Tungsten Carbide là gì?

Tungsten carbide (kim loại cứng)

Carbide xi măng, hay còn gọi là kim loại cứng, là vật liệu được tạo ra bằng cách "xi măng" các hạt tungsten monocarbide (WC) rất cứng trong một ma trận liên kết của hợp kim cobalt hoặc nickel dẻo dai bằng cách thiêu kết pha lỏng. Carbide xi măng kết hợp độ cứng và độ bền cao của carbide kim loại (WC, TiC, TaC) hoặc carbonitride (ví dụ TiCN) với độ dẻo dai và độ dẻo của một chất kết dính hợp kim kim loại (Co, Ni, Fe), trong đó các hạt cứng được phân bố đều để tạo thành một vật liệu composite kim loại. Tungsten carbide là kim loại nhất trong số các carbide, và là pha cứng quan trọng nhất. Càng có nhiều hạt carbide cứng trong vật liệu, nó càng cứng hơn nhưng nó càng ít dẻo dai khi chịu tải; và ngược lại, độ dẻo dai tăng đáng kể bằng cách tăng lượng chất kết dính kim loại với chi phí là độ cứng.

Trong lĩnh vực vật liệu kỹ thuật, carbide xi măng đóng một vai trò quan trọng vì chúng kết hợp độ cứng và độ bền cao với độ dẻo dai tốt trong một phạm vi tính chất rộng, và do đó tạo thành nhóm vật liệu cứng linh hoạt nhất cho các ứng dụng kỹ thuật và dụng cụ.

  Thông thường, một Kim loại cứng Tungsten Carbide có thể có giá trị độ cứng là 1600 HV, trong khi thép mềm sẽ ở mức khoảng 160 HV, thấp hơn 10 lần.

Mặc dù được gọi là kim loại cứng, Tungsten Carbide thực chất là một vật liệu composite với các hạt cứng Tungsten Carbide được nhúng trong một ma trận mềm hơn của Cobalt kim loại.

Công thức hóa học của Tungsten Carbide là WC.

  Tungsten carbide được điều chế bằng phản ứng của kim loại tungsten và carbon ở 1400–2000 °C. Các phương pháp khác bao gồm một quy trình giường chất lỏng nhiệt độ thấp đã được cấp bằng sáng chế, phản ứng kim loại tungsten hoặc WO3 màu xanh lam với hỗn hợp CO/CO2 và H2 từ 900 đến 1200 °C.

Các tính chất của kim loại cứng là gì?

Tính chất cơ học:

Tính chất cơ học phản ánh khả năng của vật liệu chịu được một lực của một loại nhất định, tuy nhiên, khi được áp dụng, đòi hỏi một định nghĩa chính xác hơn. Để rõ ràng, có nhiều loại lực khác nhau mà sự kháng cự được đối lập, tùy thuộc vào điều kiện tải; đối với kim loại cứng, các lực cản quan trọng nhất trong các tính chất cơ học là lực cản nén, lực kéo, mài mòn, mỏi và gãy ngang va đập.

  Tính chất vật lý:

Tungsten carbide có điểm nóng chảy cao ở 2.870 °C (5.200 °F), điểm sôi là 6.000 °C (10.830 °F) khi ở áp suất tương đương với 1 atm chuẩn (100 kPa), độ dẫn nhiệt là 110 W·m−1·K−1 và hệ số giãn nở nhiệt là 5,5 µm·m−1·K−1.

  Tungsten carbide cực kỳ cứng, xếp hạng khoảng 9 trên thang Mohs và với số Vickers khoảng 2600. Nó có mô đun Young khoảng 530–700 GPa, mô đun khối là 630–655 GPa và mô đun cắt là 274 GPa. Nó có độ bền kéo cuối cùng là 344 MPa, độ bền nén cuối cùng khoảng 2,7 GPa và tỷ lệ Poisson là 0,31.

  Tốc độ của sóng dọc (tốc độ âm thanh) qua một thanh mỏng tungsten carbide là 6220 m/s.

  Điện trở suất thấp của tungsten carbide khoảng 0,2 µΩ·m có thể so sánh với một số kim loại (ví dụ: vanadium 0,2 µΩ·m).

  WC dễ dàng bị ướt bởi cả nickel và cobalt nóng chảy. Nghiên cứu về sơ đồ pha của hệ W-C-Co cho thấy WC và Co tạo thành một eutectic giả nhị phân. Sơ đồ pha cũng cho thấy có các carbide η được gọi là có thành phần (W,Co) 6C có thể được hình thành và độ giòn của các pha này làm cho việc kiểm soát hàm lượng carbon trong kim loại cứng WC-Co trở nên quan trọng.

Tính chất hóa học:

Có hai hợp chất tungsten và carbon được xác định rõ, WC và tungsten semicarbide, W 2C. Cả hai hợp chất có thể có trong lớp phủ và tỷ lệ có thể phụ thuộc vào phương pháp phủ.

  Ở nhiệt độ cao, WC phân hủy thành tungsten và carbon và điều này có thể xảy ra trong quá trình phun nhiệt độ cao, ví dụ, trong các phương pháp nhiên liệu oxy tốc độ cao (HVOF) và plasma năng lượng cao (HEP).

  Quá trình oxy hóa WC bắt đầu ở 500–600 °C (932–1.112 °F). Nó có khả năng chống lại axit và chỉ bị tấn công bởi hỗn hợp axit flohydric/axit nitric (HF/HNO3) trên nhiệt độ phòng. Nó phản ứng với khí flo ở nhiệt độ phòng và clo trên 400 °C (752 °F) và không phản ứng với H2 khô lên đến điểm nóng chảy của nó. WC dạng bột mịn bị oxy hóa dễ dàng trong dung dịch nước hydrogen peroxide. Ở nhiệt độ và áp suất cao, nó phản ứng với natri cacbonat nước tạo thành natri tungstate, một quy trình được sử dụng để thu hồi phế liệu carbide xi măng.