İçerik Menüsü
● Tungsten karbür nedir?
>> Tungsten karbürün özellikleri
>> Tungsten karbür uygulamaları
● Elektrokaplatma Tungsten Karbür
>> Tungsten Karbür Elektrokaplama Yöntemleri
>> Tungsten karbür elektrodulanmada yer alan adımlar
● Elektrokaplama Tungsten Karbürün Faydaları
● Elektroplu tungsten karbür uygulamaları
● Elektrokaplamaya alternatifler
● Kaplama yöntemlerinin karşılaştırılması
● Tungsten karbür kaplama teknolojisinde son gelişmeler
● Sağlık ve Güvenlik Hususları
● Çözüm
● SSS
>> 1. Tungsten karbür saf tungsten ile elektroje olabilir mi?
>> 2. Tungsten karbürü elektro -örtmenin temel faydaları nelerdir?
>> 3. Elektroles nikel kaplama nedir ve neden tungsten karbürde kullanılır?
>> 4. Hangi endüstriler elektroduatlı tungsten karbür kullanmaktan en çok yararlanır?
>> 5. Tungsten karbürü elektroplokasyon alternatifleri nelerdir?
● Alıntılar:
Tungsten karbür , olağanüstü sertliği, aşınma direnci ve termal özellikleri ile bilinen çok yönlü bir malzemedir, bu da çok sayıda endüstriyel uygulama için gereklidir [5]. Genellikle 500 santigrat derecenin altındaki servis sıcaklıkları olan aşınma uygulamalarında kullanılır, erozyon, aşınma, korkutma, kayma aşınması ve etkiye karşı direnç gerektiren senaryolar için idealdir [2].
Elektrokaplama, bir elektrik akımının bir elektrot üzerinde metal bir kaplama oluşturmak için çözünmüş metal iyonlarını azalttığı metal bir sonlandırma tekniğidir [4]. Elektrodepozisyon olarak da bilinen bu işlem, bir iş parçasının (substrat) özel olarak formüle edilmiş bir elektrolit çözeltisine (kaplama banyosu) sarkmayı içerir [4].
Tungsten'in yüksek reaktivitesi nedeniyle, bir substratın saf tungsten ile elektroploke edilmesi zordur, tipik olarak nikel veya diğer metallerle birlikte yer değiştirmeyi gerektirir [4]. Geleneksel sulu kaplama banyoları tungsten kaplaması için kabul edilebilir sonuçlar vermemiştir [4]. Bununla birlikte, tungsten yüzeylerine, özellikle tungsten karbür iş parçalarına kaplama, etkili tekniklerle elde edilebilir, genellikle korozyon korumasını arttırır [4].
Tungsten karbür nedir?
Tungsten karbür, tungsten ve karbonun bir bileşiğidir. Yaklaşık 530-700 GPa'lık bir genç modülü ile çelikten yaklaşık üç kat daha sert bir malzemedir ve çelikten iki kat daha yoğundur - kurşun ve altın arasında neredeyse ortada [5]. 2.870 ° C (5,200 ° F) yüksek bir erime noktasına ve 6.000 ° C (10.830 ° F) kaynama noktasına sahiptir [5].
Tungsten karbürün özellikleri
Tungsten Carbide, çeşitli endüstrilerde paha biçilmez hale getiren benzersiz bir mülk kombinasyonuna sahiptir [5]:
- Sertlik: Mükemmel aşınma direnci sağlayan son derece zor [5].
- aşınma direnci: erozyon, aşınma ve etki dahil olmak üzere yüksek aşınma seviyelerine dayanabilir [2].
- Termal stabilite: Şiddetli stres ve aşındırıcı koşullar altında mukavemet ve bütünlüğü korur [5].
- Korozyon direnci: Güçlü bağ mukavemeti ve düşük gözeneklilik nedeniyle oksidasyona mükemmel bir direnç sunar [2].
- Yüksek erime noktası: Deformasyon olmadan yüksek sıcaklıklara dayanabilir [5].
Tungsten karbür uygulamaları
Tungsten Carbide'ın özellikleri, çeşitli endüstrilerdeki çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir [5]:
- Havacılık ve Havacılık: Türbin bıçakları ve iniş dişlisi bileşenleri gibi kritik motor bileşenlerini aşınmaya karşı korur [5].
- Petrol ve gaz üretimi: Sondaj ekipmanlarında, aşındırıcı ortamlarda matkap bitlerinin ve pompa bileşenlerinin ömrünü uzatmak için kullanılır [5].
