias à temperatura ambiente [7] [9].
Entendendo a resistência à corrosão
A resistência à corrosão é a capacidade de um material suportar a degradação causada por reações químicas ou eletroquímicas com seu ambiente [2]. No contexto do carboneto de tungstênio, a resistência à corrosão é crucial para manter sua integridade estrutural e desempenho em condições corrosivas [1].
Mecanismos de corrosão
A corrosão é um processo no qual um material é oxidado por substâncias no ambiente, fazendo com que ele perca elétrons [2]. Os mecanismos primários que afetam o carboneto de tungstênio incluem:
- Corrosão química: ataque químico direto por ácidos, bases ou outros agentes corrosivos [1].
- Corrosão eletroquímica: corrosão devido à formação de células eletroquímicas na superfície do material [6].
- Corrosão galvânica: ocorre quando dois metais diferentes estão em contato na presença de um eletrólito [6].
- Corrosão de fendas: corrosão localizada em lacunas ou fendas onde as soluções estagnadas podem acumular [1].
Fatores que influenciam a resistência à corrosão
Vários fatores influenciam a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio:
- Composição química: A composição do carboneto de tungstênio, incluindo o tipo e a quantidade de metal do ligante, afeta significativamente sua resistência à corrosão [7].
- Valor do pH: a acidez ou alcalinidade do ambiente desempenha um papel crucial. O carboneto de tungstênio com ligantes de cobalto normalmente funciona bem em níveis de pH acima de 9, mas pouco abaixo do pH 6 [2].
- Temperatura: temperaturas mais altas podem acelerar as taxas de corrosão [1].
- Mídia corrosiva: os agentes corrosivos específicos presentes no ambiente (por exemplo, ácido clorídrico, ácido nítrico) podem ter efeitos variados no carboneto de tungstênio [7].
- Microestrutura: O tamanho, porosidade e distribuição de grãos das fases de carboneto e aglutinante influenciam a resistência à corrosão [1].
Resistência à corrosão do carboneto de tungstênio
O carboneto de tungstênio exibe boa resistência à corrosão a uma variedade de meios, incluindo gasolina, acetona, etanol, solventes orgânicos, amônia, bases e ácidos fracos [1]. No entanto, seu desempenho pode variar significativamente com base nas condições específicas e na composição do material [1].
Comportamento em diferentes ambientes
- Ácidos: O carboneto de tungstênio pode se deteriorar rapidamente em ácidos fortes, como ácido clorídrico e hidrofluórico [1].
- Alkalis: geralmente mostra boa resistência a ambientes alcalinos, especialmente em níveis mais altos de pH [2].
- Sais: a resistência às soluções de sal depende do sal e da concentração específicos. Os testes de pulverização de sal são comumente usados para avaliar a resistência à corrosão em ambientes marinhos [3].
- Água: O carboneto de tungstênio normalmente funciona bem na água da torneira, mas sua resistência pode ser afetada por impurezas e níveis de pH [1].
Papel da fase do fichário
O cobalto é um ligante amplamente utilizado no carboneto de tungstênio devido à sua capacidade de molhar grãos de carboneto de tungstênio durante a sinterização da fase líquida [1]. No entanto, o cobalto é suscetível à corrosão, o que pode levar à degradação de todo o material [1].
- Lixas de cobalto: em ambientes corrosivos, o cobalto pode ser dissolvido seletivamente, deixando um esqueleto poroso de carboneto de tungstênio [1]. Esse processo, conhecido como lixiviação de cobalto, reduz a integridade estrutural do material e pode causar espalhamento de grãos de carboneto [1].
- Melhorando a resistência à corrosão: o cobalto de liga com elementos como cromo, molibdênio ou níquel pode aumentar sua resistência à corrosão [1]. Em alguns casos, substituir completamente o níquel pelo cobalto se mostrou eficaz em ambientes altamente corrosivos [1].
Melhorando a resistência à corrosão
Várias estratégias podem ser empregadas para melhorar a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio:
Liga
- cromo: adicionar cromo ao aglutinante de cobalto pode melhorar a resistência à oxidação e corrosão [1].
- Níquel: O níquel pode substituir o cobalto para fornecer resistência superior à corrosão em ambientes ácidos fortes [1].
- Molibdênio: O molibdênio aumenta a resistência à corrosão em meios químicos específicos [1].
