Krom karbid je keramičko jedinjenje koje postoji u nekoliko različitih hemijskih sastava: Cr3 C2, Cr7 C3 i Cr23 C6. U standardnim uslovima postoji kao siva materija. Krom je vrlo tvrd metal otporan na koroziju. Takođe je otporan na vatru, što znači da ostaje jak čak i na visokim temperaturama.
Ova svojstva hroma čine ga korisnim kao aditiv u metalnim legurama. Kada su kristali karbida integrisani u površinu materijala, poboljšavaju otpornost na habanje i koroziju, a takođe zadržavaju ova svojstva na povišenim temperaturama. Najsloženije i najčešće korišćeno jedinjenje za ovu svrhu je Cr3 C2.
Srodni minerali uključuju tongbait i izovit (Cr, Fe) 23 C6, oba izuzetno rijetka. Još jedan bogat karbidnim mineralom je jarlongit Cr4 Fe4 NiC4.
Chromium svojstva
Postojetri različite kristalne strukture karbida koje odgovaraju trima različitim hemijskim sastavima:
- Cr23 C6 ima kubičnu strukturu i tvrdoću po Vickersu od 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 ima heksagonalnu kristalnu strukturu i mikrotvrdoću od 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 je najtrajniji od tri sastava i ima rombičnu strukturu sa mikrotvrdoćom od 2280 kg/mm2.
Iz tog razloga, Cr3 C2 je glavna formula hrom karbida koji se koristi u površinskoj obradi.
Sinteza
Karbidno spajanje može se postići mehaničkim legiranjem. U ovoj vrsti procesa, metalni krom i ugljik u obliku grafita se unose u kuglični mlin i melju u fini prah. Nakon drobljenja komponenti se spajaju u granule i podvrgavaju toplom izostatičkom presovanju. Ova operacija koristi inertni plin, prvenstveno argon u zatvorenoj peći.
Ova supstanca pod pritiskom vrši pritisak na uzorak sa svih strana dok se pećnica zagreva. Toplota i pritisak uzrokuju da grafit i metal međusobno reagiraju i formiraju krom karbid. Smanjenje procenta ugljika u početnoj smjesi dovodi do povećanja prinosa oblika Cr7 C3 i Cr23 C6.
Druga metoda za sintetizaciju hrom karbida koristi oksid, čisti aluminijum i grafit u samoproširujućoj egzotermnoj reakciji koja se odvija na sljedeći način:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
U ovoj metodi, reagensiizmrviti i pomešati u mlinu. Jednolični prah se zatim komprimuje u tabletu i stavlja u atmosferu inertnog argona. Uzorak se zatim zagrijava. Vruća žica, iskra, laser ili pećnica mogu pružiti toplinu. Pokreće se egzotermna reakcija i nastala para širi efekat na ostatak uzorka.
Proizvodnja hrom karbida
Mnoge kompanije stvaraju supstancu kombinacijom aluminotermalne redukcije i vakuumske obrade na temperaturama od 1500°C i više. Smjesa metalnog kroma, oksida i ugljika se priprema i zatim stavlja u vakuumsku peć. Pritisak u pećnici se smanjuje, a temperatura se podiže na 1500°C. Ugljik tada reagira s oksidom i formira metal i plinoviti monoksid, koji se ispušta u vakuum pumpe. Krom se zatim kombinuje sa preostalim ugljenikom da formira karbid.
Tačna ravnoteža između ovih komponenti određuje sadržaj rezultirajuće supstance. Ovo se pažljivo kontroliše kako bi se osiguralo da je kvalitet proizvoda prikladan za zahtjevna tržišta kao što je svemir.
Proizvodnja metalik hroma
- Istraživači otkrivaju novu klasu karbida koji izvode stabilnost iz neuređene strukture.
- Rezultati studije postavljaju temelje za buduća istraživanja novih karbida korisnih u praktičnim primjenama.
- Kreiranje 2D nitrida je postalo lakše.
Metal thatkoristi se u mnogim kompanijama, a proizvodi se aluminotermnom redukcijom, gdje se formira mješavina krom oksida i aluminijskog praha. Zatim se stavljaju u posudu za pečenje gdje se smjesa zapali. Aluminij reducira krom oksid u metal i aluminijsku zguru na temperaturi od 2000-2500°C. Ova supstanca formira rastopljeni bazen na dnu komore za pečenje, gde se može prikupiti kada temperatura dovoljno padne. U suprotnom, kontakt će biti težak i vrlo opasan. Zatim se početna supstanca pretvara u prah i koristi kao sirovina za proizvodnju krom karbida.
Dalje mljevenje
Drobljenje hrom karbida i njegove početne supstance se vrši u mlinovima. Prilikom mljevenja finog metalnog praha uvijek postoji opasnost od eksplozije. Zato su mlinovi posebno dizajnirani da se nose sa takvim potencijalnim opasnostima. Kriogeno hlađenje (najčešće tečni dušik) se također primjenjuje na postrojenje kako bi se olakšalo mljevenje.
