Menu nội dung
● Carbide vonfram là gì?
>> Tính chất của cacbua vonfram
>> Ứng dụng của cacbua vonfram
● Mái điện vonfram cacbua
>> Phương pháp mạ cacbua vonfram
>> Các bước liên quan đến việc mạ cacbua vonfram
● Lợi ích của việc mạ cacbua vonfram
● Các ứng dụng của cacbua vonfram được mạ điện
● Các lựa chọn thay thế để mạ điện
● So sánh các phương pháp phủ
● Những tiến bộ gần đây trong công nghệ lớp phủ cacbua vonfram
● Cân nhắc về sức khỏe và an toàn
● Phần kết luận
● Câu hỏi thường gặp
>> 1. Có thể mạ cacbua vonfram có thể được mạ điện bằng vonfram tinh khiết không?
>> 2. Lợi ích chính của việc mạ cacbua vonfram là gì?
>> 3. Lỗ Niken điện phân là gì và tại sao nó được sử dụng trên cacbua vonfram?
>> 4. Những ngành công nghiệp nào được hưởng lợi nhiều nhất từ việc sử dụng cacbua vonfram được mạ điện?
>> 5. Các lựa chọn thay thế cho cacbua vonfram mạ điện là gì?
● Trích dẫn:
Carbide vonfram là một vật liệu đa năng được biết đến với độ cứng đặc biệt, khả năng chống mài mòn và tính chất nhiệt, làm cho nó trở nên cần thiết cho nhiều ứng dụng công nghiệp [5]. Thường được sử dụng trong các ứng dụng hao mòn với nhiệt độ dịch vụ dưới 500 độ C, nó là lý tưởng cho các kịch bản đòi hỏi phải chống xói mòn, mài mòn, băn khoăn, hao mòn trượt và tác động [2].
Mái điện là một kỹ thuật hoàn thiện kim loại trong đó dòng điện làm giảm các ion kim loại hòa tan để tạo thành một lớp phủ kim loại trên điện cực [4]. Quá trình này, còn được gọi là điện cực, liên quan đến việc nhấn chìm phôi (chất nền) vào dung dịch điện phân đặc biệt (tắm mạ) [4].
Do khả năng phản ứng cao của vonfram, việc mạ một chất nền với vonfram thuần là thách thức, thường đòi hỏi sự đồng lắng với niken hoặc các kim loại khác [4]. Phòng tắm mạ nước truyền thống đã không mang lại kết quả chấp nhận được cho việc mạ vonfram [4]. Tuy nhiên, mạ lên các bề mặt vonfram, đặc biệt là phôi cacbua vonfram, có thể đạt được với các kỹ thuật hiệu quả, thường tăng cường bảo vệ ăn mòn [4].
Carbide vonfram là gì?
Carbide vonfram là một hợp chất của vonfram và carbon. Đó là một vật liệu cực kỳ khó khăn, khoảng ba lần cứng hơn thép, với mô đun của một con chó trẻ khoảng 530 GP700 GPA, và dày gấp đôi thép giữa thép giữa chì và vàng [5]. Nó có điểm nóng chảy cao là 2.870 ° C (5.200 ° F) và điểm sôi 6.000 ° C (10,830 ° F) [5].
Tính chất của cacbua vonfram
Vonfram cacbua sở hữu một sự kết hợp độc đáo của các thuộc tính làm cho nó trở nên vô giá trong các ngành công nghiệp khác nhau [5]:
- Độ cứng: Đặc biệt cứng, cung cấp khả năng chống mài mòn tuyệt vời [5].
- Kháng hao mòn: Có thể chịu được mức độ hao mòn cao, bao gồm xói mòn, mài mòn và tác động [2].
- Tính ổn định nhiệt: Duy trì sức mạnh và tính toàn vẹn trong tình trạng căng thẳng và xói mòn nghiêm trọng [5].
- Kháng ăn mòn: cung cấp khả năng chống oxy hóa tuyệt vời do cường độ liên kết mạnh và độ xốp thấp [2].
- Điểm nóng chảy cao: Có thể chịu được nhiệt độ cao mà không biến dạng [5].
Ứng dụng của cacbua vonfram
Các thuộc tính của vonfsten carbide làm cho nó phù hợp với một loạt các ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau [5]:
- Hàng không vũ trụ và hàng không: Bảo vệ các thành phần động cơ quan trọng như lưỡi tuabin và các thành phần thiết bị hạ cánh khỏi hao mòn [5].
- Sản xuất dầu khí: Được sử dụng trong thiết bị khoan để kéo dài tuổi thọ của các bit khoan và các thành phần bơm trong môi trường mài mòn [5].