- Üretim ve endüstriyel işleme: Yüksek hızlı işleme işlemlerinde hizmet ömrünü uzatmak için kesme araçlarına uygulanır [5].
- Güç üretimi: Geleneksel ve yenilenebilir enerji sistemlerinde türbin bileşenlerini erozyondan korur [5].
- Otomotiv endüstrisi: Çeşitli otomotiv parçaları için yüksek hızlı çelik gibi ağır metal alaşımlarının üretiminde kullanılır [8].
- Spor Ekipmanları: Dayanıklılığı nedeniyle golf kulüpleri gibi atletik teçhizatlarda kullanılır [7].
Elektrokaplatma Tungsten Karbür
Elektrokaplama tungsten karbür, korozyon direnci gibi özelliklerini arttırmak veya belirli uygulamalara hazırlamak için malzemenin başka bir metalle kaplanmasını içerir [8]. Saf tungsten plakası zor olsa da, tungsten karbür spesifik teknikler kullanılarak etkili bir şekilde elektrodu olabilir [4].
Tungsten Karbür Elektrokaplama Yöntemleri
1. Elektrolitik süreç:
- Bu yöntem, mevcut tungsten iyonları üretmek için sulu asit florür banyosunda tungsten karbür anotlarının elektrolize edilmesini içerir [1]. Tungsten ile alaşım için bir metalin asitte çözünen bir tuz (örn. Nikel) ilave edilir. Banyo pH'sı 4.5 ve 6.8 arasında ayarlanır ve çözelti, metrekare başına yaklaşık 14 amper olan 35 ° C ile 80 ° C arasındaki bir sıcaklıkta tutulur [1].
- Bu işlemin bir varyasyonu, mevcut tungsten iyonlarını üretmek için sulu bir asit florür banyosunda tungsten dioksitin (WO2) çözülmesini içerir [1].
2. Elektriksiz nikel kaplama:
- Elektriksiz nikel kaplama, bir elektrik akımı gerektirmediği için tungsten karbür üzerinde sıklıkla kullanılır [8]. İşlem, bileşenin kimyasal reaksiyonların nikelin substrata bağlanmasına neden olduğu özel bir çözeltiye daldırmayı içerir [8]. Bu yöntem düzgün bir kaplama sağlar ve korozyon direncini arttırır [8].
Tungsten karbür elektrodulanmada yer alan adımlar
1. Tungsten karbür substratının hazırlanması:
- Yağ, gres veya oksitler gibi kirleticileri uzaklaştırmak için yüzey iyice temizlenmelidir. Yöntemler arasında ultrasonik temizlik, alkalin temizleme ve asit aşındırma bulunur [4].
- Yüzey Aktivasyonu: Yüzeyi uygun bir etchant ile aşındırmak, kaplama metalin yapışmasını geliştirir.
2. Elektrolit çözeltisinin hazırlanması:
- Elektrolitik kaplama için sulu bir asit florür banyosu hazırlanır. Bu banyo, alaşımlanacak metalin asitte çözünen bir tuzu (örn. Nikel klorür) ve kaplama kalitesini iyileştirmek için diğer katkı maddeleri içerir [1].
- Elektriksiz kaplama için özel bir elektroles nikel kaplama çözeltisi kullanılır [8]. Bu çözelti nikel iyonları, bir indirgeyici maddesi (örn., Sodyum hipofosfit), kompleksleştirici ajanlar ve stabilizatörler içerir [8].
3. Elektrokaplama işlemi:
- Elektrolitik kaplama: Tungsten karbür substratı, katot olarak elektrolit banyosuna yerleştirilir ve bir tungsten veya tungsten alaşım anot kullanılır. Çözeltideki metal iyonlarının tungsten karbür yüzeyine birikmesine neden olan bir akım uygulanır [1].
- Elektriksiz kaplama: Tungsten karbür substratı, elektriksiz kaplama banyosuna daldırılır. Çözelti uygun sıcaklığa ısıtılır (tipik olarak 80-90 ° C arasında) ve kimyasal reaksiyonlar nikelin substrat üzerine birikmesine neden olur [8].
4 Tedavi sonrası:
- Kaplamadan sonra bileşen, herhangi bir artık elektrolit çözeltisini uzaklaştırmak için iyice durulanır [4].
-Yeterli, uzun süreli kaplama yapışmasını sağlamak için bir kaplama sonrası kucaklama kabartma işlemi uygulanabilir [4].
- Kaplama sertliğini ve yapışmasını iyileştirmek için ısıl işlemeye tabi tutulabilir [2].
