Crom cacbua là một hợp chất gốm tồn tại ở một số thành phần hóa học khác nhau: Cr3 C2, Cr7 C3 và Cr23 C6. Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó tồn tại dưới dạng chất xám. Crom là một kim loại rất cứng và chống ăn mòn. Nó cũng là chất chống cháy, có nghĩa là nó vẫn bền ngay cả ở nhiệt độ cao.
Những đặc tính này của crom làm cho nó hữu ích như một chất phụ gia trong hợp kim kim loại. Khi các tinh thể cacbua được tích hợp vào bề mặt của vật liệu, nó cải thiện khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn và cũng giữ lại các đặc tính này ở nhiệt độ cao. Hợp chất phức tạp nhất và được sử dụng phổ biến nhất cho mục đích này là Cr3 C2.
Các khoáng chất liên quan bao gồm tongbaite và isovite (Cr, Fe) 23 C6, cả hai đều cực kỳ hiếm. Một khoáng chất cacbua phong phú khác là yarlongite Cr4 Fe4 NiC4.
Thuộc tính Chromium
Cóba cấu trúc tinh thể khác nhau cho cacbua tương ứng với ba thành phần hóa học khác nhau:
- Cr23 C6 có cấu trúc hình khối và độ cứng Vickers là 976 kg / mm2.
- Cr7 C3 có cấu trúc tinh thể lục giác và độ cứng siêu nhỏ là 1336 kg / mm2.
- Cr3 C2 là loại bền nhất trong ba thành phần và có cấu trúc hình thoi với độ cứng siêu nhỏ là 2280 kg / mm2.
Vì lý do này, Cr3 C2 là công thức chính của cacbua crom được sử dụng trong xử lý bề mặt.
Tổng hợp
Liên kếtcacbua có thể đạt được bằng cách tạo hợp kim cơ học. Trong loại quy trình này, kim loại crom và cacbon ở dạng than chì được đưa vào máy nghiền bi và nghiền thành bột mịn. Sau khi nghiền nát các thành phần, chúng được kết hợp thành hạt và được ép đẳng nhiệt nóng. Hoạt động này sử dụng khí trơ, chủ yếu là argon trong một lò kín.
Chất được điều áp này tạo áp lực lên mẫu từ mọi phía trong khi lò nóng lên. Nhiệt và áp suất làm cho than chì và kim loại phản ứng với nhau và tạo thành crom cacbua. Phần trăm cacbon trong hỗn hợp ban đầu giảm dẫn đến tăng sản lượng của các dạng Cr7 C3 và Cr23 C6.
Một phương pháp khác để tổng hợp cacbua crom sử dụng oxit, nhôm nguyên chất và than chì trong một phản ứng tỏa nhiệt tự lan truyền diễn ra như sau:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2+ 3Al 2O3
Trong phương pháp này, thuốc thửnghiền và trộn trong máy nghiền bi. Sau đó, bột đồng nhất được nén thành viên và đặt trong môi trường khí argon trơ. Sau đó, mẫu được nung nóng. Một dây nóng, tia lửa, tia laser hoặc lò nướng có thể cung cấp nhiệt. Một phản ứng tỏa nhiệt được bắt đầu và hơi nước tạo thành sẽ lan tỏa hiệu ứng ra khắp phần còn lại của mẫu.
Sản xuất cacbua crom
Nhiều công ty tạo ra chất này bằng cách kết hợp quá trình khử nhiệt quang và xử lý chân không ở nhiệt độ 1500 ° C trở lên. Một hỗn hợp của kim loại crom, oxit và cacbon được điều chế và sau đó được đưa vào lò chân không. Áp suất trong lò giảm và nhiệt độ tăng lên 1500 ° C. Sau đó, cacbon phản ứng với oxit để tạo thành kim loại và khí monoxit, được đưa đến các máy bơm chân không. Crom sau đó kết hợp với cacbon còn lại để tạo thành cacbua.
Sự cân bằng chính xác giữa các thành phần này sẽ xác định hàm lượng của chất tạo thành. Điều này được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo rằng chất lượng sản phẩm phù hợp với các thị trường khắt khe như hàng không vũ trụ.
Sản xuất chrome kim loại
- Các nhà nghiên cứu phát hiện ra một lớp cacbua mới tạo ra sự ổn định từ một cấu trúc bị rối loạn.
- Kết quả của nghiên cứu đặt nền tảng cho các cuộc khảo sát trong tương lai về cacbua mới hữu ích trong các ứng dụng thực tế.
- Tạo nitrua 2D dễ dàng hơn.
Kim loại đóđược sử dụng trong nhiều công ty, được sản xuất bằng phương pháp khử nhiệt quang, nơi tạo thành hỗn hợp oxit crom và bột nhôm. Sau đó, chúng được đưa vào một bình rang, nơi hỗn hợp được đốt cháy. Nhôm khử oxit crom thành kim loại và xỉ nhôm ở nhiệt độ 2000–2500 ° C. Chất này tạo thành một vũng nóng chảy ở đáy buồng nung, nơi nó có thể được thu lại khi nhiệt độ đã giảm xuống đủ. Nếu không, việc tiếp xúc sẽ khó khăn và rất nguy hiểm. Sau đó, chất ban đầu được biến thành bột và được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất cacbua crom.
Mài thêm
Nghiền crôm cacbua và chất ban đầu của nó được thực hiện trong các nhà máy. Khi mài các loại bột kim loại mịn luôn tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ. Đó là lý do tại sao các nhà máy được thiết kế đặc biệt để đối phó với những nguy cơ tiềm ẩn như vậy. Làm lạnh bằng đông lạnh (phổ biến nhất là nitơ lỏng) cũng được áp dụng cho cơ sở để tạo điều kiện xay.