- Sản xuất và xử lý công nghiệp: Áp dụng cho các công cụ cắt để mở rộng tuổi thọ dịch vụ trong các hoạt động gia công tốc độ cao [5].
- Phát điện: Khiên các thành phần tuabin từ xói mòn trong các hệ thống năng lượng thông thường và tái tạo [5].
- Ngành công nghiệp ô tô: Được sử dụng trong việc sản xuất các hợp kim kim loại nặng như thép tốc độ cao cho các bộ phận ô tô khác nhau [8].
- Thiết bị thể thao: Được sử dụng trong các thiết bị thể thao như các câu lạc bộ golf do độ bền của nó [7].
Mái điện vonfram cacbua
Mái điện cacbua vonfram liên quan đến việc phủ vật liệu bằng một kim loại khác để tăng cường tính chất của nó, chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn hoặc để chuẩn bị cho các ứng dụng cụ thể [8]. Trong khi vonfram nguyên chất rất khó để đĩa, cacbua vonfram có thể được mạ điện một cách hiệu quả bằng các kỹ thuật cụ thể [4].
Phương pháp mạ cacbua vonfram
1. Quá trình điện phân:
- Phương pháp này liên quan đến các cực dương cacbua vonfram điện phân trong dung dịch dung dịch axit fluoride để tạo ra các ion vonfram có sẵn [1]. Một muối hòa tan axit của kim loại (ví dụ, niken) được thêm vào hợp kim với vonfram. Độ pH của bể được điều chỉnh từ 4,5 đến 6,8, và dung dịch được duy trì ở nhiệt độ từ 35 ° C đến 80 ° C với mật độ hiện tại khoảng 14 ampe mỗi feet vuông [1].
- Một biến thể của quá trình này bao gồm hòa tan vonfram dioxide (WO2) trong bể chứa axit fluoride để tạo ra các ion vonfram có sẵn [1].
2. Lớp điện phân Niken:
- Lớp mạ niken điện phân thường được sử dụng trên cacbua vonfram vì nó không yêu cầu dòng điện [8]. Quá trình này liên quan đến việc ngâm thành phần trong một giải pháp chuyên dụng trong đó các phản ứng hóa học làm cho niken liên kết với chất nền [8]. Phương pháp này cung cấp một lớp phủ đồng đều và tăng cường khả năng chống ăn mòn [8].
Các bước liên quan đến việc mạ cacbua vonfram
1. Chuẩn bị chất nền cacbua vonfram:
- Bề mặt phải được làm sạch hoàn toàn để loại bỏ bất kỳ chất gây ô nhiễm như dầu, dầu mỡ hoặc oxit. Các phương pháp bao gồm làm sạch siêu âm, làm sạch kiềm và khắc axit [4].
- Kích hoạt bề mặt: Khắc bề mặt bằng một etchant phù hợp giúp cải thiện độ bám dính của kim loại mạ.
2. Chuẩn bị dung dịch điện phân:
- Đối với lớp mạ điện phân, một bể fluoride axit nước được điều chế. Bồn tắm này chứa các ion vonfram, một loại muối tan trong axit của kim loại được hợp kim (ví dụ, niken clorua) và các chất phụ gia khác để cải thiện chất lượng mạ [1].
- Đối với mạ điện, dung dịch mạ niken điện phân chuyên dụng được sử dụng [8]. Dung dịch này chứa các ion niken, chất khử (ví dụ, natri hypophosphite), chất tạo phức và chất ổn định [8].
3. Quá trình mạ điện:
- Mạ điện phân: Chất nền cacbua vonfram được đặt trong dung dịch điện phân dưới dạng cực âm, và một cực dương hợp kim vonfram hoặc vonfram được sử dụng. Một dòng điện được áp dụng, làm cho các ion kim loại trong dung dịch lắng đọng trên bề mặt cacbua vonfram [1].
- Lỗ điện phân: Chất nền cacbua vonfram được ngâm trong bể mạ điện. Dung dịch được làm nóng đến nhiệt độ thích hợp (thường là từ 80-90 ° C) và các phản ứng hóa học làm cho niken lắng đọng vào chất nền [8].
4.
- Sau khi mạ, thành phần được rửa kỹ để loại bỏ bất kỳ dung dịch điện phân còn lại [4].
-Một quy trình cứu trợ bao gồm sau phủ có thể được áp dụng để đảm bảo độ bám dính đủ, lâu dài [4].
- Lớp phủ có thể được xử lý nhiệt để cải thiện độ cứng và độ bám dính của nó [2].
