Meniu de conținut
● Ce este carbura de tungsten?
>> Compoziție și fabricație
>> Proprietățile carburii de tungsten
● Înțelegerea rezistenței la coroziune
>> Mecanisme de coroziune
>> Factori care influențează rezistența la coroziune
● Rezistența la coroziune a carburii de tungsten
>> Comportament în diferite medii
>> Rolul fazei de liant
● Îmbunătățirea rezistenței la coroziune
>> Aliaj
>> Acoperiri
>> Tratament de suprafață
● Carbură de tungsten vs. alte materiale
>> Oţel inoxidabil
● Aplicații de carbură de tungsten rezistentă la coroziune
>> Industria petrolului și a gazelor
>> Prelucrarea chimică
>> Industria marină
>> Alte industrii
● Concluzie
● FAQ
>> 1. Ce face rezistența la coroziune a carburii de tungsten?
>> 2. Cum afectează materialul liant rezistența la coroziune a carburii de tungsten?
>> 3. Care sunt cele mai bune metode de a îmbunătăți rezistența la coroziune a carburii de tungsten?
>> 4. În ce medii carbura de tungsten prezintă o rezistență slabă la coroziune?
>> 5. Care sunt unele aplicații tipice ale carburii de tungsten rezistente la coroziune?
● Citări:
Carbura de tungsten este cunoscută pentru duritatea sa excepțională, rezistența la uzură și stabilitatea în medii dure [2] [7] [4]. Rezistența sa la coroziune este o proprietate critică care determină adecvarea acesteia pentru diverse aplicații industriale, inclusiv cele din sectoarele chimice, petroliere și marine [7]. Acest articol explorează rezistența la coroziune a carbura de tungsten , mecanismele sale de bază, factorii care influențează comportamentul său de coroziune și modul în care se compară cu alte materiale din mediile corozive [2] [4].
Ce este carbura de tungsten?
Carbura de tungsten (WC) este un compus compus din tungsten și atomi de carbon [7]. Este un material dur, fragil, produs de obicei prin metalurgia pulberii, unde pulberea de carbură de tungsten este amestecată cu un metal de liant, de obicei cobalt (CO), apoi sinterizat la temperaturi ridicate [7] [1]. Materialul rezultat, adesea denumit carbură cimentată, combină duritatea ridicată și rezistența la uzură a carburii de tungsten cu duritatea și rezistența metalului liant [1].
Compoziție și fabricație
- Carbura de tungsten este sintetizată prin combinarea tungstenului și carbonului la temperaturi ridicate [7].
- Pulberea rezultată este amestecată cu un metal liant (în mod obișnuit cobalt) [1].
- Amestecul este compactat în forma dorită și apoi sinterizat, un proces care consolidează materialul la temperaturi ridicate [1].
Proprietățile carburii de tungsten
- Duritate ridicată: carbura de tungsten este excepțional de greu, cu o duritate MOHS de aproximativ 9, în al doilea rând doar la diamant [9].
- Rezistența la uzură: prezintă o rezistență excelentă la uzura abrazivă și erozivă, ceea ce o face potrivită pentru unelte de tăiere și piese de uzură [3].
- Punct de topire ridicat: carbura de tungsten are un punct de topire ridicat (aproximativ 2.747 ° C), oferind stabilitate la temperaturi ridicate [9].
- Rezistența la coroziune: este rezistentă la multe medii corozive, asigurând stabilitatea performanței în medii dure [7].
- Stabilitatea chimică: carbura de tungsten este stabilă din punct de vedere chimic și nu reacționează cu ușurință cu alte substanțe la temperatura camerei [7] [9].
Înțelegerea rezistenței la coroziune
Rezistența la coroziune este capacitatea unui material de a rezista la degradarea cauzată de reacții chimice sau electrochimice cu mediul său [2]. În contextul carburii de tungsten, rezistența la coroziune este crucială pentru menținerea integrității și performanței sale structurale în condiții corozive [1].
Mecanisme de coroziune
Coroziunea este un proces în care un material este oxidat de substanțe din mediu, determinându -l să piardă electroni [2]. Mecanismele primare care afectează carbura de tungsten includ:
- Coroziune chimică: atac chimic direct de acizi, baze sau alți agenți corozivi [1].
