Меню вмісту
● Що таке карбід вольфраму?
>> Властивості карбіду вольфраму
>> Застосування карбіду вольфраму
● Електроплідування карбіду вольфраму
>> Методи електроплюзації карбіду вольфраму
>> Етапи, що беруть участь у електроплізації карбіду вольфраму
● Переваги електроплюзації карбіду вольфраму
● Застосування електроплетного вольфрамового карбіду
● Альтернативи електропчуванням
● Порівняння методів покриття
● Останні досягнення в технології покриття карбіду вольфраму
● Міркування щодо здоров'я та безпеки
● Висновок
● Поширення
>> 1. Чи може вольфрамовий карбід бути електриваним чистим вольфрамом?
>> 2. Які основні переваги електроплюзації карбіду вольфраму?
>> 3. Що таке похило для нікелю з електропровідами і чому воно використовується на карбіді вольфраму?
>> 4. Які галузі виграють найбільше від використання електричного вольфрамового карбіду?
>> 5. Які альтернативи електроплюзації карбіду вольфраму?
● Цитати:
Карбід вольфраму - це універсальний матеріал, відомий своєю винятковою твердістю, стійкістю до зносу та тепловими властивостями, що робить його важливим для численних промислових застосувань [5]. Часто використовується в програмах зносу з температурою обслуговування нижче 500 градусів Цельсія, він ідеально підходить для сценаріїв, що потребують стійкості до ерозії, стирання, розриву, ковзання та удару [2].
Електроплідування - це металева обробка, де електричний струм зменшує розчинені іони металу, утворюючи металеве покриття на електроді [4]. Цей процес, також відомий як електроосадження, передбачає занурення заготовки (підкладки) у спеціально сформульований електролітний розчин (ванна з покриття) [4].
Через високу реакційну здатність вольфраму електропляція субстрату з чистим вольфрамом є складним завданням, як правило, потребує спільного позбавлення з нікелем або іншими металами [4]. Традиційні ванни з водним покриттям не дали прийнятних результатів для вольфрамового покриття [4]. Однак покриття на поверхнях вольфраму, особливо за допомогою карбідів вольфраму, досягається ефективними методами, часто посилюючи захист від корозії [4].
Що таке карбід вольфраму?
Карбід вольфраму - це з'єднання вольфраму та вуглецю. Це надзвичайно жорсткий матеріал, приблизно втричі більш жорсткий, ніж сталь, з модулем молодого приблизно 530–700 ГПа, і вдвічі щільне, ніж сталь - настає на середині між свинцем і золотом [5]. Він має високу температуру плавлення 2870 ° C (5200 ° F) та температуру кипіння 6000 ° C (10 830 ° F) [5].
Властивості карбіду вольфраму
Карбід вольфраму має унікальне поєднання властивостей, які роблять його неоціненним у різних галузях [5]:
- Твердість: надзвичайно важко, забезпечуючи відмінну стійкість до зносу [5].
- Носистійкість: здатний протистояти високому рівню зносу, включаючи ерозію, стирання та удар [2].
- Термічна стабільність: підтримує силу та цілісність при сильних стресах та ерозивних умовах [5].
- Корозійна стійкість: пропонує відмінну стійкість до окислення через міцну міцність зв’язку та низьку пористість [2].
- Висока температура плавлення: може витримувати високі температури без деформації [5].
Застосування карбіду вольфраму
Властивості карбіду вольфраму роблять його придатним для широкого спектру додатків у різних галузях [5]:
- Аерокосмічна та авіація: захищає критичні компоненти двигуна, такі як лопатки турбін та компоненти посадкової передачі від зносу [5].
- Виробництво нафти та газу: Використовується в буровій техніці для продовження терміну експлуатації компонентів свердління та компонентів насоса в абразивних умовах [5].
- Виробництво та промислова обробка: застосовується до ріжучих інструментів для продовження терміну експлуатації служб у високошвидкісних обробних операціях [5].
- Генерація електроенергії: захищає компоненти турбіни з ерозії в звичайних та відновлюваних енергетичних системах [5].
- Автомобільна промисловість: Використовується у виробництві сплавів важких металів, таких як високошвидкісна сталь для різних автомобільних деталей [8].
- Спортивне обладнання: Використовується в атлетичних спорядженнях, таких як гольф -клуби завдяки його довговічності [7].
Електроплідування карбіду вольфраму
Електроплідування карбіду вольфраму передбачає покриття матеріалу іншим металом для підвищення його властивостей, таких як резистентність до корозії, або для підготовки його до конкретних застосувань [8]. Незважаючи на те, що чистий вольфрам важко таріпити, вольфрамовий карбід може бути ефективно електричним за допомогою конкретних методик [4].
