Il carburo di cromo è un composto ceramico che esiste in diverse composizioni chimiche: Cr3 C2, Cr7 C3 e Cr23 C6. In condizioni standard, esiste come materia grigia. Il cromo è un metallo molto duro e resistente alla corrosione. È anche ignifugo, il che significa che rimane forte anche a temperature elevate.
Queste proprietà del cromo lo rendono utile come additivo nelle leghe metalliche. Quando i cristalli di carburo sono integrati nella superficie del materiale, migliora la resistenza all'usura e alla corrosione e mantiene queste proprietà anche a temperature elevate. Il composto più complesso e più comunemente usato per questo scopo è Cr3 C2.
I minerali correlati includono tongbaite e isovite (Cr, Fe) 23 C6, entrambi estremamente rari. Un altro minerale ricco di carburi è la yarlongite Cr4 Fe4 NiC4.
Proprietà del cromo
Ci sonotre diverse strutture cristalline per carburo corrispondenti a tre diverse composizioni chimiche:
- Cr23 C6 ha una struttura cubica e una durezza Vickers di 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 ha una struttura cristallina esagonale e una microdurezza di 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 è la più duratura delle tre composizioni e ha una struttura rombica con una microdurezza di 2280 kg/mm2.
Per questo motivo, Cr3 C2 è la formula principale del carburo di cromo utilizzato nel trattamento delle superfici.
Sintesi
Il legame del carburo può essere ottenuto mediante lega meccanica. In questo tipo di processo, il cromo metallo e il carbonio sotto forma di grafite vengono alimentati in un mulino a palle e macinati in una polvere fine. Dopo la frantumazione dei componenti, questi vengono riuniti in granuli e sottoposti a pressatura isostatica a caldo. Questa operazione utilizza un gas inerte, principalmente argon in un forno sigillato.
Questa sostanza pressurizzata esercita pressione sul campione da tutti i lati mentre il forno si riscalda. Il calore e la pressione fanno sì che la grafite e il metallo reagiscano tra loro e formino carburo di cromo. Una diminuzione della percentuale di carbonio nella miscela iniziale porta ad un aumento della resa delle forme Cr7 C3 e Cr23 C6.
Un altro metodo per sintetizzare il carburo di cromo utilizza ossido, alluminio puro e grafite in una reazione esotermica autopropagante che procede come segue:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
In questo metodo, i reagentischiacciato e mescolato in un mulino a palle. La polvere uniforme viene quindi compressa in una compressa e posta sotto un'atmosfera di argon inerte. Il campione viene quindi riscaldato. Un filo caldo, una scintilla, un laser o un forno possono fornire calore. Viene avviata una reazione esotermica e il vapore risultante diffonde l'effetto su tutto il resto del campione.
Produzione di carburi di cromo
Molte aziende creano la sostanza combinando la riduzione alluminotermica e la lavorazione sottovuoto a temperature di 1500°C e oltre. Una miscela di cromo metallo, ossido e carbonio viene preparata e quindi caricata in un forno a vuoto. La pressione nel forno viene ridotta e la temperatura viene portata a 1500°C. Il carbonio reagisce quindi con l'ossido per formare metallo e monossido gassoso, che viene scaricato nelle pompe per vuoto. Il cromo si combina quindi con il carbonio rimanente per formare il carburo.
L'esatto equilibrio tra questi componenti determina il contenuto della sostanza risultante. Questo è attentamente controllato per garantire che la qualità del prodotto sia adatta a mercati esigenti come quello aerospaziale.
Produzione di cromo metallico
- I ricercatori scoprono una nuova classe di carburi che derivano stabilità da una struttura disordinata.
- I risultati dello studio gettano le basi per future indagini su nuovi carburi utili in applicazioni pratiche.
- Creare nitruri 2D è appena diventato più facile.
Metallo cheutilizzato in molte aziende, prodotto per riduzione alluminotermica, dove si forma una miscela di ossido di cromo e polvere di alluminio. Vengono quindi caricati in una casseruola dove si accende la miscela. L'alluminio riduce l'ossido di cromo in metallo e scorie di allumina a una temperatura di 2000–2500°C. Questa sostanza forma una pozza fusa sul fondo della camera di cottura, dove può essere raccolta quando la temperatura è sufficientemente scesa. In caso contrario, il contatto sarà difficile e molto pericoloso. Quindi la sostanza iniziale viene trasformata in polvere e utilizzata come materia prima per la produzione di carburo di cromo.
Ulteriore macinazione
La frantumazione del carburo di cromo e della sua sostanza iniziale viene effettuata in mulini. Quando si macinano polveri di metalli fini, c'è sempre il rischio di esplosione. Ecco perché i mulini sono appositamente progettati per affrontare tali potenziali rischi. La refrigerazione criogenica (più comunemente azoto liquido) viene applicata anche alla struttura per facilitare la macinazione.