Lợi ích của việc mạ cacbua vonfram
Mái điện vonfram cung cấp một số lợi thế [8]:
- Khả năng chống ăn mòn tăng cường: Lớp mạ bảo vệ cacbua vonfram khỏi môi trường ăn mòn [8].
- Cải thiện điện trở hao mòn: Lớp phủ có thể cung cấp điện trở hao mòn bổ sung, tùy thuộc vào kim loại được sử dụng [2].
- Tăng độ cứng bề mặt: Một số lớp phủ nhất định, chẳng hạn như niken, có thể làm tăng độ cứng bề mặt của cacbua vonfram [2].
- Độ dẫn điện tốt hơn: Lớp phủ như niken cải thiện độ dẫn điện, có lợi trong các ứng dụng điện tử [8].
- Hàn và hàn được tạo điều kiện: Lớp phủ niken giúp thực hiện hàn, hàn và hàn trên bề mặt dễ dàng hơn [8].
Các ứng dụng của cacbua vonfram được mạ điện
Cacbua vonfram được mạ điện được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau do tính chất nâng cao của nó [5]:
- Các công cụ cắt: Carbide vonfram thường được sử dụng trong việc sản xuất các công cụ cắt, quay và phay cho các ngành công nghiệp dầu mỏ, khai thác, kim loại và chế biến gỗ [8]. Mái điện tăng cường khả năng chống mòn và chống ăn mòn của công cụ [5].
- Các thành phần điện tử: Do độ dẫn điện và điện trở của vonfram, nó được sử dụng trong các tiếp xúc điện, chất bán dẫn và tản nhiệt. Lớp phủ niken cải thiện khả năng chống ăn mòn và cho phép nhiều lớp phủ hơn [8].
- Thiết bị công nghiệp: Trong các thành phần như các yếu tố sưởi ấm và tấm chắn bức xạ, mạ điện giúp tăng cường khả năng chống lại môi trường khắc nghiệt [5].
- Các thành phần ô tô và hàng không vũ trụ: Được sử dụng trong các bộ phận đòi hỏi khả năng chống nhiệt, hao mòn và ăn mòn, chẳng hạn như các bộ phận được tìm thấy trong các ứng dụng ô tô và hàng không vũ trụ [8].
- Pít -tông thủy lực: Tăng cường độ mòn và khả năng chống ăn mòn trong các hệ thống thủy lực [2].
- Khoan bit: Mở rộng tuổi thọ và hiệu suất của thiết bị khoan trong các ngành công nghiệp khác nhau [2].
- Động cơ hàng không vũ trụ: Bảo vệ các thành phần động cơ khỏi sự hao mòn và các yếu tố môi trường [2].
- Van cổng và bóng: Cải thiện độ bền và độ tin cậy của các thành phần van [2].
- Down Hole Tools: Đảm bảo tuổi thọ của các công cụ được sử dụng trong khai thác dầu khí [2].
- Trunnions hạ cánh máy bay: Cung cấp bảo vệ hao mòn và ăn mòn cho các thành phần thiết bị hạ cánh quan trọng [2].
- Ứng dụng bơm: Tăng cường hiệu suất và tuổi thọ của các thành phần bơm [2].
Các lựa chọn thay thế để mạ điện
Mặc dù mạ điện là một phương pháp phổ biến để tăng cường các tính chất của cacbua vonfram, các kỹ thuật phủ khác mang lại lợi thế riêng biệt [2]:
- Lớp phủ oxy vận tốc cao (HVOF) Lớp phủ HVOF dày đặc hơn và liên kết tốt hơn so với các loại từ các quá trình phun bột trong huyết tương hoặc đốt cháy và thường được sử dụng làm thay thế cho mạ crôm cứng [2].
- Lớp phủ phun plasma: Liên quan đến việc phun vật liệu nóng chảy hoặc nhiệt lên bề mặt để cung cấp lớp phủ. Phương pháp này có thể được sử dụng với nhiều loại vật liệu và phù hợp cho các khu vực bề mặt lớn [6].
- Sự lắng đọng hơi hóa học (CVD): Một quá trình trong đó một màng mỏng được lắng đọng trên chất nền thông qua một phản ứng hóa học của tiền chất bốc hơi. Lớp phủ CVD được biết đến với tính đồng nhất và độ bám dính mạnh [2].
- Sự lắng đọng hơi vật lý (PVD): Một kỹ thuật phủ chân không được sử dụng để tạo ra màng và lớp phủ mỏng. Các quá trình PVD bao gồm phun, bay hơi và lắng đọng hơi cung [2].