Premazi otporni na habanje
Karbidi su tvrdi i tako je uobičajena upotreba hroma da obezbedi jake premaze otporne na habanje na delovima koje je potrebno zaštititi. U kombinaciji sa zaštitnom metalnom matricom, mogu se razviti i sredstva protiv korozije i otporna na habanje koja se lako nanose i ekonomična. Ovi premazi se izrađuju zavarivanjem ili termičkim prskanjem. U kombinaciji sa drugim otpornim supstancama može se koristiti hrom karbidoblikovanje alata za sečenje.
Elektrode za zavarivanje
Ovi štapovi od krom karbida se sve više koriste umjesto starih komponenti koje sadrže ferohrom ili ugljenik. Daju superiorne i konzistentnije rezultate. U ovim elektrodama za zavarivanje, hrom II karbid se stvara tokom procesa vezivanja kako bi se obezbedio habajući sloj. Međutim, formiranje karbida je određeno tačnim uslovima u gotovom spoju. Stoga između njih može doći do promjena koje nisu vidljive za elektrode koje sadrže krom karbid. Ovo se odražava na otpornost na habanje nanesenog vara.
Prilikom testiranja kotača napravljenog od suhe pješčane gume, ustanovljeno je da je stopa habanja spoja nanesenog na ferohrom ili karbonske elektrode bila 250% veća. U poređenju sa hrom karbidom.
Trend u industriji zavarivanja, od elektroda za lepljenje do žica sa punjenim jezgrom, koristi ovoj supstanci. Kromov karbid se koristi gotovo isključivo u prahu elementa umjesto ferohroma s visokim udjelom ugljika jer ne pati od efekta razrjeđivanja uzrokovanog viškom željeza u njemu.
To znači da se može dobiti premaz koji sadrži veću količinu tvrdih čestica, koji ima visoku otpornost na habanje. Stoga, kako dolazi do pomaka sa elektroda sa šipkama na žicu s punjenim jezgrom zbog prednosti automatizacije i veće produktivnosti povezane s potonjom tehnologijom zavarivanja tvari, tržište karbida raste.
Uobičajena upotrebasu: navarivanje transportnih vijaka, lopatica miksera goriva, impelera pumpi i opšte primene hroma gde je potrebna otpornost na habanje.
Termalni sprej
Kada se toplotno raspršuje, hrom karbid se kombinuje sa metalnom matricom kao što je nikl-hrom. Tipično, odnos ovih supstanci je 3:1, respektivno. Metalna matrica je prisutna da veže karbid za obloženu podlogu i da obezbedi visok stepen otpornosti na koroziju.
Kombinacija ovog svojstva i otpornosti na habanje znači da su termički raspršeni CrC-NiCr premazi prikladni kao barijera od habanja pri visokim temperaturama. Upravo iz tog razloga se sve više koriste na tržištu zrakoplovstva. Tipične primjene ovdje su premazi za trnove šipki, matrice za vruće štancanje, hidraulične ventile, dijelove strojeva, zaštitu od habanja aluminijskih komponenti i opće primjene sa dobrom otpornošću na koroziju i abraziju na temperaturama do 700-800°C.
Alternativa hromiranju
Nova aplikacija za termički prskane premaze kao zamjena za zasićenje tvrdog proizvoda. Tvrdi krom proizvodi školjku otpornu na habanje s dobrim kvalitetom površine uz nisku cijenu. Hromiranje se dobija potapanjem predmeta za zasićenje u posudu sa hemijskim rastvorom koji sadrži hrom. Električna struja tada prolazi kroz rezervoar, uzrokujući taloženje materijala na delovima iformiranje koherentnog premaza. Međutim, rastuća zabrinutost za životnu sredinu povezana je sa odlaganjem otpadne vode iz korištene otopine za galvanizaciju, a ovi problemi su uzrokovali povećanje cijene procesa.
Prevlake od hrom-karbida imaju otpornost na habanje koja je dva i po do pet puta bolja od tvrdog hromiranja i nemaju problema sa odlaganjem otpadnih voda. Stoga se sve više koriste za tvrdo hromiranje, posebno kada je važna otpornost na habanje ili je za veliki dio potreban debeo premaz. Ovo je zanimljivo i brzo rastuće područje koje će postajati sve važnije kako se povećavaju troškovi ekološke usklađenosti.
Alati za rezanje
Ovde preovlađujući materijal je prah volframovog karbida, koji je sinterovan sa kob altom za proizvodnju izuzetno tvrdih predmeta. Da bi se poboljšala žilavost ovih reznih alata, materijalu se dodaju titanijum, niobijum i hrom karbidi. Uloga potonjeg je da spriječi rast zrna tokom sinterovanja. U suprotnom će se tokom procesa formirati prekomjerno veliki kristali, koji mogu smanjiti žilavost alata za rezanje.