Rivestimenti resistenti all'usura
I carburi sono duri e quindi un uso comune del cromo è fornire rivestimenti resistenti all'usura sulle parti che devono essere protette. In combinazione con una matrice metallica protettiva, è possibile sviluppare agenti sia anticorrosivi che resistenti all'usura, facili da applicare ed economici. Questi rivestimenti sono realizzati mediante saldatura o spruzzatura termica. In combinazione con altre sostanze resistenti, può essere utilizzato il carburo di cromoutensili da taglio per la formatura.
Elettrodi per saldatura
Queste barre di carburo di cromo vengono sempre più utilizzate al posto dei vecchi componenti contenenti ferrocromo o carbonio. Danno risultati superiori e più coerenti. In questi elettrodi di saldatura, durante il processo di incollaggio viene creato carburo di cromo II per fornire uno strato di usura. Tuttavia, la formazione di carburi è determinata dalle condizioni esatte nel giunto finito. E quindi, potrebbero esserci cambiamenti tra di loro che non sono visibili per elettrodi contenenti carburo di cromo. Ciò si riflette nella resistenza all'usura della saldatura depositata.
Durante il test di una ruota in gomma di sabbia secca, è stato riscontrato che il tasso di usura della mescola applicata agli elettrodi di ferrocromo o carbonio era superiore del 250%. Rispetto al carburo di cromo.
La tendenza nel settore della saldatura dagli elettrodi stick ai fili animati avvantaggia la sostanza. Il carburo di cromo viene utilizzato quasi esclusivamente nell'elemento polverizzato al posto del ferrocromo ad alto tenore di carbonio perché non risente dell'effetto di diluizione causato dall'eccesso di ferro in esso contenuto.
Ciò significa che è possibile ottenere un rivestimento contenente una maggiore quantità di particelle dure, che ha un'elevata resistenza all'usura. Pertanto, poiché vi è un passaggio dagli elettrodi a barra al filo animato a causa dei vantaggi dell'automazione e della maggiore produttività associata alla tecnologia di saldatura di quest'ultima sostanza, il mercato del metallo duro è in aumento.
Usi tipicisono: riporto duro di coclee di trasporto, pale del miscelatore di carburante, giranti di pompe e applicazioni di cromo in generale dove è richiesta resistenza all'usura.
Spray termico
Quando spruzzato a caldo, il carburo di cromo viene combinato con una matrice metallica come il nichel-cromo. Tipicamente, il rapporto di queste sostanze è rispettivamente di 3:1. È presente una matrice metallica per legare il metallo duro al substrato rivestito e per fornire un elevato grado di resistenza alla corrosione.
La combinazione di questa proprietà e la resistenza all'usura significa che i rivestimenti CrC-NiCr spruzzati termicamente sono adatti come barriera all'usura ad alta temperatura. È per questo motivo che vengono sempre più utilizzati nel mercato aerospaziale. Le applicazioni tipiche qui sono rivestimenti per mandrini da barra, stampi per stampaggio a caldo, valvole idrauliche, parti di macchine, protezione dall'usura dei componenti in alluminio e applicazioni generali con buona resistenza alla corrosione e all'abrasione a temperature fino a 700-800°C.
Alternativa alla cromatura
Nuova applicazione per rivestimenti spruzzati termicamente in sostituzione della saturazione del prodotto duro. La cromatura dura produce un guscio resistente all'usura con una buona qualità superficiale a basso costo. La cromatura si ottiene immergendo l'oggetto da saturare in un contenitore di una soluzione chimica contenente cromo. Una corrente elettrica viene quindi fatta passare attraverso il serbatoio, facendo depositare il materiale sulle parti eformazione di un rivestimento coerente. Tuttavia, le crescenti preoccupazioni ambientali sono associate allo sm altimento delle acque reflue dalla soluzione galvanica usata e questi problemi hanno causato un aumento del costo del processo.
I rivestimenti in carburo di cromo hanno una resistenza all'usura da due volte e mezzo a cinque volte migliore rispetto alla cromatura dura e non presentano problemi di sm altimento delle acque reflue. Pertanto, vengono sempre più utilizzati per la cromatura dura, soprattutto quando la resistenza all'usura è importante o è necessario un rivestimento spesso per gran parte. Questa è un'area interessante e in rapida crescita che diventerà sempre più importante con l'aumento del costo della conformità ambientale.
Utensili da taglio
Il materiale predominante qui è la polvere di carburo di tungsteno, che viene sinterizzata con cob alto per produrre oggetti estremamente duri. Per migliorare la tenacità di questi utensili da taglio, al materiale vengono aggiunti titanio, niobio e carburi di cromo. Il ruolo di quest'ultimo è quello di prevenire la crescita del grano durante la sinterizzazione. In caso contrario, durante il processo si formeranno cristalli eccessivamente grandi, che potrebbero degradare la tenacità dell'utensile da taglio.
