Den globale søgen efter ekstrem holdbarhed
I en verden af fremstilling, minedrift og rumfart er intet mere værdifuldt end holdbarhed . Hver gang et beller klikker, en turbinevinge eroderer, eller et leje bliver slidt, koster det tid, penge og effektivitet. I årtier har ingeniører jagtet drømmen om et materiale med styrken af et metal, men skærehårdheden af en diamant.
Denne forfølgelse førte til udviklingen af cementerede karbider , en revolutionerende klasse af kompositmaterialer, der udgør hjertet af moderne superværktøjer. Udgangspunktet for næsten alle disse materialer er en finjusteret ingrediens: Carbide komposit pulver .
Hvad er Carbide komposit pulver?
Et simpelt metal eller et rent keramisk materiale besidder sjældent den perfekte blanding af egenskaber, der er nødvendige for applikationer med høj belastning. Metaller er hårde og modstår knusning, men de er ofte bløde og slides hurtigt. Keramik er ligesom rene karbider ekstremt hårdt, men er typisk skørt.
Carbide komposit pulver er en konstrueret blanding, der kombinerer det bedste fra begge verdener, efter "komposit"-princippet om, at det endelige materiale er dets komponenter overlegent.
De to væsentlige faser
Pulveret er en mikroskopisk blanding af to forskellige komponenter, der hver spiller en afgørende rolle:
1. Den hårde fase: Karbidkornet
Denne fase giver materialets legendariske hårdhed og slidstyrke. Det består oftest af mikroskopiske partikler af et metallisk carbid Tungsten Carbide (WC) . Wolframcarbid er en keramisk forbindelse, der rangerer lige under diamant på hårdhedsskalaen. Disse stive, kantede korn er arbejdshestene, der udfører skæring, boring og slibning. Andre karbider, som titancarbid (TiC) eller chromcarbid (CrC), bruges nogle gange til at forbedre specifikke egenskaber som korrosionsbestandighed.
2. Bindemiddelfasen: Den metalliske lim
De hårde karbidkorn blandes typisk med et metallisk pulver Kobolt (Co) , men nogle gange Nikkel (Ni) eller Jern (Fe). Dette er bindemiddel - "limen", der holder de keramiske partikler sammen. Uden det ville hårdmetal være for skørt og splintre under stød. Bindemidlet giver det afgørende sejhed og modstand mod brud.
Forholdet mellem det hårde hårdmetal og det blødere, metalliske bindemiddel styres præcist for at skabe forskellige kvaliteter af materiale. Mere bindemiddel betyder et hårdere materiale, der modstår stød bedre, mens mindre bindemiddel og mindre hårdmetalkorn giver et hårdere, mere slidstærkt materiale.
Fra pulver til værktøj: Sintringsprocessen
Hvordan forvandles dette løse pulver til en fast genstand, der er i stand til at skære gennem stål? Processen kaldes sintring , en form for pulvermetallurgi.
1. Blanding og presning (den "grønne" tilstand)
For det første Carbide komposit pulver blandes grundigt, ofte med et organisk pressemiddel, og komprimeres derefter under højt tryk til den ønskede form. Denne præ-sintrede genstand, kaldet en "grøn kompakt", er skrøbelig og kridtlignende.
2. Sintring og cementering
Den grønne kompakt placeres derefter i en ovn med høj temperatur og kontrolleret atmosfære. Det opvarmes til en temperatur over smeltepunktet for bindemidlet (Cobalt), men under smeltepunktet for karbiden (Tungsten Carbide). Bindemidlet smelter og flyder gennem strukturen, opløser og genudfælder karbidkornene, cementerer dem sammen ved afkøling. Dette danner et tæt, solidt materiale, hvor de hårde hårdmetalkorn er omgivet og understøttet af det metalliske bindemiddel - det sidste, utroligt stærke cementeret hårdmetal or hårdmetal .
De uundværlige anvendelser af hårdmetalkompositter
Det resulterende materiale er kendetegnet ved en enestående kombination af høj hårdhed, høj trykstyrke og god sejhed, hvilket gør det afgørende til utallige industrielle opgaver:
- Skæreværktøj: De skær og spidser, der bruges til højhastighedsbearbejdning (drejebænke, møller), er næsten udelukkende lavet af hårdmetal. De giver producenterne mulighed for at skære, forme og afslutte hårde metaller meget hurtigere end traditionelle stålværktøjer.
- Minedrift og boring: Stenboremaskiner, skær til tunnelboremaskiner og olie- og gasborekroner er afhængige af hårdmetalspidser til at modstå den ekstreme slid og påvirkning ved at skære gennem sten og jord.
- Sliddele: Alle steder, hvor dele gnider mod hinanden under høj belastning, såsom lejer, tætninger, pumpekomponenter og dyser, er de beskyttet af hårdmetal.
- Overfladebelægninger: Karbidkompositpulvere sprøjtes også på metalkomponenter (f.eks. flylandingsstel, turbineblade) ved hjælp af teknikker som High-Velocity Oxygen Fuel (HVOF) sprøjtning for at skabe ekstremt hårde, beskyttende belægninger, der modstår erosion og korrosion.
Ved at levere et afbalanceret materiale, der tilbyder skarpheden af en keramik og modstandsdygtigheden af et metal, Carbide komposit pulver giver virkelig industrien den ubrydelige kant, den har brug for for at bygge den moderne verden.
