Kromium karbida ialah sebatian seramik yang wujud dalam beberapa komposisi kimia yang berbeza: Cr3 C2, Cr7 C3 dan Cr23 C6. Di bawah keadaan standard, ia wujud sebagai jirim kelabu. Chromium ialah logam yang sangat keras dan tahan kakisan. Ia juga kalis api, yang bermaksud ia kekal kuat walaupun pada suhu tinggi.
Sifat kromium ini menjadikannya berguna sebagai bahan tambahan dalam aloi logam. Apabila kristal karbida disepadukan ke dalam permukaan bahan, ia meningkatkan rintangan haus dan rintangan kakisan dan juga mengekalkan sifat ini pada suhu tinggi. Kompaun yang paling kompleks dan paling biasa digunakan untuk tujuan ini ialah Cr3 C2.
Mineral yang berkaitan termasuk tongbait dan isovite (Cr, Fe) 23 C6, kedua-duanya sangat jarang berlaku. Satu lagi mineral karbida yang kaya ialah yarlongit Cr4 Fe4 NiC4.
Sifat Chromium
Adatiga struktur kristal berbeza untuk karbida sepadan dengan tiga komposisi kimia yang berbeza:
- Cr23 C6 mempunyai struktur padu dan kekerasan Vickers 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 mempunyai struktur kristal heksagon dan kekerasan mikro 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 ialah yang paling tahan lama daripada tiga gubahan dan mempunyai struktur rombik dengan kekerasan mikro 2280 kg/mm2.
Atas sebab ini, Cr3 C2 ialah formula utama kromium karbida yang digunakan dalam rawatan permukaan.
Sintesis
Ikatan karbida boleh dicapai dengan pengaloian mekanikal. Dalam proses jenis ini, logam kromium dan karbon dalam bentuk grafit dimasukkan ke dalam kilang bebola dan dikisar menjadi serbuk halus. Selepas menghancurkan komponen, ia digabungkan menjadi butiran dan tertakluk kepada tekanan isostatik panas. Operasi ini menggunakan gas lengai, terutamanya argon dalam ketuhar tertutup.
Bahan bertekanan ini memberikan tekanan pada sampel dari semua sisi semasa ketuhar dipanaskan. Haba dan tekanan menyebabkan grafit dan logam bertindak balas antara satu sama lain dan membentuk kromium karbida. Penurunan peratusan karbon dalam campuran awal membawa kepada peningkatan dalam hasil bentuk Cr7 C3 dan Cr23 C6.
Kaedah lain untuk mensintesis kromium karbida menggunakan oksida, aluminium tulen dan grafit dalam tindak balas eksotermik merambat sendiri yang berlaku seperti berikut:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Dalam kaedah ini, reagendihancurkan dan dicampur dalam kilang bebola. Serbuk seragam kemudiannya dimampatkan ke dalam tablet dan diletakkan di bawah suasana argon lengai. Sampel kemudian dipanaskan. Kawat panas, percikan, laser atau ketuhar boleh memberikan haba. Tindak balas eksotermik dimulakan dan wap yang terhasil menyebarkan kesan ke seluruh sampel yang lain.
Pengeluaran kromium karbida
Banyak syarikat mencipta bahan dengan menggabungkan pengurangan aluminoterma dan pemprosesan vakum pada suhu 1500°C dan ke atas. Campuran logam kromium, oksida dan karbon disediakan dan kemudian dimuatkan ke dalam relau vakum. Tekanan dalam ketuhar dikurangkan dan suhu dinaikkan kepada 1500°C. Karbon kemudian bertindak balas dengan oksida untuk membentuk logam dan monoksida gas, yang diarahkan ke pam vakum. Kromium kemudiannya bergabung dengan baki karbon untuk membentuk karbida.
Imbangan tepat antara komponen ini menentukan kandungan bahan yang terhasil. Ini dikawal dengan teliti untuk memastikan kualiti produk sesuai untuk pasaran yang mencabar seperti aeroangkasa.
Pengeluaran krom logam
- Penyelidik menemui kelas karbida baharu yang memperoleh kestabilan daripada struktur yang tidak teratur.
- Hasil kajian meletakkan asas untuk tinjauan masa depan karbida baharu yang berguna dalam aplikasi praktikal.
- Mencipta nitrida 2D semakin mudah.
Logam itudigunakan dalam banyak syarikat, dihasilkan oleh pengurangan aluminotermik, di mana campuran kromium oksida dan serbuk aluminium terbentuk. Mereka kemudiannya dimuatkan ke dalam bekas pemanggang di mana campuran dinyalakan. Aluminium mengurangkan kromium oksida kepada logam dan sanga alumina pada suhu 2000–2500°C. Bahan ini membentuk kolam lebur di bahagian bawah ruang pembakaran, di mana ia boleh dikumpulkan apabila suhu telah menurun dengan secukupnya. Jika tidak, hubungan akan menjadi sukar dan sangat berbahaya. Kemudian bahan awal ditukar menjadi serbuk dan digunakan sebagai bahan mentah untuk penghasilan kromium karbida.
Pengisaran selanjutnya
Menghancurkan kromium karbida dan bahan awalnya dilakukan di kilang. Apabila mengisar serbuk logam halus, sentiasa ada risiko letupan. Itulah sebabnya kilang direka khas untuk menangani potensi bahaya tersebut. Penyejukan kriogenik (kebiasaannya nitrogen cecair) juga digunakan pada kemudahan untuk memudahkan pengisaran.