Методи електроплюзації карбіду вольфраму
1. Електролітичний процес:
- Цей метод включає електролізуючі аноди карбіду вольфраму у фтор -фторі вольної кислоти для отримання доступних вольфрамових іонів [1]. Кислотнорозчинна сіль металу (наприклад, нікель) додається до сплаву з вольфрамом. РН ванни регулюється до 4,5 до 6,8, а розчин підтримується при температурі між 35 ° С і 80 ° С з щільністю струму близько 14 амперів на квадратний фут [1].
- Варіація цього процесу включає розчинення діоксиду вольфраму (WO2) у ванній фторидній кислоті для отримання доступних вольфрамових іонів [1].
2. Електрозневе нікельське покриття:
- Покір для нікелю з електропровідними часто використовується на карбіді вольфраму, оскільки воно не потребує електричного струму [8]. Процес передбачає занурення компонента в спеціалізований розчин, де хімічні реакції змушують нікель зв'язуватися з субстратом [8]. Цей метод забезпечує рівномірне покриття та підвищує резистентність до корозії [8].
Етапи, що беруть участь у електроплізації карбіду вольфраму
1. Підготовка субстрату карбіду з вольфраму:
- Поверхня повинна бути ретельно очищена, щоб видалити будь -які забруднення, такі як олія, жир або оксиди. Методи включають ультразвукове очищення, лужне очищення та травлення кислоти [4].
- Поверхнева активація: травлення поверхні з відповідним ударом покращує адгезію пошкодженого металу.
2. Підготовка розчину електроліту:
- Для електролітичного покриття готується ванна з фтором водної кислоти. Ця ванна містить вольфрамові іони, кислотну соль металу, яку потрібно лежати (наприклад, хлорид нікелю) та інші добавки для поліпшення якості покриття [1].
- Для електричного покриття використовується спеціалізований розчин для нікелю з нікелевим покриттям [8]. Цей розчин містить іони нікелю, відновлюючий засіб (наприклад, гіпофосфит натрію), складні агенти та стабілізатори [8].
3. Процес електричного розгляду:
- Електролітичне покриття: Тонльфрамовий карбідний підкладка розміщується в ванну електроліту в якості катода, і використовується анод вольфраму або вольфрамового сплаву. Наноситься струм, внаслідок чого іони металів у розчині відкладаються на поверхню карбіду вольфраму [1].
- Електрозневе покриття: Тульфрамовий карбідний підкладка занурюється в ванну для покриття електроенергії. Розчин нагрівають до відповідної температури (як правило, між 80-90 ° C), а хімічні реакції спричиняють відкладення нікелю на субстрат [8].
4. Пост-лікування:
- Після покриття компонент ретельно промивають, щоб видалити будь -який залишковий розчин електроліту [4].
-Для забезпечення достатньої, довготривалої адгезії покриття [4] може бути застосований процес після розколки.
- Покриття може зазнати термічної обробки для поліпшення його твердості та адгезії [2].
Переваги електроплюзації карбіду вольфраму
Карбід з електричним вольфрамом пропонує кілька переваг [8]:
- Посилена резистентність до корозії: полярний шар захищає карбід вольфраму від корозійних середовищ [8].
- Поліпшена стійкість до зносу: покриття може забезпечити додаткову стійкість до зносу, залежно від металу [2].
- Підвищена твердість поверхні: певні покриття, такі як нікель, можуть збільшити твердість поверхні карбіду вольфраму [2].
- Краща електропровідність: покриття, як нікель, покращують електропровідність, що корисно в електронних застосуванні [8].
- Полегшення зварювання та пайки: нікелеві покриття полегшують проведення зварювання, пайки та пайки на поверхні [8].
Застосування електроплетного вольфрамового карбіду
Електроптований карбід вольфраму використовується в різних додатках завдяки його посиленим властивостям [5]:
- РОЗДІЛЬНІ ТЕСТРУС: ТОЛДНЕТЕНИЙ Карбід зазвичай використовується у виробництві ріжучих, поворотних та фрезерних інструментів для нафти, видобутку, металообробки та деревообробних промислових галузей [8]. Електроплідування підвищує стійкість до зносу інструменту та корозію [5].
- Електронні компоненти: Завдяки електричній провідності та теплостійкості вольфраму він використовується в електричних контактах, напівпровідниках та тепловідвідниках. Нікелеві покриття покращують резистентність до корозії та дають можливість більш рівномірного покриття [8].
- Промислове обладнання: У таких компонентах, як нагрівальні елементи та радіаційні екрани, електропляція підвищує стійкість матеріалу до суворих середовищ [5].
- Автомобільні та аерокосмічні компоненти: використовуються в частинах, які потребують стійкості до тепла, зносу та корозії, таких як ті, що знаходяться в автомобільних та аерокосмічних додатках [8].
