Karbid chromu je keramická sloučenina, která existuje v několika různých chemických složeních: Cr3 C2, Cr7 C3 a Cr23 C6. Za standardních podmínek existuje jako šedá hmota. Chrom je velmi tvrdý a korozi odolný kov. Je také retardér hoření, což znamená, že zůstává silný i při vysokých teplotách.
Pro tyto vlastnosti je chrom užitečný jako přísada do kovových slitin. Když jsou karbidové krystaly integrovány do povrchu materiálu, zlepšuje se odolnost proti opotřebení a korozi a také si tyto vlastnosti zachovává při zvýšených teplotách. Nejsložitější a nejčastěji používanou sloučeninou pro tento účel je Cr3 C2.
Příbuzné minerály zahrnují tongbait a isovit (Cr, Fe) 23 C6, oba extrémně vzácné. Dalším bohatým karbidovým minerálem je yarlongit Cr4 Fe4 NiC4.
Vlastnosti Chromu
Existujítři různé krystalové struktury pro karbid odpovídající třem různým chemickým složením:
- Cr23 C6 má krychlovou strukturu a tvrdost podle Vickerse 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 má hexagonální krystalovou strukturu a mikrotvrdost 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 je nejodolnější ze tří složení a má kosočtvercovou strukturu s mikrotvrdostí 2280 kg/mm2.
Z tohoto důvodu je Cr3 C2 hlavní vzorec karbidu chrómu používaného při povrchových úpravách.
Syntéza
Spojení karbidu lze dosáhnout mechanickým legováním. Při tomto typu procesu jsou kovový chrom a uhlík ve formě grafitu přiváděny do kulového mlýna a rozemlety na jemný prášek. Po rozdrcení se komponenty spojí do granulí a podrobí se izostatickému lisování za tepla. Tato operace využívá inertní plyn, především argon v uzavřené peci.
Tato látka pod tlakem vyvíjí tlak na vzorek ze všech stran, zatímco se pec zahřívá. Teplo a tlak způsobují, že grafit a kov spolu reagují a tvoří karbid chrómu. Snížení procenta uhlíku v počáteční směsi vede ke zvýšení výtěžku forem Cr7 C3 a Cr23 C6.
Další metoda pro syntézu karbidu chrómu využívá oxid, čistý hliník a grafit v samo se šířící exotermické reakci, která probíhá následovně:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Při této metodě jsou činidlarozdrcený a rozmíchaný v kulovém mlýnu. Jednotný prášek se pak slisuje do tablety a umístí pod inertní argonovou atmosféru. Vzorek se poté zahřeje. Teplo může poskytnout horký drát, jiskra, laser nebo trouba. Zahájí se exotermická reakce a výsledná pára rozšíří účinek do zbytku vzorku.
Výroba karbidů chrómu
Mnoho společností vyrábí látku kombinací aluminotermální redukce a vakuového zpracování při teplotách 1500 °C a vyšších. Připraví se směs kovového chrómu, oxidu a uhlíku a poté se vloží do vakuové pece. Tlak v peci se sníží a teplota se zvýší na 1500 °C. Uhlík pak reaguje s oxidem za vzniku kovu a plynného oxidu, který je odváděn do vývěv. Chrom se poté spojí se zbývajícím uhlíkem za vzniku karbidu.
Přesná rovnováha mezi těmito složkami určuje obsah výsledné látky. To je pečlivě kontrolováno, aby bylo zajištěno, že kvalita produktu je vhodná pro náročné trhy, jako je letecký průmysl.
Výroba kovového chromu
- Výzkumníci objevují novou třídu karbidů, které odvozují stabilitu z neuspořádané struktury.
- Výsledky studie pokládají základ pro budoucí průzkumy nových karbidů užitečných v praktických aplikacích.
- Vytváření 2D nitridů je nyní jednodušší.
Kovové topoužívá se v mnoha firmách, vyrábí se aluminotermickou redukcí, kde vzniká směs oxidu chrómu a hliníkového prášku. Poté se naloží do pečicí nádoby, kde se směs zapálí. Hliník redukuje oxid chrómu na kov a aluminovou strusku při teplotě 2000–2500 °C. Tato látka tvoří na dně vypalovací komory roztavenou lázeň, kde se může shromažďovat, když teplota dostatečně poklesne. Jinak bude kontakt obtížný a velmi nebezpečný. Poté se výchozí látka přemění na prášek a použije se jako surovina pro výrobu karbidu chrómu.
Další broušení
Drcení karbidu chromu a jeho výchozí látky se provádí v mlýnech. Při mletí jemných kovových prášků vždy hrozí nebezpečí výbuchu. To je důvod, proč jsou mlýny speciálně navrženy tak, aby se vypořádaly s takovými potenciálními nebezpečími. Pro usnadnění mletí je v zařízení také použito kryogenní chlazení (nejčastěji kapalný dusík).