Salutan kalis pakai
Karbida adalah keras dan oleh itu kegunaan biasa untuk kromium adalah untuk menyediakan salutan tahan haus yang kuat pada bahagian yang perlu dilindungi. Dalam kombinasi dengan matriks logam pelindung, kedua-dua agen anti-karat dan tahan haus boleh dibangunkan yang mudah digunakan dan menjimatkan kos. Salutan ini dibuat dengan kimpalan atau penyemburan haba. Dalam kombinasi dengan bahan tahan lain, kromium karbida boleh digunakan untukmembentuk alat pemotong.
Elektrod kimpalan
Rod kromium karbida ini semakin digunakan untuk menggantikan ferokromium lama atau komponen yang mengandungi karbon. Mereka memberikan hasil yang unggul dan lebih konsisten. Dalam elektrod kimpalan ini, kromium II karbida dicipta semasa proses ikatan untuk menyediakan lapisan haus. Walau bagaimanapun, pembentukan karbida ditentukan oleh keadaan yang tepat dalam sendi siap. Oleh itu, mungkin terdapat perubahan di antara mereka yang tidak kelihatan untuk elektrod yang mengandungi kromium karbida. Ini ditunjukkan dalam rintangan haus kimpalan yang dimendapkan.
Apabila menguji roda yang diperbuat daripada getah pasir kering, didapati kadar haus sebatian yang digunakan pada elektrod ferokrom atau karbon adalah 250% lebih tinggi. Berbanding dengan kromium karbida.
Trend dalam industri kimpalan daripada elektrod kayu kepada wayar berteras fluks memberi manfaat kepada bahan tersebut. Kromium karbida digunakan hampir secara eksklusif dalam elemen hancur dan bukannya ferrochromium berkarbon tinggi kerana ia tidak mengalami kesan pencairan yang disebabkan oleh lebihan besi di dalamnya.
Ini bermakna salutan yang mengandungi jumlah zarah keras yang lebih besar, yang mempunyai rintangan haus yang tinggi, boleh diperolehi. Oleh itu, memandangkan terdapat peralihan daripada elektrod rod kepada wayar berteras fluks disebabkan kelebihan automasi dan produktiviti yang lebih tinggi yang dikaitkan dengan teknologi kimpalan bahan yang terakhir, pasaran untuk karbida semakin meningkat.
Kegunaan biasa untuknyaialah: skru penghantar muka keras, bilah pengadun bahan api, pendesak pam dan aplikasi kromium am yang memerlukan rintangan haus.
Semburan haba
Apabila haba disembur, kromium karbida digabungkan dengan matriks logam seperti nikel-kromium. Biasanya, nisbah bahan-bahan ini ialah 3:1, masing-masing. Matriks logam hadir untuk mengikat karbida pada substrat bersalut dan memberikan tahap rintangan kakisan yang tinggi.
Gabungan sifat ini dan rintangan haus bermakna salutan CrC-NiCr yang disembur secara terma sesuai sebagai penghalang haus suhu tinggi. Atas sebab inilah mereka semakin digunakan dalam pasaran aeroangkasa. Aplikasi biasa di sini ialah salutan untuk mandrel bar, cetakan setem panas, injap hidraulik, bahagian mesin, perlindungan haus komponen aluminium dan aplikasi umum dengan rintangan yang baik terhadap kakisan dan lelasan pada suhu sehingga 700-800°C.
Alternatif kepada penyaduran krom
Aplikasi baharu untuk salutan semburan haba sebagai pengganti tepu produk keras. Penyaduran kromium keras menghasilkan cangkerang tahan haus dengan kualiti permukaan yang baik pada kos yang rendah. Penyaduran krom diperolehi dengan mencelupkan item yang akan ditepu ke dalam bekas larutan kimia yang mengandungi kromium. Arus elektrik kemudian dialirkan melalui tangki, menyebabkan bahan memendap pada bahagian danpembentukan salutan yang koheren. Walau bagaimanapun, kebimbangan alam sekitar yang semakin meningkat dikaitkan dengan pelupusan air sisa daripada larutan penyaduran elektrik yang digunakan, dan isu ini telah menyebabkan kos proses meningkat.
Salutan karbida kromium mempunyai rintangan haus yang dua setengah hingga lima kali lebih baik daripada penyaduran kromium keras dan tidak mempunyai masalah pembuangan air sisa. Oleh itu, ia semakin digunakan untuk penyaduran kromium keras, terutamanya apabila rintangan haus adalah penting atau salutan tebal diperlukan untuk sebahagian besar. Ini adalah kawasan yang menarik dan berkembang pesat yang akan menjadi lebih penting apabila kos pematuhan alam sekitar meningkat.
Alat memotong
Bahan utama di sini ialah serbuk tungsten karbida, yang disinter dengan kob alt untuk menghasilkan objek yang sangat keras. Untuk meningkatkan keliatan alat pemotong ini, titanium, niobium dan karbida kromium ditambah kepada bahan. Peranan yang terakhir adalah untuk menghalang pertumbuhan bijirin semasa pensinteran. Jika tidak, hablur yang terlalu besar akan terbentuk semasa proses, yang mungkin merendahkan keliatan alat pemotong.