Revestimentos
A aplicação de revestimentos de proteção pode criar uma barreira entre o substrato de carboneto de tungstênio e o ambiente corrosivo [3].
- Revestimentos de carboneto de tungstênio CVD: a deposição de vapor químico (DCV) pode produzir revestimentos de carboneto de tungstênio nanoestruturados com dureza aprimorada, resistência à abrasão e resistência à corrosão [3]. Esses revestimentos são particularmente eficazes na prevenção da corrosão em meios agressivos e a temperaturas de até 400 ° C [3].
- Placamento cromado duro: Embora o revestimento do cromo duro seja um método comum de proteção contra corrosão, os revestimentos de carboneto de tungstênio CVD mostraram desempenho superior em testes de pulverização de sal [3].
-Revestimentos HVOF: Os revestimentos de alta velocidade-combustível (HVOF) podem fornecer uma camada densa e bem ligada, mas eles podem exigir selagem para impedir a corrosão do substrato subjacente [3].
Tratamento de superfície
A modificação da superfície do carboneto de tungstênio pode melhorar sua resistência à corrosão [7].
- Polimento: um acabamento superficial liso reduz o número de possíveis locais de iniciação de corrosão [7].
- Passivação: os tratamentos químicos podem criar uma camada passiva que protege o material da corrosão [2].
Carboneto de tungstênio vs. outros materiais
A resistência à corrosão do carboneto de tungstênio pode ser comparada à de outros materiais comumente usados em ambientes corrosivos [4]:
Aço inoxidável
- Resistência à corrosão: o aço inoxidável é bem conhecido por sua resistência à corrosão devido à formação de uma camada passiva de óxido de cromo [7].
- Propriedades mecânicas: o carboneto de tungstênio geralmente possui maior resistência à dureza e desgaste em comparação com o aço inoxidável [9].
- Aplicações: o carboneto de tungstênio é preferido em aplicações que requerem alta resistência ao desgaste e resistência à corrosão, como bicos e componentes da válvula, enquanto o aço inoxidável é usado em uma ampla gama de aplicações devido à sua ductilidade e custo-efetividade [7].
- Resistência à corrosão: a cerâmica, como alumina e zircônia, oferece excelente resistência à corrosão em muitos ambientes [6].
- Propriedades mecânicas: o carboneto de tungstênio tem resistência superior e resistência ao desgaste em comparação com muitas cerâmicas [9].
- Aplicações: a cerâmica é usada em ambientes altamente corrosivos, onde o estresse mecânico é baixo, enquanto o carboneto de tungstênio é selecionado para aplicações que requerem alta corrosão e resistência ao desgaste [6].
- Resistência à corrosão: os polímeros podem proporcionar uma excelente resistência a produtos químicos específicos, mas suas propriedades mecânicas e resistência à temperatura são geralmente inferiores às do carboneto de tungstênio [3].
- Aplicações: os polímeros são adequados para ambientes de baixo estresse e corrosivo, enquanto o carboneto de tungstênio é usado quando são necessárias quando são necessárias alta resistência, resistência ao desgaste e resistência à corrosão [3].
Aplicações de carboneto de tungstênio resistente à corrosão
O carboneto de tungstênio resistente à corrosão é usado em uma variedade de aplicações em diferentes indústrias [2]:
Indústria de petróleo e gás
- Ferramentas de perfuração: componentes que operam em ambientes severos e corrosivos, como poços azedos, se beneficiam dos revestimentos de carboneto de tungstênio [3].
- Componentes da válvula: válvulas de estrangulamento e componentes de controle de fluidos requerem materiais que podem suportar fluidos corrosivos e altas pressões [2].
Processamento químico
- Bocos: usado para pulverizar produtos químicos corrosivos, exigindo resistência ao ataque químico e desgaste [2].
- Sedas: vedações mecânicas em bombas e reatores precisam suportar meios corrosivos e manter o desempenho de vedação [2].
Indústria marinha
- Peças de desgaste: componentes expostos à água do mar, como impulsores da bomba e peças de válvula, requerem materiais resistentes à corrosão [3].
-Ferramentas de corte: o carboneto de tungstênio é a matéria-prima ideal para ferramentas de corte usadas em ambientes de alta temperatura e alta velocidade devido à sua força e baixo coeficiente de expansão térmica [9].