Elektrokaplama Tungsten Karbürün Faydaları
Elektrokaplatma Tungsten Karbür çeşitli avantajlar sunar [8]:
- Geliştirilmiş korozyon direnci: Plakalı tabaka, tungsten karbürünü aşındırıcı ortamlardan korur [8].
- Geliştirilmiş aşınma direnci: Kaplama, kullanılan metale bağlı olarak ek aşınma direnci sağlayabilir [2].
- Artan yüzey sertliği: Nikel gibi bazı kaplamalar, tungsten karbürünün yüzey sertliğini artırabilir [2].
- Daha iyi elektriksel iletkenlik: Nikel gibi kaplamalar, elektronik uygulamalarda faydalı olan elektrik iletkenliğini geliştirir [8].
- Kolaylaştırılmış kaynak ve lehimleme: Nikel kaplamalar, yüzeyde kaynak, lehimleme ve lehimleme yapmayı kolaylaştırır [8].
Elektroplu tungsten karbür uygulamaları
Elektrokaplanmış tungsten karbür, gelişmiş özellikleri nedeniyle çeşitli uygulamalarda kullanılır [5]:
- Kesme Araçları: Tungsten karbür, petrol, madencilik, metal işleme ve ağaç işleme endüstrileri için kesme, dönüş ve öğütme aletlerinin üretiminde yaygın olarak kullanılır [8]. Elektrokaplama, aletin aşınma ve korozyon direncini arttırır [5].
- Elektronik Bileşenler: Tungsten'in elektrik iletkenliği ve ısı direncinden dolayı, elektrik kontaklarında, yarı iletkenlerde ve ısı lavabolarında kullanılır. Nikel kaplamalar korozyon direncini geliştirir ve daha fazla kaplamayı sağlar [8].
- Endüstriyel ekipman: Isıtma elemanları ve radyasyon kalkanları gibi bileşenlerde, elektroplokasyon malzemenin sert ortamlara karşı direncini arttırır [5].
- Otomotiv ve havacılık bileşenleri: Otomotiv ve havacılık uygulamalarında bulunanlar gibi ısı, aşınma ve korozyona direnç gerektiren kısımlarda kullanılır [8].
- Hidrolik pistonlar: hidrolik sistemlerde aşınma ve aşındırıcı direnci arttırır [2].
- Matkap Bitleri: Çeşitli endüstrilerde sondaj ekipmanlarının ömrünü ve performansını genişletir [2].
- Havacılık Motorları: Motor bileşenlerini aşınma ve çevresel faktörlerden korur [2].
- Kapı ve bilyalı vanalar: Valf bileşenlerinin dayanıklılığını ve güvenilirliğini artırır [2].
- Aşağı delik aletleri: Petrol ve gaz ekstraksiyonunda kullanılan aletlerin uzun ömürlülüğünü sağlar [2].
- Uçak İniş Maddeleri: Kritik iniş dişlisi bileşenleri için aşınma ve korozyon koruması sağlar [2].
- Pompa Uygulamaları: Pompa bileşenlerinin performansını ve ömrünü geliştirir [2].
Elektrokaplamaya alternatifler
Elektrokaplama, tungsten karbürün özelliklerini arttırmak için yaygın bir yöntem olsa da, diğer kaplama teknikleri farklı avantajlar sunar [2]:
- Yüksek hızlı oksijen yakıt (HVOF) kaplama: Bu termal sprey işlemi tungsten ve kobalt birleştirerek yüksek bağ mukavemeti, düşük gözeneklilik ve mükemmel aşınma direncine sahip bir kaplamaya neden olur [6]. HVOF kaplamaları, hava plazması veya yanma tozu sprey işlemlerinden daha yoğun ve daha iyi bağlanmıştır ve genellikle sert krom kaplama yerine kullanılır [2].
- Plazma Sprey Kaplama: Bir kaplama sağlamak için erimiş veya ıslak malzemelerin bir yüzeye püskürtülmesini içerir. Bu yöntem çeşitli malzemelerle kullanılabilir ve geniş yüzey alanları için uygundur [6].
- Kimyasal buhar birikimi (CVD): İnce bir filmin buharlaştırılmış öncüllerin kimyasal reaksiyonu yoluyla bir substrat üzerine bırakıldığı bir işlem. CVD kaplamaları tekdüzelikleri ve güçlü yapışmaları ile bilinir [2].
- Fiziksel buhar birikimi (PVD): İnce filmler ve kaplamalar üretmek için kullanılan bir vakum kaplama tekniği. PVD süreçleri püskürtme, buharlaşma ve ark buharı birikimi içerir [2].
