В съвременното индустриално повърхностно инженерство, ролките с волфрамово-карбидно покритие се използват широко в металургията, производството на хартия, обработката на филми и производството на пластмаси, благодарение на тяхната свръхвисока твърдост, силна износоустойчивост и изключителна устойчивост на корозия. За производствени линии, изискващи дълъг живот, висока стабилност и висока износоустойчивост, ролките с волфрамово-карбидно покритие са почти незаменими ключови компоненти на оборудването.
Въпреки това, много компании, когато научават за ролки с волфрамово-карбидно покритие, повдигат въпроса:
дддххх След като волфрамовият карбид е толкова твърд, защо просто не се използва чист волфрамов карбид на прах за пръскане?ддххх
Теоретично, чистият волфрамов карбид, с високата си твърдост, висока точка на топене и изключително силна износоустойчивост, изглежда идеален като материал за покритие. Но тази интуиция е погрешна. В действителност, чистият волфрамов карбид на прах трудно може да се използва директно при термично пръскане и не се използва в промишлеността.ролки с волфрамово-карбидно покритие.
Причината е не само технически проблем, но и решаващо ограничение, наложено от структурата на материалознанието и механизма на процеса на пръскане.
Тази статия ще ви преведе през систематично разбиране защо в промишленото производство трябва да се използва композитен прах от волфрамов карбид, съдържащ свързваща фаза, вместо чист прах от волфрамов карбид.
Защо валяците за покритие от волфрамов карбид изискват композитен прах вместо чист волфрамов карбид?
Преди да разберем причините, нека разгледаме ключовите характеристики на волфрамовия карбид:
• Висока точка на топене от 2870°C
• Изключително висока твърдост (HRA 90+)
• Висока крехкост
• Устойчивостта на окисляване зависи от температурата на околната среда
• Нисък коефициент на термично разширение
Въпреки че тези характеристики го правят устойчив на износване, те също така създават значителни трудности при процеса на пръскане.
Производството на валяци за покритие от волфрамов карбид разчита главно на методи като HVOF (високоскоростно пламъчно офсетно покритие), плазмено пръскане или експлозивно пръскане. Въпреки че тези процеси включват високи температури, те са недостатъчни, за да разтопят напълно чистите частици волфрамов карбид.
Това означава:
• Чистите частици волфрамов карбид са трудни за топене.
• Невъзможност за формиране на ефективна покривна структура.
• Трудност при постигане на металургично свързване или механично зацепване със субстрата.
Следователно, в промишлеността е необходимо да се добави метална свързваща фаза, за да се образува стопяем, свързващ се и отлагащ се композитен прах, който е ключовата основа за успешното производство на валяци с волфрамов карбид за покритие.
Какви проблеми възникват с чистия волфрамов карбид на прах по време на пръскане?
Нека се задълбочим в техническите подробности.
По време на пръскане с висока температура, чистият волфрамов карбид на прах ще изпита следните сериозни проблеми:
1. Прахът не може да се разтопи напълно
Въпреки че температурата на пръскащото оборудване (приблизително 2600–3000°C) е висока, тя все още е недостатъчна за пълното разтопяване на волфрамовия карбид.
Резултати:
• Прахът въздейства върху основата в твърдо състояние.
• Изключително ниска плътност на покритието.
• Частиците на праха не могат да се слеят заедно.
• Недостатъчна здравина, лесно се отделя.
Това прави почти невъзможно образуването на филм от чист волфрамов карбид в напръсканото покритие.
2. Невъзможност за образуване на свързваща фаза между частиците
Структурите на покритията изискват dddhhsplat структура,", но чистият волфрамов карбид води до:
• Липса на адхезия между слоевете
• Многобройни пори
• Цялостно крехко покритие
В крайна сметка това прави ролката за нанасяне на покритие от волфрамов карбид напълно неработеща.
Защо чистият прах от волфрамов карбид не може да образува достатъчна адхезия към металната основа?
Това е основна причина, поради която чистият волфрамов карбид на прах не се използва в промишлеността.
Разликата в коефициентите на термично разширение между металния субстрат и волфрамовия карбид е значителна.