Outras indústrias
- Os mortos de estampagem de precisão: os blocos de carboneto de tungstênio resistentes à corrosão são usados na indústria de estampagem de precisão, onde a corrosão eletroquímica é uma preocupação [6].
- Implantes médicos: o carboneto de tungstênio pode ser usado em implantes médicos que requerem biocompatibilidade e resistência à corrosão [7].
Conclusão
A resistência à corrosão de Tungstênio Carbide é uma propriedade crítica que a torna adequada para exigir aplicações em vários setores [7]. Enquanto o carboneto de tungstênio exibe boa resistência a muitos meios corrosivos, seu desempenho é influenciado por fatores como composição química, valor de pH, temperatura e presença de agentes corrosivos específicos [1]. A fase do ligante, normalmente cobalto, é frequentemente o vínculo mais fraco em termos de resistência à corrosão, mas as estratégias de liga e revestimento podem aumentar significativamente seu desempenho [1]. Comparado a outros materiais como aço inoxidável, cerâmica e polímeros, o carboneto de tungstênio oferece uma combinação única de alta dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão, tornando -a uma escolha ideal para aplicações que requerem durabilidade em ambientes agressivos [9]. À medida que a tecnologia avança, a otimização contínua de processos aprimorará ainda mais a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio, fornecendo forte suporte para aplicações em mais campos [7].
Perguntas frequentes
1. O que torna resistente à corrosão do carboneto de tungstênio?
A resistência à corrosão do carboneto de tungstênio decorre de sua composição química e da formação de uma camada de óxido estável [7] [4]. O carboneto de tungstênio (WC) fornece uma barreira natural resistente à corrosão devido à sua alta dureza e estabilidade química [7]. Além disso, é resistente a reações com meio ácido, alcalino e outros meios corrosivos, garantindo a estabilidade do desempenho em ambientes severos [7].
2. Como o material do ligante afeta a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio?
O material do ligante, tipicamente cobalto (CO), pode afetar significativamente a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio [1]. O cobalto é suscetível à corrosão, o que pode levar à lixiviação de cobalto e subsequente degradação do material [1]. A liga do aglutinante de cobalto com elementos como cromo, molibdênio ou níquel pode melhorar a resistência à corrosão, ou o níquel pode ser substituído por cobalto inteiramente [1].
3. Quais são as melhores maneiras de melhorar a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio?
Vários métodos podem melhorar a resistência à corrosão do carboneto de tungstênio:
- liga: adicionando elementos como cromo, níquel ou molibdênio à fase do fichário [1].
- Revestimentos: Aplicando revestimentos de proteção, como o carboneto de tungstênio CVD [3].
- Tratamento da superfície: técnicas de polimento e passivação [7].
4. Em que ambientes o tungstênio carboneto exibe baixa resistência à corrosão?
O carboneto de tungstênio normalmente exibe baixa resistência à corrosão em ácidos fortes, como ácido clorídrico e hidrofluórico [1]. Ele também tem um desempenho ruim em ambientes com um valor de pH abaixo de 6 ao usar o cobalto como aglutinante [2].
5. Quais são algumas aplicações típicas do carboneto de tungstênio resistente à corrosão?
O carboneto de tungstênio resistente à corrosão é usado em várias aplicações, incluindo:
- Ferramentas de perfuração e componentes da válvula na indústria de petróleo e gás [3].
- bicos e selos no processamento químico [2].
- Use peças na indústria marinha [3].
- Stamping de precisão morre [6].
Citações:
[1] https://www.jlsmoldparts.com/talking-corrosion-resistance-tungsten-carbide-grades/
[2] https://www.linkedin.com/pulse/corrosion-resistance-tungsten-carbide-hijin-lei
[3] https://hardide.com/wp-content/uploads/2020/05/corrosion_20101.pdf
[4] https://www.boyiprototyping.com/materials-guide/does-tungsten-rust/
[5] https://htscoatings.com/blogs/our-craft-our-culture/three-tungsten-carbide-thermal-spray-coatings-and-ty-upes
[6] https://www.yatechmaterials.com/en/technology/what-is-corrosion-resistant-tungsten-carbide/
[7] https://www.carbide-part.com/blog/an-ne-depth-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/cemented-carbide/corrosion-sistance/