Kaplama Yöntemlerinin Karşılaştırılması
| Kaplama Yöntemi |
İşlem |
Avantajları |
Dezavantajlar |
Uygulamalar |
| Elektrolizasyon |
Çözünmüş metal iyonlarını azaltmak ve bir elektrot üzerinde bir kaplama oluşturmak için elektrik akımı kullanır [4]. |
Geliştirilmiş korozyon direnci, gelişmiş aşınma direnci, artan yüzey sertliği, daha iyi elektriksel iletkenlik, kolaylaştırılmış kaynak ve lehimleme [8]. |
Saf tungsten ile zorlayıcı olabilir, spesifik banyo kimyası gerektirir, optimal yapışma için tedavi sonrası gerekebilir [4]. |
Kesme aletleri, elektronik bileşenler, endüstriyel ekipman, otomotiv ve havacılık bileşenleri [8]. |
| HVOF kaplama |
Yüksek hızlı oksijen yakıtı kullanılarak tungsten ve kobaltın bir kombinasyonunu substrat üzerine püskürtmektedir [6]. |
Yüksek bağ mukavemeti, düşük gözeneklilik, mükemmel aşınma direnci, üstün sertlik ve sert krom kaplamaya kıyasla aşındırıcı direnç [2]. |
Daha yüksek servis sıcaklıkları, güçlü asitler için önerilmeyen aşınma direncini ve kaplama bütünlüğünü azaltan kırılgan fazlara neden olabilir [2]. |
Hidrolik pistonlar, matkap bitleri, havacılık motorları, kapı ve bilyalı vanalar, aşağı delik aletleri, uçak iniş trunnions, çeşitli pompa uygulamaları [2]. |
| Plazma sprey kaplama |
Erimiş veya ısıl artışlı malzemeleri bir yüzeye püskürtür [6]. |
Çok yönlü, geniş yüzey alanları için uygun çeşitli malzemelerle kullanılabilir [6]. |
HVOF ile karşılaştırıldığında daha yüksek gözenekliliğe sahip olabilir, tedavi sonrası gerektirebilir [6]. |
Aşınma dirençli kaplamalar, termal bariyer kaplamalar, korozyona dayanıklı kaplamalar [6]. |
| Kimyasal buhar birikimi (CVD) |
Buharlaştırılmış öncüllerin kimyasal reaksiyonu yoluyla ince bir filmi bir substrat üzerine biriktirir [2]. |
Düzgün kaplama, güçlü yapışma, yüksek sıcaklık uygulamaları için iyi [2]. |
Pahalı olabilir, yüksek sıcaklıklar gerektirebilir, tehlikeli yan ürünler üretebilir [2]. |
Yarı iletken üretimi, aşınmaya dayanıklı kaplamalar, korozyona dayanıklı kaplamalar [2]. |
| Fiziksel buhar birikimi (PVD) |
İnce filmler ve kaplamalar üretmek için kullanılan vakum kaplama tekniği [2]. |
Yüksek sertlik, aşınma direnci, korozyon direnci, çeşitli malzemelerle kullanılabilir [2]. |
Pahalı olabilir, sınırlı kaplama kalınlığı, tedavi sonrası gerektirebilir [2]. |
Kesme aletleri, dekoratif kaplamalar, aşınmaya dayanıklı kaplamalar [2]. |
Tungsten karbür kaplama teknolojisinde son gelişmeler
Son araştırmalar, Tungsten karbür kaplamalarının performansını ve uygulanmasını artırmaya odaklanmıştır [5]:
- Nanoyapılı Tungsten Karbür Kaplamaları: Bu kaplamalar, rafine mikro yapıları nedeniyle iyileştirilmiş sertlik, aşınma direnci ve kırılma tokluğu sunar.
- Hibrit Kaplamalar: Tungsten karbürünün grafen veya polimerler gibi diğer malzemelerle birleştirilmesi, gelişmiş korozyon direnci veya azaltılmış sürtünme gibi özel özelliklere sahip kaplamalar oluşturabilir.
- Gelişmiş biriktirme teknikleri: darbeli lazer birikimi (PLD) ve yüksek güç dürtü magnetron püskürtme (HIPIMS) gibi teknikler, daha iyi yapışma ile daha yoğun ve daha düzgün kaplamaların oluşturulmasına izin verir.
- Yüzey Modifikasyonu: Plazma işlemi veya lazer yüzey dokusu gibi tedavi öncesi ve sonrası yüzey modifikasyonları, tungsten karbür kaplamalarının performansını daha da artırabilir.