So sánh phương pháp lớp
| phủ phương pháp |
lớp |
trình |
Quy |
phủ |
| Mạ điện |
Sử dụng dòng điện để giảm các ion kim loại hòa tan và tạo thành lớp phủ trên điện cực [4]. |
Tăng cường khả năng chống ăn mòn, khả năng chống mài mòn được cải thiện, tăng độ cứng bề mặt, độ dẫn điện tốt hơn, hàn và hàn hỗ trợ [8]. |
Có thể là thách thức với vonfram thuần túy, đòi hỏi hóa học tắm cụ thể, có thể cần điều trị sau khi kết dính tối ưu [4]. |
Các công cụ cắt, các thành phần điện tử, thiết bị công nghiệp, các thành phần ô tô và hàng không vũ trụ [8]. |
| Lớp phủ HVOF |
Thuốc xịt một sự kết hợp của vonfram và coban lên chất nền bằng cách sử dụng nhiên liệu oxy vận tốc cao [6]. |
Độ bền liên kết cao, độ xốp thấp, khả năng chống mài mòn tuyệt vời, độ cứng vượt trội và khả năng chống ăn mòn so với mạ crôm cứng [2]. |
Nhiệt độ dịch vụ cao hơn có thể dẫn đến các pha giòn làm giảm khả năng chống mài mòn và tính toàn vẹn của lớp phủ, không được khuyến cáo cho các axit mạnh [2]. |
Pít -tông thủy lực, bit khoan, động cơ hàng không vũ trụ, van cổng và bóng, dụng cụ xuống lỗ, các bộ ba hạ cánh trên máy bay, các ứng dụng bơm khác nhau [2]. |
| Lớp phủ phun plasma |
Thuốc xịt vật liệu nóng chảy hoặc nhiệt lên bề mặt [6]. |
Đa năng, có thể được sử dụng với nhiều loại vật liệu, phù hợp cho các khu vực bề mặt lớn [6]. |
Có thể có độ xốp cao hơn so với HVOF, có thể yêu cầu sau điều trị sau [6]. |
Lớp phủ chống mài mòn, lớp phủ rào cản nhiệt, lớp phủ chống ăn mòn [6]. |
| Lắng đọng hơi hóa học (CVD) |
Tiền gửi một màng mỏng lên chất nền thông qua phản ứng hóa học của tiền chất hóa hơi [2]. |
Lớp phủ đồng nhất, độ bám dính mạnh, tốt cho các ứng dụng nhiệt độ cao [2]. |
Có thể đắt tiền, đòi hỏi nhiệt độ cao, có thể tạo ra các sản phẩm phụ nguy hiểm [2]. |
Sản xuất chất bán dẫn, lớp phủ chống hao mòn, lớp phủ chống ăn mòn [2]. |
| Lắng đọng hơi vật lý (PVD) |
Kỹ thuật phủ chân không được sử dụng để sản xuất màng mỏng và lớp phủ [2]. |
Độ cứng cao, khả năng chống mài mòn, khả năng chống ăn mòn, có thể được sử dụng với nhiều loại vật liệu [2]. |
Có thể đắt tiền, độ dày lớp phủ hạn chế, có thể yêu cầu sau xử lý [2]. |
Công cụ cắt, lớp phủ trang trí, lớp phủ chống mài mòn [2]. |
Những tiến bộ gần đây trong công nghệ lớp phủ cacbua vonfram
Nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc tăng cường hiệu suất và ứng dụng của lớp phủ cacbua vonfram [5]:
- Lớp phủ cacbua vonfram cấu trúc nano: Những lớp phủ này cung cấp độ cứng được cải thiện, khả năng chống mài mòn và độ bền gãy do cấu trúc vi mô tinh chế của chúng.
- Lớp phủ lai: Kết hợp cacbua vonfram với các vật liệu khác, chẳng hạn như graphene hoặc polyme, có thể tạo ra các lớp phủ với các đặc tính phù hợp, chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn tăng cường hoặc giảm ma sát.
- Kỹ thuật lắng đọng nâng cao: Các kỹ thuật như lắng đọng laser xung (PLD) và cường độ tăng cường lực thúc đẩy mạnh (HIPIMS) cho phép tạo ra các lớp phủ dày đặc hơn và đồng đều hơn với độ bám dính được cải thiện.
- Sửa đổi bề mặt: Sửa đổi bề mặt trước và sau điều trị, chẳng hạn như xử lý huyết tương hoặc kết cấu bề mặt laser, có thể tăng cường hơn nữa hiệu suất của lớp phủ cacbua vonfram.
