Карбід хрому являє собою керамічне з'єднання, яке існує в декількох різних хімічних складах: Cr3 C2 Cr7 C3 і Cr23 C6. В стандартних умовах він існує у вигляді сірої речовини. Хром — це дуже твердий і стійкий до корозії метал. Він також має вогнетривкий складу, що означає збереження міцності при високих температурах. Ці властивості хрому роблять його корисним в якості добавки до металевих сплавів. Коли кристали карбіду інтегровані в поверхню речовини, що це покращує зносостійкість і корозійну витримка, а також зберігає ці властивості при підвищених температурах. Найскладнішим і найбільш часто використовуваним складом для цієї мети є Cr3 C2. Родинні мінерали включають тонгбаит і ізовіт (Cr, Fe) 23 C6 обидва вкрай рідкісні. Ще одним багатим карбідним мінералом є ярлонгит Cr4 Fe4 NiC4.

Властивості хрому

Існують три різні кристалічні структури для карбіду, що відповідають трьом різним хімічним сполукам:

Cr23 C6 має кубічна будова і твердість по Віккерсу 976 кг/мм 2 .

Cr7 C3 має гексагональну кристалічну структуру і мікротвердість 1336 кг/мм 2 .

Cr3 C2 є найбільш довговічним із трьох композицій і має ромбическое будова з мікротвердістю 2280 кг/мм 2 .

З цієї причини Cr3 C2 є основною формулою карбіду хрому, використовуваної при обробці поверхні.

Синтез

З'єднання карбіду може бути досягнуто шляхом механічного легування. У цьому типі процесу металевий хром і вуглець у формі графіту завантажуються в кульову млин і подрібнюються в дрібний порошок. Після роздроблення компонентів вони з'єднуються в гранули і піддаються гарячого изостатическому пресуванню. Дана дія використовує інертний газ, насамперед аргон в закритій духовці. Ця речовина під тиском робить натиск на зразок зі всіх сторін, поки піч нагрівається. Тепло і натиск змушують графіт і метал реагувати один з одним і утворювати карбід хрому. Зменшення процентного вмісту вуглецю у вихідній суміші призводить до збільшення виходу форм Cr7 C3 і Cr23 C6. Інший метод синтезу карбіду хрому використовують оксид, чистий алюміній і графіт у самораспространяющемуся екзотермічної реакції, яка протікає наступним чином: 3Cr 2 O3 + 6Al + 4C -> 2Cr 3 C 2 + 3Al 2 O 3 У цьому методі реагенти подрібнюють і змішують в кульової млині. Однорідний порошок потім пресують таблетку і поміщають в інертну атмосферу аргону. Зразок після цього нагрівають. Гарячий провід, іскра, лазер чи піч можуть забезпечити тепло. Екзотермічна реакція ініціюється, і результуючий пар поширює вплив по всій решті частини зразка.

Виробництво карбідів хрому

Багато компаній створюють речовина шляхом поєднання алюмінотермічним відновлення та вакуумної обробки при температурі 1500°C і вище. Готують суміш металевого хрому, оксиду та вуглецю і потім завантажують в вакуумну піч. Тиск в духовці знижується, а температура підвищується до 1500°С. Після цього вуглець реагує з оксидом, з утворенням металу і газоподібного монооксиду, який відводиться у вакуумні насоси. Потім відбувається з'єднання хрому з рештою вуглецем з утворенням карбіду.

Точний баланс між цими компонентами визначає зміст одержуваного речовини. Це ретельно контролюється, щоб гарантувати, що якість продукції підходить для таких вимогливих ринків, як аерокосмічна.

Виробництво хрому металевого

Дослідники відкривають новий клас карбідів, які отримують стабільність з невпорядкованої структури.

Результати вивчення закладають основу для майбутніх обстежень нових карбідів, корисних в практичних застосуваннях.

Створення двомірних нітридів стало простіше.

Метал, який використовується в багатьох фірмах, проводиться шляхом алюмінотермічним відновлення, де утворюється суміш оксиду хрому та алюмінієвого порошку. Потім їх завантажують в ємність для випалу, де суміш спалахує. Алюміній відновлює оксид хрому до металу і глиноземного шлаку при температурі 2000-2500°C. Дана речовина утворює розплавлену калюжу на дні камери випалу, де його можна збирати, коли температура достатньо впала. В іншому випадку, контакт буде утруднений і дуже небезпечний. Потім початкова речовина перетворюється в порошок і використовується в якості сировини для виробництва карбіду хрому.

Подальше подрібнення

Дроблення карбіду хрому і його початкового речовини проводять на млинах. При подрібненні тонкодисперсних металевих порошків завжди існує ризик вибуху. Саме тому млини спеціально розроблені для боротьби з такими потенційними небезпеками. Кріогенне охолодження (найчастіше це рідкий азот) також застосовується до спорудження для полегшення подрібнення.