- Coroziune electrochimică: coroziune datorită formării celulelor electrochimice pe suprafața materialului [6].
- Coroziune galvanică: apare atunci când două metale diferite sunt în contact în prezența unui electrolit [6].
- Coroziunea crevice: coroziune localizată în goluri sau crevete în care se pot acumula soluții stagnante [1].
Factori care influențează rezistența la coroziune
Câțiva factori influențează rezistența la coroziune a carburii de tungsten:
- Compoziție chimică: compoziția carburii de tungsten, inclusiv tipul și cantitatea de metal liant, afectează în mod semnificativ rezistența la coroziune [7].
- Valoarea pH -ului: aciditatea sau alcalinitatea mediului joacă un rol crucial. Carbura de tungsten cu lianți de cobalt funcționează de obicei bine la niveluri de pH peste 9, dar slab sub pH 6 [2].
- Temperatură: Temperaturile mai ridicate pot accelera ratele de coroziune [1].
- Mediile corozive: agenții corozivi specifici prezenți în mediu (de exemplu, acid clorhidric, acid azotic) pot avea efecte variate asupra carburii de tungsten [7].
- Microstructura: mărimea, porozitatea și distribuția fazelor de carbură și liant influențează rezistența la coroziune [1].
Rezistența la coroziune a carburii de tungsten
Carbura de tungsten prezintă o bună rezistență la coroziune la o varietate de medii, inclusiv benzină, acetonă, etanol, solvenți organici, amoniac, baze și acizi slabi [1]. Cu toate acestea, performanța sa poate varia semnificativ în funcție de condițiile specifice și compoziția materialului [1].
Comportament în diferite medii
- Acizi: carbura de tungsten se poate deteriora rapid în acizi puternici, cum ar fi acidul clorhidric și hidrofluoric [1].
- Alcali: în general prezintă o rezistență bună la mediile alcaline, în special la niveluri mai mari de pH [2].
- Săruri: Rezistența la soluțiile de sare depinde de sarea și concentrația specifică. Testele de pulverizare cu sare sunt utilizate în mod obișnuit pentru a evalua rezistența la coroziune în mediile marine [3].
- Apa: carbura de tungsten funcționează de obicei bine în apa de la robinet, dar rezistența sa poate fi afectată de impurități și niveluri de pH [1].
Rolul fazei de liant
Cobalt este un liant utilizat pe scară largă în carbura de tungsten datorită capacității sale de a umede boabele de carbură de tungsten în timpul sinterizării în fază lichidă [1]. Cu toate acestea, cobaltul este susceptibil la coroziune, ceea ce poate duce la degradarea întregului material [1].
- Levigarea cobaltului: în mediile corozive, cobaltul poate fi dizolvat selectiv, lăsând un schelet poros de carbură de tungsten [1]. Acest proces, cunoscut sub numele de levigare de cobalt, reduce integritatea structurală a materialului și poate provoca stingerea boabelor de carbură [1].
- Îmbunătățirea rezistenței la coroziune: alierea cobaltului cu elemente precum cromul, molibdenul sau nichelul poate îmbunătăți rezistența la coroziune [1]. În unele cazuri, înlocuirea completă a nichelului cu cobalt s -a dovedit eficientă în medii extrem de corozive [1].
Îmbunătățirea rezistenței la coroziune
Mai multe strategii pot fi utilizate pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune a carburii de tungsten:
Aliaj
- Chrom: adăugarea de crom la liantul de cobalt poate îmbunătăți rezistența la oxidare și coroziune [1].
- Nichel: Nichelul poate înlocui cobaltul pentru a oferi o rezistență superioară la coroziune în medii acid puternice [1].
- Molibden: molibdenum îmbunătățește rezistența la coroziune în medii chimice specifice [1].
Acoperiri
Aplicarea acoperirilor de protecție poate crea o barieră între substratul de carbură de tungsten și mediul coroziv [3].
- Acoperiri de carbură de tungsten CVD: Depunerea de vapori chimici (CVD) poate produce acoperiri de carbură de tungsten nano-structurată cu duritate îmbunătățită, rezistență la abraziune și rezistență la coroziune [3]. Aceste acoperiri sunt deosebit de eficiente în prevenirea coroziunii în medii agresive și la temperaturi de până la 400 ° C [3].
