Menu nội dung
● Carbide vonfram là gì?
>> Thành phần và sản xuất
>> Tính chất của cacbua vonfram
● Hiểu kháng ăn mòn
>> Cơ chế ăn mòn
>> Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn
● Khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram
>> Hành vi trong các môi trường khác nhau
>> Vai trò của giai đoạn chất kết dính
● Tăng cường kháng ăn mòn
>> Hợp kim
>> Lớp phủ
>> Xử lý bề mặt
● Vonfram cacbua so với các vật liệu khác
>> Thép không gỉ
● Các ứng dụng của cacbua vonfram chống ăn mòn
>> Ngành dầu khí
>> Xử lý hóa học
>> Ngành công nghiệp biển
>> Các ngành công nghiệp khác
● Phần kết luận
● Câu hỏi thường gặp
>> 1. Điều gì làm cho chống ăn mòn cacbua vonfram?
>> 2. Vật liệu chất kết dính ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram như thế nào?
>> 3. Những cách tốt nhất để cải thiện khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram là gì?
>> 4. Trong môi trường nào mà vonfram cacbua thể hiện khả năng chống ăn mòn kém?
>> 5. Một số ứng dụng điển hình của cacbua vonfram chống ăn mòn là gì?
● Trích dẫn:
Carbide vonfram được biết đến với độ cứng đặc biệt, khả năng chống mài mòn và sự ổn định trong môi trường khắc nghiệt [2] [7] [4]. Kháng ăn mòn của nó là một đặc tính quan trọng xác định sự phù hợp của nó đối với các ứng dụng công nghiệp khác nhau, bao gồm cả các ứng dụng trong các lĩnh vực hóa học, dầu mỏ và biển [7]. Bài viết này khám phá khả năng chống ăn mòn của Các cacbua vonfram , các cơ chế cơ bản của nó, các yếu tố ảnh hưởng đến hành vi ăn mòn của nó và cách so sánh với các vật liệu khác trong môi trường ăn mòn [2] [4].
Carbide vonfram là gì?
Carbide vonfram (WC) là một hợp chất bao gồm các nguyên tử vonfram và carbon [7]. Nó là một vật liệu cứng, giòn thường được sản xuất thông qua luyện kim bột, trong đó bột cacbua vonfram được trộn với kim loại chất kết dính, thường là coban (CO), sau đó thiêu kết ở nhiệt độ cao [7] [1]. Vật liệu kết quả, thường được gọi là cacbua xi măng, kết hợp độ cứng cao và khả năng chịu hao mòn của cacbua vonfram với độ bền và độ bền của kim loại chất kết dính [1].
Thành phần và sản xuất
- cacbua vonfram được tổng hợp bằng cách kết hợp vonfram và carbon ở nhiệt độ cao [7].
- Bột kết quả được trộn với kim loại chất kết dính (thường là coban) [1].
- Hỗn hợp được nén thành hình dạng mong muốn và sau đó thiêu kết, một quá trình củng cố vật liệu ở nhiệt độ cao [1].
Tính chất của cacbua vonfram
- Độ cứng cao: Carbide vonfram đặc biệt cứng, với độ cứng Mohs khoảng 9, chỉ đứng sau kim cương [9].
- Kháng mòn: Nó thể hiện khả năng chống mài mòn và xói mòn tuyệt vời, làm cho nó phù hợp để cắt các công cụ và bộ phận đeo [3].
- Điểm nóng chảy cao: Carbide vonfram có điểm nóng chảy cao (khoảng 2.747 ° C), cung cấp độ ổn định ở nhiệt độ cao [9].
- Kháng ăn mòn: Nó có khả năng chống lại nhiều phương tiện ăn mòn, đảm bảo sự ổn định hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt [7].
- Tính ổn định hóa học: cacbua vonfram ổn định về mặt hóa học và không dễ dàng phản ứng với các chất khác ở nhiệt độ phòng [7] [9].
Hiểu kháng ăn mòn
Khả năng chống ăn mòn là khả năng của vật liệu để chịu được sự xuống cấp gây ra bởi các phản ứng hóa học hoặc điện hóa với môi trường của nó [2]. Trong bối cảnh của cacbua vonfram, khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn cấu trúc và hiệu suất của nó trong các điều kiện ăn mòn [1].