Зносостійкі покриття

Карбіди є твердими, і тому спільне застосування хрому полягає в нанесенні міцних зносостійких покриттів на деталі, які необхідно оберегти. У поєднанні з захисною металевою матрицею можуть бути розроблені як антикорозійні, так і зносостійкі речовини, які легко наносяться і економічно вигідні. Ці покриття виконуються зварюванням або термічним напиленням. У поєднанні з іншими стійкими речовинами карбід хрому може використовуватися для формування ріжучих інструментів.

Зварювальні електроди

Дані стрижні з карбіду хрому все частіше використовуються замість колишніх феррохромов або вуглецевмісних компонентів. Вони дають чудові і більш стабільні результати. В даних зварювальних електродах карбід хрому II створюється під час процесу з'єднання для забезпечення зносостійкого шару. Однак утворення карбідів визначається точними умовами в готовому шві. І тому між ними можуть бути зміни, які не видно для електродів, що містять карбід хрому. Це відбивається на зносостійкості наплавленого зварного шва. При випробуванні колеса з сухим піщаним гуми було встановлено, що швидкість зношування з'єднання, нанесеного на ферохром або вуглецеві електроди, на 250 % вище. Якщо порівнювати з карбідом хрому.
Тенденція до зварювальної промисловості, яка переходить від використання стрижневих електродів до порошкового дроту, приносить користь речовині. Карбід хрому застосовується майже виключно в роздрібненому елементі замість високовуглецевого ферохрому, оскільки він не страждає від ефекту розбавлення, викликаного надлишком заліза в ньому. Це означає, що може бути отримано покриття, що містить більшу кількість твердих часток, що володіє високою зносостійкістю. Отже, оскільки відбувається перехід від стрижневих електродів до порошкового дроту з переваг автоматизації і більш високої продуктивності, пов'язаної з технологією зварювання останнього речовини, ринок карбіду збільшується. Типовими областями використання для нього є: наплавлення шнеків конвеєра, лопатей паливного змішувача, робочих коліс насоса і загальне застосування хрому, в якому потрібно стійкість до эрозионному стирання.

Термічний спрей

При тепловому розпиленні карбід хрому об'єднується з металевою матрицею, такий як нікель-хром. Зазвичай співвідношення даних речовин становить 3:1 відповідно. Металева матриця є для зв'язування карбіду з підкладкою, на яку нанесено покриття, і для забезпечення високого ступеня корозійної стійкості.

Комбінація даної властивості та зносостійкості означає, що термічно напыленные покриття CrC-NiCr придатні в якості бар'єру для високотемпературного зносу. Саме з цієї причини їм знаходять все більше застосування на аерокосмічному ринку. Типові області використання тут — це покриття для стрижневих оправок, штампів для гарячого виробництва, гідравлічних клапанів, деталей машин, захисту від зносу алюмінієвих компонентів і загального застосування з хорошою стійкістю до корозії та стирання при температурах до 700-800°C.

Альтернатива хромування

Нове застосування для термічно напыленных покриттів в якості заміни твердого насичення виробів. Жорстке хромування дозволяє отримати зносостійку оболонку з гарною якістю поверхні при низьких витратах. Хромоване покриття одержують зануренням предмета, який необхідно наситити, в ємність з хімічним розчином, що містить хром. Електричний струм потім пропускається через резервуар, викликаючи осадження речовини на деталі і освіта когерентного покриття. Однак зростаючі екологічні проблеми пов'язані з видаленням стічних вод з використаного гальванічного розчину, і ці питання викликали збільшення вартості процесу. Покриття на основі карбіду хрому мають зносостійкість, яка в два з половиною — п'ять разів краще, ніж тверде хромування, і не мають проблем з утилізацією стічних вод. Тому вони знаходять все більше застосування за рахунок твердого хромування, особливо, якщо важлива зносостійкість чи потрібно товсте покриття для великої частини. Це цікава і швидко розвивається області, яка стане більш важливою, оскільки витрати на дотримання природоохоронного законодавства зростають.

Ріжучі інструменти

Переважним матеріалом тут є порошок карбіду вольфраму, який спікається з кобальтом для виробництва надзвичайно твердих предметів. Щоб поліпшити ударну в'язкість цих ріжучих інструментів, до речовини додають карбід титану, ніобію та хрому. Роль останнього полягає в запобіганні зростання зерна під час спікання. В іншому випадку в процесі будуть утворюватися надмірно великі кристали, які можуть погіршити ударну в'язкість ріжучого інструменту.