- Гідравлічні поршні: підвищує знос та корозійну стійкість у гідравлічних системах [2].
- Свердлові біти: продовжує життя та продуктивність бурового обладнання в різних галузях [2].
- Аерокосмічні двигуни: захищає компоненти двигуна від факторів зносу та навколишнього середовища [2].
- Ворота та кульові клапани: покращує довговічність та надійність компонентів клапана [2].
- Інструменти для отвору: забезпечує довговічність інструментів, що використовуються в видобутку нафти та газу [2].
- Осадження літаків: Захист від зносу та корозії для критичних компонентів посадки [2].
- Застосування насоса: підвищує продуктивність та тривалість життя компонентів насоса [2].
Альтернативи електропчуванням
Незважаючи на те, що електропляція є загальним методом посилення властивостей карбіду вольфраму, інші методи покриття пропонують чіткі переваги [2]:
- Покриття кисневого палива з високою швидкістю (HVOF): Цей процес теплового розпилення поєднує вольфрам і кобальт, що призводить до покриття з високою міцністю на зв’язок, низькою пористістю та відмінною стійкістю до зносу [6]. Покриття HVOF щільніше і краще скріплені, ніж у процесах розпилення порошку повітряної плазми або спалювання, і часто використовуються як заміна твердого хромового покриття [2].
- Плазмовий розпилення покриття: передбачає розпилення розплавлених або теплоплавних матеріалів на поверхню, щоб забезпечити покриття. Цей метод може бути використаний з різноманітними матеріалами і підходить для великих поверхонь [6].
- Хімічне осадження пари (ССЗ): процес, при якому тонка плівка осаджується на субстрат через хімічну реакцію випаровуваних попередників. Покриття CVD відомі своєю рівномірністю та сильною адгезією [2].
- Фізичне осадження пари (PVD): техніка вакуумного покриття, що використовується для отримання тонких плівок та покриттів. Процеси PVD включають розпилення, випаровування та осадження пари дуги [2].
Порівняння методів покриття
| покриття |
Процес |
переваги |
недоліків |
Методи |
| Електричний |
Використовує електричний струм для зменшення розчинених іонів металів і утворення покриття на електроді [4]. |
Посилена стійкість до корозії, поліпшення стійкості до зносу, підвищена твердість поверхні, краща електропровідність, полегшення зварювання та пайка [8]. |
Може бути складним завданням з чистим вольфрамом, вимагає конкретної хімії ванни, може знадобитися після лікування оптимальної адгезії [4]. |
Розрізи, електронні компоненти, промислове обладнання, автомобільні та аерокосмічні компоненти [8]. |
| Покриття HVOF |
Розпилення комбінації вольфраму та кобальту на підкладку за допомогою кисневого палива з високою швидкістю [6]. |
Висока міцність зв’язку, низька пористість, відмінна стійкість до зносу, велика твердість та корозійна стійкість порівняно з твердим хромованим покриттям [2]. |
Більш високі температури обслуговування можуть призвести до крихких фаз, які знижують стійкість до зносу та цілісність покриття, не рекомендуються для сильних кислот [2]. |
Гідравлічні поршні, свердлите, аерокосмічні двигуни, ворота та кулькові клапани, інструменти для отвору, морські земляки, різні застосування насоса [2]. |
| Плазмовий розпилення покриття |
Розпилення розплавлених або теплоплавних матеріалів на поверхню [6]. |
Універсальний, можна використовувати з різноманітними матеріалами, придатними для великих площ поверхні [6]. |
Може мати більш високу пористість порівняно з HVOF, може зажадати після лікування [6]. |
Носисткі покриття, теплові бар'єрні покриття, стійкі до корозії покриття [6]. |
| Хімічне осадження пари (CVD) |
Відкладає тонку плівку на субстрат через хімічну реакцію випаровуваних попередників [2]. |
Рівномірне покриття, сильна адгезія, корисна для високотемпературних застосувань [2]. |
Може бути дорогим, вимагає високих температур, може виробляти небезпечні побічні продукти [2]. |
Виробництво напівпровідників, стійкі до зносу покриття, стійкі до корозії покриття [2]. |
| Фізичне осадження пари (PVD) |
Техніка вакуумного покриття, що використовується для отримання тонких плівок та покриттів [2]. |
Висока твердість, стійкість до зносу, корозійна стійкість, можна використовувати з різноманітними матеріалами [2]. |
Може бути дорогим, обмеженою товщиною покриття, може знадобитися після лікування [2]. |
Розрізи, декоративні покриття, стійкі до зносу покриття [2]. |
Останні досягнення в технології покриття карбіду вольфраму
Недавні дослідження були зосереджені на підвищенні продуктивності та застосуванню покриття карбіду вольфраму [5]:
- Наноструктуровані покриття карбіду вольфраму: Ці покриття пропонують підвищену твердість, стійкість до зносу та міцність на перелом через їх вишукану мікроструктуру.