Povlaky odolné proti opotřebení
Karbidy jsou tvrdé, a proto se chrom běžně používá k vytvoření silných povlaků odolných proti opotřebení na součástech, které je třeba chránit. V kombinaci s ochrannou kovovou matricí lze vyvinout antikorozní i otěruvzdorná činidla, která se snadno aplikují a jsou cenově výhodné. Tyto povlaky se vyrábějí svařováním nebo žárovým nástřikem. V kombinaci s jinými odolnými látkami lze použít karbid chrómutvářecí řezné nástroje.
Svařovací elektrody
Tyto tyče z karbidu chromu se stále častěji používají místo starých součástek obsahujících ferochrom nebo uhlík. Poskytují lepší a konzistentnější výsledky. V těchto svařovacích elektrodách se karbid chrómu II vytváří během procesu spojování, aby se vytvořila nášlapná vrstva. Vznik karbidů je však dán přesnými podmínkami v hotovém spoji. A proto mezi nimi mohou být změny, které u elektrod obsahujících karbid chrómu nejsou viditelné. To se odráží v odolnosti naneseného sváru proti opotřebení.
Při testování kola vyrobeného ze suchého pískového kaučuku bylo zjištěno, že rychlost opotřebení směsi aplikované na ferochromové nebo uhlíkové elektrody byla o 250 % vyšší. V porovnání s karbidem chromu.
Trend ve svařovacím průmyslu od tyčových elektrod k drátům plněným tavidlem prospívá této látce. Karbid chrómu se používá téměř výhradně v práškovém prvku místo ferochromu s vysokým obsahem uhlíku, protože netrpí zřeďovacím efektem způsobeným přebytkem železa v něm.
To znamená, že lze získat povlak obsahující větší množství tvrdých částic, který má vysokou odolnost proti opotřebení. Vzhledem k tomu, že dochází k posunu od tyčových elektrod k plněnému drátu díky výhodám automatizace a vyšší produktivitě spojené s posledně jmenovanou technologií svařování látek, trh s karbidem roste.
Typické použitíjsou: navařování dopravníkových šneků, lopatek směšovače paliva, oběžných kol čerpadel a obecné aplikace s chromem, kde je vyžadována odolnost proti opotřebení.
Termální sprej
Při tepelném nástřiku se karbid chrómu kombinuje s kovovou matricí, jako je nikl-chrom. Typicky je poměr těchto látek 3:1, resp. Kovová matrice je přítomna pro spojení karbidu s potaženým substrátem a pro zajištění vysokého stupně odolnosti proti korozi.
Kombinace této vlastnosti a odolnosti proti opotřebení znamená, že žárově stříkané povlaky CrC-NiCr jsou vhodné jako bariéra proti opotřebení při vysokých teplotách. Právě z tohoto důvodu se stále častěji používají na leteckém trhu. Typickými aplikacemi jsou zde povlaky pro tyčové trny, lisovací lisy za tepla, hydraulické ventily, strojní součásti, ochrana proti opotřebení hliníkových součástí a obecné aplikace s dobrou odolností proti korozi a otěru při teplotách do 700-800 °C.
Alternativa k chromování
Nová aplikace pro žárově stříkané povlaky jako náhrada za nasycení tvrdého produktu. Tvrdé chromování vytváří skořepinu odolnou proti opotřebení s dobrou kvalitou povrchu za nízkou cenu. Chromování se získá ponořením předmětu, který má být nasycen, do nádoby s chemickým roztokem obsahujícím chrom. Nádrží pak prochází elektrický proud, který způsobuje usazování materiálu na součástech avytvoření soudržného povlaku. Rostoucí obavy o životní prostředí jsou však spojeny s likvidací odpadních vod z použitého galvanizačního řešení a tyto problémy způsobily nárůst nákladů na proces.
Povlaky z karbidu chromu mají odolnost proti opotřebení, která je dvaapůlkrát až pětkrát lepší než tvrdé pochromování, a nemají žádné problémy s likvidací odpadních vod. Proto se stále častěji používají pro tvrdé chromování, zvláště když je důležitá odolnost proti opotřebení nebo je vyžadována silná vrstva velké části. Jedná se o zajímavou a rychle se rozvíjející oblast, která bude nabývat na důležitosti s rostoucími náklady na dodržování předpisů v oblasti životního prostředí.
Nástroje na řezání
Převládajícím materiálem je zde prášek karbidu wolframu, který je slinutý s kob altem za vzniku extrémně tvrdých předmětů. Pro zlepšení houževnatosti těchto řezných nástrojů se do materiálu přidávají karbidy titanu, niobu a chrómu. Úlohou posledně jmenovaného je zabránit růstu zrn během slinování. Jinak se během procesu vytvoří příliš velké krystaly, které mohou snížit houževnatost řezného nástroje.