Cơ chế ăn mòn
Ăn mòn là một quá trình trong đó một vật liệu bị oxy hóa bởi các chất trong môi trường, khiến nó mất các electron [2]. Các cơ chế chính ảnh hưởng đến cacbua vonfram bao gồm:
- Ăn mòn hóa học: Tấn công hóa học trực tiếp bằng axit, bazơ hoặc các tác nhân ăn mòn khác [1].
- Ăn mòn điện hóa: ăn mòn do sự hình thành các tế bào điện hóa trên bề mặt vật liệu [6].
- Ăn mòn Galvanic: Xảy ra khi hai kim loại không giống nhau tiếp xúc với sự hiện diện của chất điện phân [6].
- Ăn mòn kẽ hở: ăn mòn cục bộ trong các khoảng trống hoặc kẽ hở trong đó các giải pháp trì trệ có thể tích lũy [1].
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn
Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram:
- Thành phần hóa học: Thành phần của cacbua vonfram, bao gồm loại và lượng kim loại chất kết dính, ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống ăn mòn của nó [7].
- Giá trị pH: Độ axit hoặc độ kiềm của môi trường đóng một vai trò quan trọng. Carbide vonfram với chất kết dính coban thường hoạt động tốt ở mức độ pH trên 9 nhưng kém dưới pH 6 [2].
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao hơn có thể tăng tốc tốc độ ăn mòn [1].
- Phương tiện ăn mòn: Các tác nhân ăn mòn cụ thể có trong môi trường (ví dụ: axit clohydric, axit nitric) có thể có tác dụng khác nhau trên cacbua vonfram [7].
- Cấu trúc vi mô: Kích thước hạt, độ xốp và sự phân bố của các pha cacbua và chất kết dính ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn [1].
Khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram
Carbide vonfram thể hiện khả năng chống ăn mòn tốt đối với nhiều phương tiện truyền thông, bao gồm xăng, acetone, ethanol, dung môi hữu cơ, amoniac, bazơ và axit yếu [1]. Tuy nhiên, hiệu suất của nó có thể thay đổi đáng kể dựa trên các điều kiện và thành phần cụ thể của vật liệu [1].
Hành vi trong các môi trường khác nhau
- Axit: cacbua vonfram có thể giảm nhanh trong các axit mạnh như hydrochloric và axit hydrofluoric [1].
- kiềm: Nó thường cho thấy khả năng kháng tốt với môi trường kiềm, đặc biệt là ở mức độ pH cao hơn [2].
- Muối: Kháng dung dịch muối phụ thuộc vào muối và nồng độ cụ thể. Các xét nghiệm phun muối thường được sử dụng để đánh giá khả năng chống ăn mòn trong môi trường biển [3].
- Nước: cacbua vonfram thường hoạt động tốt trong nước máy, nhưng điện trở của nó có thể bị ảnh hưởng bởi các tạp chất và độ pH [1].
Vai trò của giai đoạn chất kết dính
Cobalt là một chất kết dính được sử dụng rộng rãi trong cacbua vonfram do khả năng làm ướt các hạt cacbua vonfram trong quá trình thiêu kết pha lỏng [1]. Tuy nhiên, coban dễ bị ăn mòn, có thể dẫn đến sự xuống cấp của toàn bộ vật liệu [1].
- Lò hạc coban: Trong môi trường ăn mòn, coban có thể được hòa tan có chọn lọc, để lại một bộ xương vonfram xốp [1]. Quá trình này, được gọi là lọc coban, làm giảm tính toàn vẹn cấu trúc của vật liệu và có thể gây ra các hạt cacbua [1].
- Cải thiện khả năng chống ăn mòn: Cobalt hợp kim với các yếu tố như crom, molybden hoặc niken có thể tăng cường khả năng chống ăn mòn của nó [1]. Trong một số trường hợp, việc thay thế hoàn toàn niken cho coban đã được chứng minh là hiệu quả trong môi trường ăn mòn cao [1].
Tăng cường kháng ăn mòn
Một số chiến lược có thể được sử dụng để tăng cường khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram:
Hợp kim
- Chromium: Thêm crom vào chất kết dính coban có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa và ăn mòn [1].
- Niken: Niken có thể thay thế coban để cung cấp khả năng chống ăn mòn vượt trội trong môi trường axit mạnh [1].
- Molybden: Molybden tăng cường khả năng chống ăn mòn trong môi trường hóa học cụ thể [1].
Lớp phủ
Áp dụng lớp phủ bảo vệ có thể tạo ra một rào cản giữa chất nền cacbua vonfram và môi trường ăn mòn [3].