- Placare cromată dură: în timp ce placarea cromată dură este o metodă comună de protecție a coroziunii, acoperirile cu carbură de tungsten BCV au arătat performanțe superioare în testele de pulverizare cu sare [3].
-Acoperiri HVOF: acoperirile cu oxi de mare viteză (HVOF) pot oferi un strat dens, bine legat, dar pot necesita etanșarea pentru a preveni coroziunea substratului de bază [3].
Tratament de suprafață
Modificarea suprafeței carburii de tungsten poate îmbunătăți rezistența la coroziune [7].
- lustruire: un finisaj neted de suprafață reduce numărul de site -uri potențiale de inițiere a coroziunii [7].
- Pasivare: Tratamentele chimice pot crea un strat pasiv care protejează materialul de coroziune [2].
Carbură de tungsten vs. alte materiale
Rezistența la coroziune a carburii de tungsten poate fi comparată cu cea a altor materiale utilizate frecvent în medii corozive [4]:
Oţel inoxidabil
- Rezistența la coroziune: Oțelul inoxidabil este binecunoscut pentru rezistența la coroziune datorită formării unui strat pasiv de oxid de crom [7].
- Proprietăți mecanice: carbura de tungsten are, în general, o rezistență mai mare la duritate și uzură în comparație cu oțelul inoxidabil [9].
- Aplicații: carbura de tungsten este preferată în aplicațiile care necesită rezistență ridicată la uzură și rezistență la coroziune, cum ar fi duze și componente ale valvei, în timp ce oțelul inoxidabil este utilizat într-o gamă mai largă de aplicații datorită ductilității și rentabilității sale [7].
- Rezistența la coroziune: ceramica, cum ar fi alumina și zirconia, oferă o rezistență excelentă la coroziune în multe medii [6].
- Proprietăți mecanice: carbura de tungsten are o rezistență superioară și rezistență la uzură în comparație cu multe ceramice [9].
- Aplicații: Ceramica este utilizată în medii extrem de corozive, unde tensiunea mecanică este scăzută, în timp ce carbura de tungsten este selectată pentru aplicații care necesită atât coroziunea ridicată, cât și rezistența la uzură [6].
- Rezistența la coroziune: polimerii pot oferi o rezistență excelentă la substanțe chimice specifice, dar proprietățile lor mecanice și rezistența la temperatură sunt în general mai mici decât cele ale carburii de tungsten [3].
- Aplicații: Polimerii sunt potriviți pentru medii corozive cu stres scăzut, în timp ce carbura de tungsten este utilizată atunci când sunt necesare rezistență ridicată, rezistență la uzură și rezistență la coroziune [3].
Aplicații de carbură de tungsten rezistentă la coroziune
Carbura de tungsten rezistentă la coroziune este utilizată într-o varietate de aplicații din diferite industrii [2]:
Industria petrolului și a gazelor
- Instrumente de foraj: componente care funcționează în medii dure și corozive, cum ar fi puțurile acri, beneficiază de acoperiri cu carbură de tungsten [3].
- Componentele supapei: supapele de sufocare și componentele de control al fluidului necesită materiale care pot rezista la lichide corozive și presiuni ridicate [2].
Prelucrarea chimică
- Duze: utilizate pentru pulverizarea substanțelor chimice corozive, necesitând rezistență la atacul și uzura chimică [2].
- Garnituri: etanșările mecanice în pompe și reactoare trebuie să reziste la mediile corozive și să mențină performanțele de etanșare [2].
Industria marină
- Piese de uzură: componente expuse apei de mare, cum ar fi rotatorii de pompă și piesele de supapă, necesită materiale rezistente la coroziune [3].
-Instrumente de tăiere: carbura de tungsten este materie primă optimă pentru instrumentele de tăiere utilizate în medii de mare viteză, de mare viteză, datorită rezistenței sale și a coeficientului de expansiune termică scăzută [9].
Alte industrii
- Dies de ștampilare de precizie: blocurile de carbură de tungsten rezistente la coroziune sunt utilizate în industria de ștampilare de precizie, unde coroziunea electrochimică este o preocupare [6].