• Метална основа (напр. стомана 45#, неръждаема стомана): Висок коефициент на разширение
• Волфрамов карбид: Много нисък коефициент на разширение
Това означава, че по време на фазата на охлаждане ще възникне силно напрежение:
• Напукване на покритието
• Отлепване на покритието
• Силно разслояване
Без метална свързваща фаза за регулиране на термичното напрежение, покритието не може да се залепи стабилно.
Металните свързващи фази (Co, Ni, NiCr) могат да действат като:
• дддхххБуферен слойдддххх
• дддхххОблекчаване на стреса чрез каналаааа
• дддхххСвързващ мостдддххх
Създаване на стабилен преходен слой между напръсканото покритие и основата.
Защо чистият волфрамов карбид се окислява лесно след пръскане?
Въпреки че волфрамовият карбид е устойчив на топлина, той е изложен на въздух, кислород или високотемпературни горивни атмосфери по време на процеса на пръскане.
Когато температурата се повиши над 600°C, волфрамовият карбид ще:
• Окислява се до WO₃ и CO₂
• Стават крехки по повърхността на частиците
• Намаляване на структурната стабилност
Чистият волфрамов карбид на прах няма защитен слой и ще:
• Окисляват се по време на полет
• Намалете твърдостта
• Намалете устойчивостта на абразия
• Посивяване на цвета на покритието и намалена производителност
Металните свързващи фази могат да образуват защитна бариера около частиците, намалявайки скоростта на окисление и осигурявайки стабилни химични свойства на волфрамовия карбидния покривен валяк.
Каква точно е ролята на металната свързваща фаза във валяка за нанасяне на покритие от волфрамов карбид?
Това е основният въпрос.
Често използваните свързващи фази включват:
• Co (кобалт)
• Никел
• NiCr (никел-хром)
• CoCr (кобалт-хром)
Те играят следните ключови роли в покритието:
1. Понижаване на точката на топене, което позволява на праха да се разтопи частично.
2. Подобряване на адхезията на основата и предотвратяване на отлепването на покритието.
3. Подобряване на здравината и намаляване на напукването на покритието.
4. Устойчивост на окисляване и подобряване на повърхностната стабилност.
5. Формиране на плътна слоеста структура, повишаваща общата здравина.
Колкото по-равномерна е металната свързваща фаза, толкова по-силна е действителната износоустойчивост на материала.ролка с волфрамово-карбидно покритие.
Как може композитният прах от волфрамов карбид да подобри качеството на покрити с волфрамов карбид ролки?
Композитните прахове от волфрамов карбид обикновено се произвеждат с помощта на:
• Спрей гранулиране и синтероване
• Образуване на карбид
• Механично покритие
Тези прахове се характеризират с:
• Еднороден размер на частиците
• Стабилна структура на частиците
• По-добър капацитет на топене
• Разумно разпределение на свързващата фаза
• По-силна устойчивост на лющене
В крайна сметка това дава на ролките с волфрамово-карбидно покритие:
• Превъзходна устойчивост на износване
• Стабилна твърдост (HRA 88–92)
• Ниска порьозност (<1%)
• Висока адхезия
• Отлична устойчивост на корозия
Всичко това зависи до голяма степен от участието на метална свързваща фаза.
Какви структурни дефекти ще възникнат при използване на чист волфрамов карбид за високотемпературно пръскане?
Използването на чист волфрамов карбид за пръскане ще доведе до следните дефекти на покритието:
• Много пори (намалена износоустойчивост)
• Много пукнатини (намален живот)
• Междуслойно разслояване (неизползваемо)
• Нестабилна твърдост
• Окисление на частиците
• Груба структура
Тези дефекти сериозно нарушават функционалността на ролките с волфрамово-карбидно покритие.
Как да изберем най-подходящото съотношение на прах за валяци с волфрамово-карбидно покритие?
Препоръчва се за общи промишлени приложения:
• WC-10Co-4Cr (класическа комбинация)
• WC-12Co (изключително висока износоустойчивост)
• WC-17Co (повишена здравина)
• Серия WC-Ni (предимно устойчивост на корозия)
Прахообразната формула трябва да отговаря на следните изисквания:
• Температурни изисквания
• Вид износване (ерозия, плъзгане, износване)
• Смазочна среда
• Дебелина на покритието
• Материал на основата
Тези фактори заедно влияят върху крайното представяне на валяците с волфрамово-карбидно покритие.