- Lớp phủ cacbua vonfram CVD: lắng đọng hơi hóa học (CVD) có thể tạo ra lớp phủ cacbua vonfram có cấu trúc nano với độ cứng tăng cường, kháng mài mòn và kháng ăn mòn [3]. Những lớp phủ này đặc biệt hiệu quả trong việc ngăn chặn sự ăn mòn trong môi trường tích cực và ở nhiệt độ lên tới 400 ° C [3].
- Lỗ mạ crôm cứng: Mặc dù mạ crôm cứng là phương pháp bảo vệ ăn mòn phổ biến, lớp phủ cacbua vonfram CVD đã cho thấy hiệu suất vượt trội trong các thử nghiệm phun muối [3].
-Lớp phủ HVOF: Lớp phủ oxy vận tốc cao (HVOF) có thể cung cấp một lớp dày đặc, liên kết tốt, nhưng chúng có thể yêu cầu niêm phong để ngăn chặn sự ăn mòn của chất nền bên dưới [3].
Xử lý bề mặt
Sửa đổi bề mặt của cacbua vonfram có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của nó [7].
- Đánh bóng: Một kết thúc bề mặt mịn làm giảm số lượng các vị trí bắt đầu ăn mòn tiềm năng [7].
- thụ động: Các phương pháp điều trị hóa học có thể tạo ra một lớp thụ động bảo vệ vật liệu khỏi ăn mòn [2].
Vonfram cacbua so với các vật liệu khác
Có thể so sánh khả năng chống ăn mòn của vonfram cacbua có thể được so sánh với các vật liệu thường được sử dụng khác trong môi trường ăn mòn [4]:
Thép không gỉ
- Kháng ăn mòn: Thép không gỉ nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn do sự hình thành lớp oxit crom thụ động [7].
- Tính chất cơ học: cacbua vonfram thường có độ cứng cao hơn và điện trở hao mòn so với thép không gỉ [9].
- Các ứng dụng: Carbide vonfram được ưu tiên trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn cao, chẳng hạn như vòi phun và các thành phần van, trong khi thép không gỉ được sử dụng trong phạm vi ứng dụng rộng hơn do độ dẻo và hiệu quả chi phí [7].
- Kháng ăn mòn: Gốm sứ, như alumina và zirconia, cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường [6].
- Tính chất cơ học: Carbide vonfram có độ bền vượt trội và khả năng chống mài mòn so với nhiều gốm sứ [9].
- Ứng dụng: Gốm sứ được sử dụng trong môi trường ăn mòn cao trong đó ứng suất cơ học thấp, trong khi cacbua vonfram được chọn cho các ứng dụng yêu cầu cả chống ăn mòn và chống mài mòn cao [6].
- Khả năng chống ăn mòn: Các polyme có thể cung cấp khả năng kháng tuyệt vời cho các hóa chất cụ thể, nhưng tính chất cơ học và điện trở nhiệt độ của chúng thường thấp hơn so với cacbua vonfram [3].
- Ứng dụng: Polyme phù hợp cho ứng suất thấp, môi trường ăn mòn, trong khi cacbua vonfram được sử dụng khi cần sức mạnh cao, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn [3].
Các ứng dụng của cacbua vonfram chống ăn mòn
Carbide vonfram chống ăn mòn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp khác nhau [2]:
Ngành dầu khí
- Công cụ khoan: Các thành phần hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, ăn mòn, chẳng hạn như giếng chua, được hưởng lợi từ lớp phủ cacbua vonfram [3].
- Các thành phần của van: Van sặc và các thành phần điều khiển chất lỏng yêu cầu các vật liệu có thể chịu được chất lỏng ăn mòn và áp suất cao [2].
Xử lý hóa học
- Vòi phun: Được sử dụng để phun hóa chất ăn mòn, đòi hỏi phải có khả năng chống tấn công và hao mòn hóa học [2].
- SEALS: Con dấu cơ học trong máy bơm và lò phản ứng cần phải chịu được phương tiện ăn mòn và duy trì hiệu suất niêm phong [2].
Ngành công nghiệp biển
- Các bộ phận mặc: Các thành phần tiếp xúc với nước biển, chẳng hạn như máy bơm bơm và các bộ phận van, yêu cầu vật liệu chống ăn mòn [3].
-Các công cụ cắt: Carbide vonfram là nguyên liệu thô tối ưu cho các công cụ cắt được sử dụng trong các môi trường nhiệt độ cao, nhiệt độ cao do sức mạnh của nó và hệ số giãn nở nhiệt thấp [9].
