Globalna potraga za ekstremnom izdržljivošću
U svijetu proizvodnje, rudarstva i zrakoplovstva ništa nije vrjednije od trajnost . Svaki put kad svrdlo pukne, lopatica turbine erodira ili se ležaj istroši, to košta vremena, novca i učinkovitosti. Desetljećima su inženjeri lovili san o materijalu čvrstoće metala, ali rezne tvrdoće dijamanta.
Ova težnja dovela je do razvoja cementirani karbidi , revolucionarna klasa kompozitnih materijala koji čine srce modernih super-alata. Polazna točka za gotovo sve ove materijale je fino podešen sastojak: Karbidni kompozitni prah .
Što je točno karbidni kompozitni prah?
Jednostavan metal ili čisti keramički materijal rijetko posjeduju savršenu mješavinu svojstava potrebnih za aplikacije s visokim stresom. Metali su čvrsti i otpilini na pucanje, ali često su mekani i brzo se troše. Keramika je, poput čistih karbida, izuzetno tvrda, ali je obično krta.
Karbidni kompozitni prah je projektirana mješavina koja kombinira najbolje od oba svijeta, slijedeći "kompozitno" načelo da je konačni materijal superiorniji od svojih komponenti.
Dvije bitne faze
Prašak je mikroskopska mješavina dviju različitih komponenti, od kojih svaka ima vitalnu ulogu:
1. Tvrda faza: karbidno zrno
Ova faza osigurava legendarnost materijala tvrdoća i otpornost na habanje. Sastoji se od mikroskopskih čestica metalnog karbida, najčešće Volfram karbid (WC) . Volframov karbid je keramički spoj koji je na ljestvici tvrdoće odmah ispod dijamanta. Ova kruta, uglata zrna su radni konji koji obavljaju rezanje, bušenje i brušenje. Drugi karbidi, poput titanovog karbida (TiC) ili kromovog karbida (CrC), ponekad se koriste za poboljšanje specifičnih svojstava poput otpornosti na koroziju.
2. Vezivna faza: metalno ljepilo
Zrna tvrdog karbida obično se miješaju s metalnim prahom kobalt (co) , ali ponekad nikal (Ni) ili željezo (Fe). Ovo je vezivo — "ljepilo" koje drži keramičke čestice zajedno. Bez njega bi karbid bio previše krt i razbio bi se pod udarcem. Vezivo daje ključno žilavost i otpornost na lomljenje.
Omjer između tvrdog karbida i mekšeg, metalnog veziva precizno se kontrolira kako bi se stvorile različite kvalitete materijala. Više veziva znači čvršći materijal koji bolje podnosi udarce, dok manje veziva i manja zrna karbida daju tvrđi materijal otporniji na habanje.
Od praha do alata: Proces sinteriranja
Kako se ovaj rasuti prah pretvara u čvrsti predmet koji može rezati čelik? Proces se zove sinterovanje , oblik metalurgije praha.
1. Miješanje i prešanje ("Zeleno" stanje)
Prvo, Karbidni kompozitni prah temeljito se miješa, često s organskim sredstvom za prešanje, a zatim se pod visokim pritiskom zbija u željeni oblik. Ovaj prethodno sinterirani predmet, nazvan "zeleni kompakt", je krhak i poput krede.
2. Sinteriranje i cementiranje
Zeleni tijesto se zatim stavlja u visokotemperaturnu peć s kontroliranom atmosferom. Zagrijava se na temperaturu iznad tališta veziva (kobalt), ali ispod tališta karbida (volframov karbid). Vezivo se topi i teče kroz strukturu, otapa i zatim ponovno taloži zrnca karbida, spajajući ih zajedno nakon hlađenja. Ovo tvori gusti, čvrsti materijal gdje su zrna tvrdog karbida okružena i poduprta metalnim vezivom—konačnim, nevjerojatno jakim cementirani karbid or tvrdi metal .
Nezamjenjive primjene karbidnih kompozita
Dobiveni materijal karakterizira izvanredna kombinacija visoke tvrdoće, visoke tlačne čvrstoće i dobre žilavosti, što ga čini vitalnim za bezbrojne industrijske poslove:
- Alati za rezanje: Rezni umeci i vrhovi koji se koriste u obradi velikih brzina (strugovi, glodalice) gotovo su isključivo izrađeni od cementnog karbida. Omogućuju proizvođačima rezanje, oblikovanje i završnu obradu tvrdih metala mnogo brže od tradicionalnih čeličnih alata.
- Rudarstvo i bušenje: Svrdla za stijene, umetci strojeva za bušenje tunela i svrdla za bušenje nafte i plina oslanjaju se na karbidne vrhove kako bi izdržali ekstremnu abraziju i udar rezanja kroz kamen i zemlju.
- Potrošni dijelovi: Gdje god se dijelovi trljaju jedan o drugi pod velikim opterećenjem, poput ležajeva, brtvila, komponenti pumpe i mlaznica, zaštićeni su cementnim karbidom.
- Površinski premazi: Karbidni kompozitni prah se također raspršuje na metalne komponente (npr. stajni trap zrakoplova, turbinske lopatice) koristeći tehnike kao što je raspršivanje kisikovim gorivom velike brzine (HVOF) kako bi se stvorili iznimno tvrdi, zaštitni premazi koji su otporni na eroziju i koroziju.
Osiguravajući uravnotežen materijal koji nudi oštrinu keramike i otpornost metala, Karbidni kompozitni prah doista daje industriji nesalomljivu prednost koja joj je potrebna za izgradnju modernog svijeta.