- Implanturi medicale: carbura de tungsten poate fi utilizată în implanturile medicale care necesită biocompatibilitate și rezistență la coroziune [7].
Concluzie
Rezistența la coroziune a Tungsten Carbide este o proprietate critică care o face potrivită pentru cereri solicitante în diferite industrii [7]. În timp ce carbura de tungsten prezintă o rezistență bună la multe medii corozive, performanța sa este influențată de factori precum compoziția chimică, valoarea pH -ului, temperatura și prezența agenților corozivi specifici [1]. Faza de liant, de obicei cobalt, este adesea cea mai slabă legătură în ceea ce privește rezistența la coroziune, dar strategiile de aliere și acoperire își pot îmbunătăți semnificativ performanța [1]. În comparație cu alte materiale precum oțelul inoxidabil, ceramica și polimerii, carbura de tungsten oferă o combinație unică de duritate ridicată, rezistență la uzură și rezistență la coroziune, ceea ce o face o alegere ideală pentru aplicațiile care necesită durabilitate în medii dure [9]. Pe măsură ce tehnologia avansează, optimizarea continuă a proceselor va spori și mai mult rezistența la coroziune a carburii de tungsten, oferind un sprijin puternic pentru aplicațiile din mai multe domenii [7].
FAQ
1. Ce face rezistența la coroziune a carburii de tungsten?
Rezistența la coroziune a carburii de tungsten provine din compoziția sa chimică și din formarea unui strat de oxid stabil [7] [4]. Carbura de tungsten (WC) oferă o barieră naturală rezistentă la coroziune, datorită durității mari și a stabilității chimice [7]. În plus, este rezistent la reacțiile cu acid, alcalin și alte medii corozive, asigurând stabilitatea performanței în medii dure [7].
2. Cum afectează materialul liant rezistența la coroziune a carburii de tungsten?
Materialul de liant, de obicei cobalt (CO), poate afecta semnificativ rezistența la coroziune a carburii de tungsten [1]. Cobalt este susceptibil la coroziune, ceea ce poate duce la scurgerea cobaltului și la degradarea ulterioară a materialului [1]. Alierea liantului de cobalt cu elemente precum cromul, molibdenul sau nichelul poate îmbunătăți rezistența la coroziune, sau nichelul poate fi înlocuit cu cobalt în întregime [1].
3. Care sunt cele mai bune metode de a îmbunătăți rezistența la coroziune a carburii de tungsten?
Mai multe metode pot spori rezistența la coroziune a carburii de tungsten:
- Aliere: adăugarea de elemente precum cromul, nichelul sau molibdenul în faza de liant [1].
- Acoperiri: Aplicarea acoperirilor de protecție, cum ar fi carbura de tungsten CVD [3].
- Tratament la suprafață: tehnici de lustruire și pasivare [7].
4. În ce medii carbura de tungsten prezintă o rezistență slabă la coroziune?
Carbura de tungsten prezintă de obicei o rezistență slabă a coroziunii în acizi puternici, cum ar fi acidul clorhidric și hidrofluoric [1]. De asemenea, funcționează slab în medii cu o valoare de pH sub 6 atunci când utilizați cobalt ca liant [2].
5. Care sunt unele aplicații tipice ale carburii de tungsten rezistente la coroziune?
Carbura de tungsten rezistentă la coroziune este utilizată în diferite aplicații, inclusiv:
- Instrumente de foraj și componente ale valvei în industria petrolului și a gazelor [3].
- Dururi și sigilii în procesarea chimică [2].
- Purtați piese în industria marină [3].
- Stamparea de precizie moare [6].
Citări:
[1] https://www.jlsmoldparts.com/talking-corrosion-resistance-tungsten-carbide-grades/
[2] https://www.linkedin.com/pulse/corrosion-resistance-tungsten-carbide-shijin-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-termal-pray-coatings-and-hyer-use
]
[7] https://www.carbide-part.com/blog/an-in-depth-analysis-of-tungsten-carbides-corrosion-resistance/
[8] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-edm-blocks.html
[9] https://www.alied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[10] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/eceded-carbide/corrosion-resistance/