Các ngành công nghiệp khác
- Chết chính xác chết: Các khối cacbua vonfram chống ăn mòn được sử dụng trong ngành công nghiệp DIE chính xác, trong đó ăn mòn điện hóa là một mối quan tâm [6].
- Cấy ghép y tế: cacbua vonfram có thể được sử dụng trong cấy ghép y tế cần tính tương thích sinh học và kháng ăn mòn [7].
Phần kết luận
Khả năng chống ăn mòn của vonfram carbide là một tài sản quan trọng khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi trong các ngành công nghiệp khác nhau [7]. Mặc dù cacbua vonfram thể hiện khả năng kháng tốt với nhiều môi trường ăn mòn, hiệu suất của nó bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như thành phần hóa học, giá trị pH, nhiệt độ và sự hiện diện của các tác nhân ăn mòn cụ thể [1]. Giai đoạn chất kết dính, thường là coban, thường là liên kết yếu nhất về khả năng chống ăn mòn, nhưng các chiến lược hợp kim và phủ có thể tăng cường đáng kể hiệu suất của nó [1]. So với các vật liệu khác như thép không gỉ, gốm sứ và polyme, vonfram cacbua cung cấp một sự kết hợp độc đáo của độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền trong môi trường khắc nghiệt [9]. Khi tiến bộ công nghệ, tối ưu hóa quá trình liên tục sẽ tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn của vonfram cacbide, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho các ứng dụng trong các lĩnh vực nhiều hơn [7].
Câu hỏi thường gặp
1. Điều gì làm cho chống ăn mòn cacbua vonfram?
Kháng ăn mòn của vonfram cacbide bắt nguồn từ thành phần hóa học của nó và sự hình thành một lớp oxit ổn định [7] [4]. Carbide vonfram (WC) cung cấp một rào cản chống ăn mòn tự nhiên do độ cứng và độ ổn định hóa học cao của nó [7]. Ngoài ra, nó có khả năng chống lại các phản ứng với môi trường ăn mòn, kiềm và các phương tiện ăn mòn khác, đảm bảo sự ổn định hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt [7].
2. Vật liệu chất kết dính ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram như thế nào?
Vật liệu chất kết dính, thường là coban (CO), có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram [1]. Cobalt dễ bị ăn mòn, điều này có thể dẫn đến việc lọc coban và sự xuống cấp tiếp theo của vật liệu [1]. Hợp kim chất kết dính coban với các yếu tố như crom, molybden hoặc niken có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn hoặc niken có thể được thay thế hoàn toàn cho coban [1].
3. Những cách tốt nhất để cải thiện khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram là gì?
Một số phương pháp có thể tăng cường khả năng chống ăn mòn của cacbua vonfram:
- Hợp kim: Thêm các yếu tố như crom, niken hoặc molybden vào pha chất kết dính [1].
- Lớp phủ: Áp dụng các lớp phủ bảo vệ như cacbua vonfram CVD [3].
- Xử lý bề mặt: kỹ thuật đánh bóng và thụ động [7].
4. Trong môi trường nào mà vonfram cacbua thể hiện khả năng chống ăn mòn kém?
Carbide vonfram thường thể hiện khả năng chống ăn mòn kém trong các axit mạnh như hydrochloric và axit hydrofluoric [1]. Nó cũng hoạt động kém trong môi trường có giá trị pH dưới 6 khi sử dụng coban làm chất kết dính [2].
5. Một số ứng dụng điển hình của cacbua vonfram chống ăn mòn là gì?
Carbide vonfram chống ăn mòn được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm:
- Các công cụ khoan và các thành phần van trong ngành dầu khí [3].
- Vòi phun và hải cẩu trong xử lý hóa học [2].
- Mặc các bộ phận trong ngành công nghiệp biển [3].
- Dấu chính xác chết [6].
Trích dẫn:
[1] https://www.jlsmoldparts.com
[2] https://www.linkedin.com/pulse/corrosion-resistance-tungsten-carbide-shijin-lei
[3] https://hardide.com/wp-content/uploads/2020/05/corrosion_20101.pdf
.
[5] https://htscoatings.com/blogs/our-craft-our-culture/three-tungsten-carbide-thermal-spray-coatings-and-their-uses
[6] https://www.yatechmaterials.com
.
[8] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-edm-blocks.html
[9] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
.