Lớp phủ chống mài mòn
Cacbua rất cứng và vì vậy công dụng phổ biến của crom là tạo lớp phủ chống mài mòn mạnh trên các bộ phận cần được bảo vệ. Kết hợp với ma trận kim loại bảo vệ, có thể tạo ra cả chất chống ăn mòn và chống mài mòn, dễ thi công và tiết kiệm chi phí. Các lớp phủ này được thực hiện bằng cách hàn hoặc phun nhiệt. Kết hợp với các chất kháng khác, cacbua crom có thể được sử dụng đểdụng cụ cắt tạo hình.
Que hàn
Những thanh cacbua crom này ngày càng được sử dụng thay thế cho các thành phần chứa cacbon hoặc ferrochrom cũ. Chúng cho kết quả cao hơn và phù hợp hơn. Trong các điện cực hàn này, cacbua crom II được tạo ra trong quá trình liên kết để tạo lớp mài mòn. Tuy nhiên, sự hình thành cacbit được xác định bởi các điều kiện chính xác trong mối nối hoàn thiện. Và do đó, có thể có những thay đổi giữa chúng mà không nhìn thấy được đối với các điện cực chứa crom cacbua. Điều này được phản ánh trong khả năng chống mài mòn của mối hàn lắng đọng.
Khi thử một bánh xe làm bằng cao su cát khô, người ta thấy rằng tỷ lệ mài mòn của hợp chất được áp dụng cho điện cực ferrochrome hoặc carbon cao hơn 250%. So với cacbua crom.
Xu hướng trong ngành công nghiệp hàn từ điện cực que sang dây cuộn thông lượng có lợi cho chất này. Crom cacbua hầu như chỉ được sử dụng trong nguyên tố nghiền thành bột thay vì ferochrom crom cacbon cao vì nó không bị hiệu ứng pha loãng gây ra bởi lượng sắt dư thừa trong đó.
Điều này có nghĩa là có thể thu được lớp phủ chứa một lượng lớn các hạt cứng, có khả năng chống mài mòn cao. Do đó, khi có sự chuyển dịch từ điện cực que sang dây cuộn từ thông do ưu điểm của tự động hóa và năng suất cao hơn liên quan đến công nghệ hàn chất sau này, thị trường cacbua ngày càng tăng.
Công dụng tiêu biểu cho nólà: bề mặt cứng của vít băng tải, cánh trộn nhiên liệu, cánh bơm và các ứng dụng crom nói chung cần khả năng chống mài mòn.
Xịt khoáng
Khi được phun nhiệt, crom cacbua được kết hợp với ma trận kim loại như niken-crom. Thông thường, tỷ lệ của các chất này tương ứng là 3: 1. Ma trận kim loại có mặt để liên kết cacbit với lớp nền được phủ và cung cấp khả năng chống ăn mòn cao.
Sự kết hợp của đặc tính này và khả năng chống mài mòn có nghĩa là các lớp phủ CrC-NiCr được phun nhiệt phù hợp làm lớp chống mài mòn ở nhiệt độ cao. Chính vì lý do này mà chúng ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thị trường hàng không vũ trụ. Các ứng dụng tiêu biểu ở đây là lớp phủ cho trục gá thanh, khuôn dập nóng, van thủy lực, bộ phận máy, bảo vệ chống mài mòn thành phần nhôm và các ứng dụng chung với khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt ở nhiệt độ lên đến 700-800 ° C.
Thay thế cho mạ crom
Ứng dụng mới cho lớp phủ được phun nhiệt thay thế cho quá trình bão hòa sản phẩm cứng. Mạ crom cứng tạo ra một lớp vỏ chống mài mòn với chất lượng bề mặt tốt với chi phí thấp. Mạ crom thu được bằng cách nhúng đồ vật cần bão hòa vào bình chứa dung dịch hóa chất có chứa crom. Sau đó, một dòng điện đi qua bể, làm cho vật liệu đóng cặn trên các bộ phận vàhình thành một lớp phủ kết dính. Tuy nhiên, những lo ngại về môi trường ngày càng tăng có liên quan đến việc xử lý nước thải từ giải pháp mạ điện đã qua sử dụng và những vấn đề này đã khiến chi phí của quy trình tăng lên.
Lớp phủ crom cacbua có khả năng chống mài mòn tốt hơn hai lần rưỡi đến năm lần so với lớp mạ crom cứng và không có vấn đề về xử lý nước thải. Do đó, chúng ngày càng được sử dụng để mạ crom cứng, đặc biệt khi khả năng chống mài mòn là quan trọng hoặc cần một lớp phủ dày cho một phần lớn. Đây là một lĩnh vực thú vị và đang phát triển nhanh chóng sẽ trở nên quan trọng hơn khi chi phí tuân thủ môi trường tăng lên.
Dụng cụ cắt
Vật liệu chủ yếu ở đây là bột cacbua vonfram, được nung kết với coban để sản xuất các vật thể cực kỳ cứng. Để cải thiện độ bền của các dụng cụ cắt này, các cacbua titan, niobi và crom được thêm vào vật liệu. Vai trò của chất sau là ngăn chặn sự phát triển của hạt trong quá trình thiêu kết. Nếu không, các tinh thể quá lớn sẽ hình thành trong quá trình này, có thể làm giảm độ bền của dụng cụ cắt.