Sağlık ve Güvenlik Hususları
Tungsten karbür ve elektrokaplama süreçleriyle çalışırken, potansiyel sağlık ve güvenlik risklerini dikkate almak önemlidir [2]:
- Hexavalent Chromium: Şimdi Erişim Direktifi altında yoğun bir şekilde kısıtlanmış olan geleneksel sert krom kaplama, bilinen bir insan kanserojen olan Hexavalent Chromium'u kullanır [2]. HVOF tarafından uygulanan tungsten karbür kaplamaları daha güvenli bir alternatif olarak kabul edilir [2].
- Kimyasallara maruz kalma: Elektrokaplama, bazıları tehlikeli olabilecek çeşitli kimyasalların kullanımını içerir. Eldiven, maskeler ve göz koruması gibi uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) giyilmelidir [2].
- Havalandırma: Havadaki parçacıklara ve kimyasal buharlara maruz kalmayı en aza indirmek için yeterli ventilasyon gereklidir [2].
- Atık Bertarafı: Çevresel etkiyi en aza indirmek için atık malzemeler ve kullanılmış elektrolit çözeltileri için uygun bertaraf yöntemleri izlenmelidir [2].
Çözüm
Sonuç olarak, saf tungsten'in elektropla edilmesi zor olsa da, tungsten karbür özelliklerini arttırmak ve uygulamalarını genişletmek için etkili bir şekilde elektro toplanabilir. Elektrolitik ister elektriksiz olsun, elektrokaplama işlemi, gelişmiş korozyon direnci, aşınma direnci ve yüzey sertliği gibi faydalar sunar. HVOF ve plazma püskürtme gibi alternatif kaplama yöntemleri, belirli performans özelliklerini elde etmek için ek seçenekler sunar. Teknoloji ilerledikçe, devam eden araştırmalar, Tungsten karbür kaplamalarının performansını ve uygulanmasını geliştirmeye devam ederek çok sayıda endüstride devam eden önemlerini sağlıyor. Tungsten karbürünün elektrodulan özelliklerini, süreçlerini ve faydalarını anlayarak mühendisler ve üreticiler, malzemelerini ve süreçlerini optimize etmek için bilinçli kararlar verebilir.
SSS
1. Tungsten karbür saf tungsten ile elektroje olabilir mi?
Tungsten'in yüksek reaktivitesinden dolayı saf tungsten ile tungsten karbürü elektoplat etmek zor olsa da, korozyon direnci ve aşınma direnci gibi özelliklerini geliştirmek için nikel gibi diğer metallerle elektrople edilmesi mümkündür [4].
2. Tungsten karbürü elektro -örtmenin temel faydaları nelerdir?
Birincil faydalar arasında gelişmiş korozyon direnci, gelişmiş aşınma direnci, artan yüzey sertliği, daha iyi elektrik iletkenliği ve kolaylaştırılmış kaynak ve lehimleme bulunur [8].
3. Elektroles nikel kaplama nedir ve neden tungsten karbürde kullanılır?
Elektriksiz nikel kaplama, elektrik akımı gerektirmeyen bir işlemdir. Tungsten karbür üzerinde düzgün bir kaplama sağlamak, korozyon direncini iyileştirmek ve yüzeyde kaynak ve lehimleme yapmayı kolaylaştırmak için kullanılır [8].
4. Hangi endüstriler elektroduatlı tungsten karbür kullanmaktan en çok yararlanır?
En çok fayda sağlayan endüstriler, gelişmiş aşınma direnci, korozyon direnci ve kaplanmış malzemenin termal stabilitesi nedeniyle havacılık, petrol ve gaz, üretim, enerji üretimi, otomotiv ve elektronikler içerir [5] [8].
5. Tungsten karbürü elektroplokasyon alternatifleri nelerdir?
Alternatifler arasında yüksek hızlı oksijen yakıt (HVOF) kaplama, plazma sprey kaplaması, kimyasal buhar birikimi (CVD) ve fiziksel buhar birikimi (PVD) bulunur [2]. Her yöntem belirgin avantajlar sunar ve farklı uygulamalar için uygundur [6].
Alıntılar:
[1] https://www.freepatentsonline.com/2145745.html
[2] https://www.bandbprecision.co.uk/tungsten-carbide-coating/
[3] https://www.sciencemadness.org/talk/viewthread.php?tid=77083
[4] https://www.sharrettsplating.com/base-merials/tungsten
[5] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[6] https://www.industrialplating.com/materials/tungsten-carbide-coatings
[7] https://rselectro.in/blog-description/5-tungsten-carbide-pplications/9135
[8] https://www.sharrettsplating.com/blog/electoless-nicel-plating-tungsten/
