Maailmanlaajuinen pyrkimys äärimmäiseen kestävyyteen
Valmistuksen, kaivostoiminnan ja ilmailun maailmassa mikään ei ole arvokkaampaa kuin kestävyys . Joka kerta kun ptaianterä napsahtaa, turbiinin terä kuluu tai laakeri kuluu, se maksaa aikaa, rahaa ja tehokkuutta. Insinöörit ovat vuosikymmenten ajan jahtaneet unelmaa materiaalista, jonka lujuus on metallia mutta leikkauskovuus kuin timantti.
Tämä pyrkimys johti kehittämiseen sementoidut karbidit , vallankumouksellinen komposiittimateriaaliluokka, joka muodostaa nykyaikaisten supertyökalujen sydämen. Lähes kaikkien näiden materiaalien lähtökohtana on hienosäädetty ainesosa: Karbidikomposiittijauhe .
Mikä tarkalleen on karbidikomposiittijauhe?
Yksinkertaisella metallilla tai puhtaalla keraamisella materiaalilla on harvoin täydellinen sekoitus ominaisuuksia, joita tarvitaan korkean jännityksen sovelluksissa. Metallit ovat sitkeitä ja kestävät särkymistä, mutta ne ovat usein pehmeitä ja kuluvat nopeasti. Keramiikka, kuten puhtaat karbidit, on erittäin kovia, mutta tyypillisesti hauraita.
Karbidikomposiittijauhe on suunniteltu sekoitus, joka yhdistää molempien maailmojen parhaat puolet noudattaen "komposiitti"-periaatetta, jonka mukaan lopullinen materiaali on komponenttejaan parempi.
Kaksi olennaista vaihetta
Jauhe on mikroskooppinen seos kahdesta erillisestä komponentista, joista jokaisella on tärkeä rooli:
1. Kova vaihe: Karbidirae
Tämä vaihe tarjoaa materiaalin legendaarisen kovuus ja kulutuskestävyys. Se koostuu yleisimmin mikroskooppisista metallikarbidin hiukkasista Volframikarbidi (WC) . Volframikarbidi on keraaminen seos, joka sijoittuu kovuusasteikolla juuri timantin alapuolelle. Nämä jäykät, kulmikkaat jyvät ovat niitä työhevosia, jotka leikkaavat, poraavat ja hiovat. Muita karbideja, kuten titaanikarbidia (TiC) tai kromikarbidia (CrC), käytetään joskus parantamaan tiettyjä ominaisuuksia, kuten korroosionkestävyyttä.
2. Sidevaihe: Metalliliima
Kovat kovametallirakeet sekoitetaan tyypillisesti metallijauheen kanssa Koboltti (Co) , mutta joskus nikkeliä (Ni) tai rautaa (Fe). Tämä on sideaine - "liima", joka pitää keraamiset hiukkaset yhdessä. Ilman sitä kovametalli olisi liian hauras ja särkyisi iskun vaikutuksesta. Sideaine tarjoaa ratkaisevan sitkeys ja murtumiskestävyys.
Kovan kovametallin ja pehmeämmän metallisen sideaineen välinen suhde on tarkasti säädelty erilaisten materiaalien luomiseksi. Enemmän sideainetta tarkoittaa sitkeämpää materiaalia, joka kestää iskuja paremmin, kun taas vähemmän sideainetta ja pienemmät kovametallirakeet tuottavat kovempaa, kulutusta kestävämpää materiaalia.
Jauheesta työkaluksi: Sintrausprosessi
Miten tämä irtonainen jauhe muuttuu kiinteäksi esineeksi, joka pystyy leikkaamaan teräksen läpi? Prosessi on ns sintraus , jauhemetallurgian muoto.
1. Sekoitus ja puristus ("vihreä" tila)
Ensinnäkin Karbidikomposiittijauhe sekoitetaan perusteellisesti, usein orgaanisella puristusapuaineella, ja puristetaan sitten korkeassa paineessa haluttuun muotoon. Tämä esisintrattu esine, jota kutsutaan "vihreäksi kompaktiksi", on hauras ja liitumainen.
2. Sintraus ja sementointi
Vihreä kompakti asetetaan sitten korkean lämpötilan säädellyn ilmakehän uuniin. Se kuumennetaan sideaineen (koboltti) sulamispisteen yläpuolelle mutta karbidin (volframikarbidi) sulamispisteen alapuolelle. Sideaine sulaa ja virtaa rakenteen läpi liuottaen ja saostaen sitten uudelleen karbidirakeita ja sementoimalla ne yhteen jäähtyessään. Tämä muodostaa tiiviin, kiinteän materiaalin, jossa kovametallirakeita ympäröi ja tukee metallinen sideaine – lopullinen, uskomattoman vahva sementoitu kovametalli or kovametalli .
Karbidikomposiittien välttämättömät sovellukset
Tuloksena olevalle materiaalille on ominaista erinomainen yhdistelmä korkeaa kovuutta, suurta puristuslujuutta ja hyvää sitkeyttä, mikä tekee siitä elintärkeän lukemattomissa teollisissa töissä:
- Leikkaustyökalut: Nopeassa koneistuksessa (sorvit, jyrsimet) käytettävät leikkuuterät ja kärjet on valmistettu lähes yksinomaan kovametallista. Niiden avulla valmistajat voivat leikata, muotoilla ja viimeistellä kovia metalleja paljon nopeammin kuin perinteiset terästyökalut.
- Kaivostoiminta ja poraus: Kallioporat, tunnelinporauskoneen terät sekä öljy- ja kaasuporanterät luottavat kovametallikärkiin, jotka kestävät äärimmäistä hankausta ja iskuja, joita syntyy kiven ja maan läpi leikkaamisesta.
- Kulutusosat: Kaikki missä osat hankaavat toisiaan vasten suuressa kuormituksessa, kuten laakerit, tiivisteet, pumpun komponentit ja suuttimet, ne on suojattu kovametallilla.
- Pintapinnoitteet: Karbidikomposiittijauheita ruiskutetaan myös metallikomponentteihin (esim. lentokoneiden laskutelineisiin, turbiinien siipiin) käyttämällä tekniikoita, kuten High-Velocity Oxygen Fuel (HVOF) -suihkutusta, jotta saadaan aikaan erittäin kovia suojaavia pinnoitteita, jotka kestävät eroosiota ja korroosiota.
Tarjoamalla tasapainoisen materiaalin, joka tarjoaa keramiikan terävyyden ja metallin kimmoisuuden, Karbidikomposiittijauhe todella antaa teollisuudelle murtumattoman reunan, jota se tarvitsee rakentaakseen nykyaikaista maailmaa.