- Гібридні покриття: Поєднання карбіду вольфраму з іншими матеріалами, такими як графен або полімери, може створювати покриття з індивідуальними властивостями, такими як підвищена резистентність до корозії або зниження тертя.
- Вдосконалені методи осадження: такі методи, як імпульсне лазерне осадження (PLD) та високопотужні імпульсні магнетронні розпилення (HIPIM) дозволяють створити щільніші та більш рівномірні покриття з вдосконаленою адгезією.
- Модифікація поверхні: Модифікації поверхні до та після лікування, такі як обробка плазми або лазерна текстурування поверхні, можуть додатково підвищити продуктивність покриття карбіду вольфраму.
Міркування щодо здоров'я та безпеки
Працюючи з процесами карбіду та електричним вольфрамом, важливо враховувати потенційні ризики для здоров'я та безпеки [2]:
- Гексавалентний хром: Традиційне твердке хромоване покриття, тепер сильно обмежене під Директивою про охоплення, використовує гексивалентний хром, відомий канцероген людини [2]. Покриття карбіду, що застосовується HVOF, вважаються безпечнішою альтернативою [2].
- Вплив хімічних речовин: Електроплідування передбачає використання різних хімічних речовин, деякі з яких можуть бути небезпечними. Правильне засобу для персонального захисту (РПЕ), наприклад, рукавички, маски та захист очей, слід носити [2].
- Вентиляція: необхідна адекватна вентиляція для мінімізації впливу частинок повітря та хімічних пари [2].
- Утилізація відходів: Необхідно дотримуватися належних методів утилізації відходів та відпрацьованих електролітних розчинів, щоб мінімізувати вплив на навколишнє середовище [2].
Висновок
На закінчення, хоча чистого вольфраму важко електроплантувати, карбід вольфраму може бути ефективно електризованою для підвищення властивостей та розширення своїх застосувань. Процес електроплізації, будь то електролітичний чи електропровід, пропонує такі переваги, як поліпшена стійкість до корозії, стійкість до зносу та твердість поверхні. Альтернативні методи покриття, такі як HVOF та плазма розпилення, забезпечують додаткові варіанти досягнення конкретних характеристик продуктивності. По мірі просування технологій, тривалі дослідження продовжують покращувати продуктивність та застосування покриття карбіду вольфраму, забезпечуючи їх постійну важливість у численних галузях. Розуміючи властивості, процеси та переваги електроплюзації карбіду вольфраму, інженери та виробники можуть приймати обґрунтовані рішення для оптимізації своїх матеріалів та процесів.
Поширення
1. Чи може вольфрамовий карбід бути електриваним чистим вольфрамом?
Незважаючи на те, що електропладати вольфрамовий карбід з чистим вольфрамом через високу реакційну здатність вольфраму через високу реактивність вольфраму, можна електроплати за допомогою інших металів, таких як нікель, щоб підвищити його властивості, такі як резистентність до корозій та стійкість до зносу [4].
2. Які основні переваги електроплюзації карбіду вольфраму?
Основні переваги включають підвищену резистентність до корозії, покращену стійкість до зносу, підвищену твердість поверхні, кращу електропровідність та полегшення зварювання та пайки [8].
3. Що таке похило для нікелю з електропровідами і чому воно використовується на карбіді вольфраму?
Електрозневе нікелеве покриття - це процес, який не потребує електричного струму. Він використовується на карбіді вольфраму, щоб забезпечити рівномірне покриття, покращити резистентність до корозії та полегшити проведення зварювання та пайки на поверхні [8].
4. Які галузі виграють найбільше від використання електричного вольфрамового карбіду?
Промисловості, які отримують користь найбільше, включають аерокосмічну, нафту та газу, виробництво, виробництво електроенергії, автомобільну та електроніку, завдяки підвищеній стійкості до зносу, корозійною стійкістю та термічною стійкістю покритого матеріалу [5] [8].
5. Які альтернативи електроплюзації карбіду вольфраму?
Альтернативи включають покриття з кисневим паливом з високою швидкістю (HVOF), покриттям з розпиленням плазми, хімічним осадженням пари (ССЗ) та фізичним осадженням пари (PVD) [2]. Кожен метод пропонує чіткі переваги і підходить для різних додатків [6].
Цитати:
[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-materials/tungsten
[5] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[6] https://www.industrialplating.com/materials/tungsten-carbide-catings
[7] https://rselectro.in/blog-description/5-tungsten-carbide-applications/9135
[8] https://www.sharrettsplating.com/blog/electroless-nickel-plating-tungsten/