Cân nhắc về sức khỏe và an toàn
Khi làm việc với các quá trình mạ cacbua và mạ điện vonfram, điều quan trọng là phải xem xét các rủi ro về sức khỏe và an toàn tiềm năng [2]:
- Chromium hexavalent: mạ crôm cứng truyền thống, hiện bị hạn chế rất nhiều theo chỉ thị tiếp cận, sử dụng crom hexavalent, một chất gây ung thư người được biết đến [2]. Lớp phủ cacbua vonfram được áp dụng HVOF được coi là một sự thay thế an toàn hơn [2].
- Tiếp xúc với hóa chất: Minh điện liên quan đến việc sử dụng các hóa chất khác nhau, một số trong đó có thể nguy hiểm. Thiết bị bảo vệ cá nhân thích hợp (PPE), chẳng hạn như găng tay, mặt nạ và bảo vệ mắt, nên được đeo [2].
- Thông gió: Thông gió đầy đủ là cần thiết để giảm thiểu tiếp xúc với các hạt trong không khí và hơi hóa học [2].
- Xử lý chất thải: Các phương pháp xử lý đúng đối với vật liệu chất thải và các dung dịch điện phân đã được tuân thủ để giảm thiểu tác động môi trường [2].
Phần kết luận
Tóm lại, trong khi vonfram thuần túy rất khó để mạ điện, cacbua vonfram có thể được mạ điện một cách hiệu quả để tăng cường tính chất của nó và mở rộng các ứng dụng của nó. Quá trình mạ điện, cho dù điện phân hay điện giải, mang lại lợi ích như cải thiện khả năng chống ăn mòn, điện trở hao mòn và độ cứng bề mặt. Các phương pháp phủ thay thế như HVOF và Sprasma Spraying cung cấp các tùy chọn bổ sung để đạt được các đặc điểm hiệu suất cụ thể. Khi công nghệ tiến bộ, nghiên cứu liên tục tiếp tục cải thiện hiệu suất và ứng dụng của lớp phủ cacbua vonfram, đảm bảo tầm quan trọng liên tục của chúng trong nhiều ngành công nghiệp. Bằng cách hiểu các thuộc tính, quy trình và lợi ích của việc mạ điện vonfram, các kỹ sư và nhà sản xuất có thể đưa ra quyết định sáng suốt để tối ưu hóa vật liệu và quy trình của họ.
Câu hỏi thường gặp
1. Có thể mạ cacbua vonfram có thể được mạ điện bằng vonfram tinh khiết không?
Mặc dù rất khó khăn đối với cacbua vonfram mạ điện với vonfram nguyên chất do phản ứng cao của vonfram, có thể mạ điện với các kim loại khác như niken để tăng cường tính chất của nó như chống ăn mòn và chống mài mòn [4].
2. Lợi ích chính của việc mạ cacbua vonfram là gì?
Những lợi ích chính bao gồm tăng khả năng chống ăn mòn, khả năng chống mài mòn được cải thiện, tăng độ cứng bề mặt, độ dẫn điện tốt hơn và hàn và hàn và hàn [8].
3. Lỗ Niken điện phân là gì và tại sao nó được sử dụng trên cacbua vonfram?
Lỗ Niken điện phân là một quá trình không yêu cầu dòng điện. Nó được sử dụng trên cacbua vonfram để cung cấp lớp phủ đồng đều, cải thiện khả năng chống ăn mòn và giúp thực hiện hàn và hàn trên bề mặt [8] dễ dàng hơn.
4. Những ngành công nghiệp nào được hưởng lợi nhiều nhất từ việc sử dụng cacbua vonfram được mạ điện?
Các ngành công nghiệp có lợi nhất bao gồm hàng không vũ trụ, dầu khí, sản xuất, sản xuất điện, ô tô và điện tử, do khả năng chống mài mòn, khả năng chống ăn mòn và độ ổn định nhiệt của vật liệu phủ [5] [8].
5. Các lựa chọn thay thế cho cacbua vonfram mạ điện là gì?
Các lựa chọn thay thế bao gồm lớp phủ nhiên liệu oxy vận tốc cao (HVOF), lớp phủ phun plasma, lắng đọng hơi hóa học (CVD) và lắng đọng hơi vật lý (PVD) [2]. Mỗi phương pháp cung cấp các lợi thế riêng biệt và phù hợp cho các ứng dụng khác nhau [6].
Trích dẫn:
[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-coatings
[7] https://rselectro.in/blog-description/5-tungsten-carbide-applications/9135
.
