Globální hledání extrémní odolnosti
Ve světě výroby, těžby a letectví není nic cennějšího než trvanlivost . Pokaždé, když praskne vrták, eroduje lopatka turbíny nebo se opotřebuje ložisko, stojí to čas, peníze a účinnost. Po desetiletí se inženýři hnali za snem o materiálu s pevností kovu, ale řeznou tvrdostí diamantu.
Tato snaha vedla k rozvoji slinuté karbidy , revoluční třída kompozitních materiálů, které tvoří srdce moderních supernářadí. Výchozím bodem pro téměř všechny tyto materiály je jemně vyladěná přísada: Karbidový kompozitní prášek .
Co přesně je karbidový kompozitní prášek?
Jednoduchý kov nebo čistý keramický materiál má zřídkakdy dokonalou kombinaci vlastností potřebných pro vysoce namáhané aplikace. Kovy jsou houževnaté a odolávají rozbití, ale často jsou měkké a rychle se opotřebovávají. Keramika, stejně jako čisté karbidy, je extrémně tvrdá, ale typicky křehká.
Karbidový kompozitní prášek je navržená směs, která spojuje to nejlepší z obou světů, na základě „kompozitního“ principu, že konečný materiál je lepší než jeho komponenty.
Dvě základní fáze
Prášek je mikroskopická směs dvou odlišných složek, z nichž každá hraje zásadní roli:
1. Tvrdá fáze: Karbidové zrno
Tato fáze poskytuje materiálu legendární tvrdost a odolnost proti opotřebení. Skládá se z mikroskopických částic karbidu kovu, nejčastěji Karbid wolframu (WC) . Karbid wolframu je keramická sloučenina, která se na stupnici tvrdosti řadí těsně pod diamant. Tato pevná, hranatá zrna jsou tažnými koňmi, kteří dělají řezání, vrtání a broušení. Jiné karbidy, jako je karbid titanu (TiC) nebo karbid chromu (CrC), se někdy používají ke zlepšení specifických vlastností, jako je odolnost proti kneboozi.
2. Fáze pojiva: Kovové lepidlo
Tvrdá zrna karbidu jsou obvykle smíchána s kovovým práškem kobalt (Co) , ale někdy nikl (Ni) nebo železo (Fe). Toto je pojivo — „lepidlo“, které drží keramické částice pohromadě. Bez něj by byl karbid příliš křehký a při nárazu by se rozbil. Pojivo poskytuje to zásadní houževnatost a odolnost proti lámání.
Poměr mezi tvrdým karbidem a měkčím kovovým pojivem je přesně řízen, aby se vytvořily různé třídy materiálu. Více pojiva znamená tužší materiál, který lépe odolává nárazům, zatímco méně pojiva a menší zrna karbidu poskytují tvrdší materiál odolnější proti opotřebení.
Od prášku k nástroji: Proces slinování
Jak se tento sypký prášek promění v pevný předmět schopný proříznout ocel? Proces se nazývá slinování , forma práškové metalurgie.
1. Míchání a lisování ("Zelený" stav)
Za prvé, Karbidový kompozitní prášek se důkladně promíchá, často s organickým lisovacím pomocným prostředkem, a poté se pod vysokým tlakem zhutní do požadovaného tvaru. Tento předem slinutý předmět, nazývaný „zelený výlisek“, je křehký a připomíná křídu.
2. Slinování a cementování
Surový výlisek se poté umístí do vysokoteplotní pece s řízenou atmosférou. Zahřívá se na teplotu vyšší než je bod tání pojiva (kobalt), ale pod bod tání karbidu (karbid wolframu). Pojivo se taví a protéká strukturou, rozpouští a poté znovu vysráží karbidová zrna a po ochlazení je spojí. To vytváří hustý, pevný materiál, kde jsou zrna tvrdého karbidu obklopena a podporována kovovým pojivem – konečný, neuvěřitelně pevný slinutý karbid or tvrdokov .
Nepostradatelné aplikace karbidových kompozitů
Výsledný materiál se vyznačuje vynikající kombinací vysoké tvrdosti, vysoké pevnosti v tlaku a dobré houževnatosti, díky čemuž je nezbytný pro nespočet průmyslových zakázek:
- Řezné nástroje: Řezné destičky a hroty používané při vysokorychlostním obrábění (soustruhy, frézy) jsou téměř výhradně vyrobeny ze slinutého karbidu. Umožňují výrobcům řezat, tvarovat a dokončovat tvrdé kovy mnohem rychleji než tradiční ocelové nástroje.
- Těžba a vrtání: Vrtáky do hornin, vložky do strojů pro vrtání tunelů a vrtací korunky na těžbu ropy a plynu spoléhají na tvrdokovové hroty, aby vydržely extrémní otěr a nárazy při řezání horninou a zeminou.
- Opotřebitelné díly: Všude, kde se části o sebe při vysokém zatížení třou, jako jsou ložiska, těsnění, součásti čerpadel a trysky, jsou chráněny slinutým karbidem.
- Povrchové nátěry: Karbidové kompozitní prášky se také nastřikují na kovové součásti (např. podvozek letadel, lopatky turbíny) pomocí technik, jako je stříkání vysokorychlostním kyslíkovým palivem (HVOF), aby se vytvořily extrémně tvrdé ochranné povlaky, které odolávají erozi a korozi.
Poskytnutím vyváženého materiálu, který nabízí ostrost keramiky a odolnost kovu, Karbidový kompozitní prášek skutečně dává průmyslu nezlomnou výhodu, kterou potřebuje k vybudování moderního světa.
