การทำความเข้าใจองค์ประกอบและการทำงานร่วมกันของผงคอมโพสิตคาร์ไบด์
ผงคอมโพสิตคาร์ไบด์ แสดงถึงประเภทวัสดุเฉพาะทางที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมโดยการรวมเฟสฮาร์ดคาร์ไบด์ เช่น ทังสเตนคาร์ไบด์ (WC), ไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) หรือโครเมียมคาร์ไบด์ (Cr3C2) เข้ากับสารยึดเกาะโลหะที่มีความเหนียว เช่น โคบอลต์ (Co), นิกเกิล (Ni) หรือเหล็ก (Fe) วัตถุประสงค์หลักของวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้คือการเชื่อมช่องว่างระหว่างความแข็งขั้นสุดของเซรามิกกับความทนทานต่อการแตกหักของโลหะ ในผงเหล่านี้ เม็ดคาร์ไบด์ให้ความต้านทานที่จำเป็นต่อการเสียดสีและการเสียรูป ในขณะที่เมทริกซ์โลหะทำหน้าที่เป็น "กาว" ที่ดูดซับพลังงานกระแทก และป้องกันการแตกร้าวจากภัยพิบัติระหว่างการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมที่มีความเครียดสูง
ประสิทธิภาพของส่วนประกอบสุดท้ายจะขึ้นอยู่กับลักษณะทางสัณฐานวิทยาและการกระจายตัวของผงเหล่านี้เป็นส่วนใหญ่ เทคนิคการผลิตขั้นสูง เช่น การพ่นแห้งและการหุ้ม ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอนุภาคผงแต่ละอนุภาคมีการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของทั้งเฟสแข็งและสารยึดเกาะ ความสม่ำเสมอในระดับจุลภาคนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการพ่นด้วยความร้อนหรือกระบวนการหุ้มด้วยเลเซอร์ เนื่องจากจะป้องกันจุดอ่อนเฉพาะที่ และรับประกันพื้นผิวที่ทนทานต่อการสึกหรอสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นที่ที่ทำการบำบัด
การใช้งานทางอุตสาหกรรมที่สำคัญและการวัดประสิทธิภาพ
ผงคอมโพสิตคาร์ไบด์เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดเซาะอย่างรุนแรง อุณหภูมิสูง และสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ ผงเหล่านี้ใช้ในการเคลือบดอกสว่านและวาล์วที่ต้องเผชิญกับการเสียดสีอย่างต่อเนื่องจากทรายและหิน ในทำนองเดียวกัน ในภาคเหมืองแร่ ชิ้นส่วนเครื่องจักรสำหรับงานหนักได้รับการเสริมความแข็งแรงด้วยคอมโพสิตที่มีทังสเตนคาร์ไบด์ เพื่อยืดอายุการใช้งานในการปฏิบัติงานได้สูงสุดถึงห้าเท่า เมื่อเทียบกับเหล็กที่ไม่ผ่านการบำบัด การเลือกวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมโดยเฉพาะ ดังที่แสดงไว้ในตารางด้านล่าง:
| ประเภทคาร์ไบด์ | เครื่องผูกทั่วไป | ทรัพย์สินหลัก | กรณีการใช้งานทั่วไป |
| ทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) | โคบอลต์ (Co) | ความแข็งสูงสุด | เครื่องมือตัดและดอกสว่าน |
| โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr3C2) | นิกเกิล-โครเมี่ยม (NiCr) | ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน | ท่อบอยเลอร์และกังหันก๊าซ |
| ไทเทเนียม คาร์ไบด์ (TiC) | เหล็ก/นิกเกิล | มีความแข็งแรงสูง/น้ำหนัก | ส่วนประกอบการบินและอวกาศ |
ปัจจัยสำคัญในการเลือกและการแปรรูปผง
การกระจายขนาดอนุภาค (PSD)
ความละเอียดของผงคอมโพสิตคาร์ไบด์จะกำหนดความหนาแน่นและความเรียบของการเคลือบที่เกิดขึ้น โดยทั่วไปแล้ว ผงละเอียด (15-45 ไมครอน) มักนิยมใช้สำหรับการพ่น Oxy-Fuel ความเร็วสูง (HVOF) เพื่อให้ได้การเคลือบที่มีความหนาแน่นสูงและมีรูพรุนต่ำ ผงหยาบมักถูกนำมาใช้ในการเชื่อมด้วยพลาสมาทรานเฟอร์เรดอาร์ก (PTA) หรือการหุ้มด้วยเลเซอร์ ซึ่งจำเป็นต้องมีชั้นป้องกันที่หนาขึ้นเพื่อทนต่อแรงกระแทกที่หนักหน่วง การรักษา PSD ที่แคบนั้นมีความสำคัญต่อการรับประกันอัตราการไหลที่สม่ำเสมอผ่านระบบป้อนและพฤติกรรมการหลอมละลายที่สม่ำเสมอในเปลวไฟ
เนื้อหาของสารยึดเกาะและความเหนียว
การปรับอัตราส่วนของคาร์ไบด์ต่อสารยึดเกาะช่วยให้วิศวกร "ปรับแต่ง" คุณสมบัติของวัสดุให้ตรงกับความต้องการเฉพาะได้ เปอร์เซ็นต์คาร์ไบด์ที่สูงขึ้น (เช่น 88% WC / 12% Co) ให้ความแข็งสูงแต่ต้านทานแรงกระแทกน้อยกว่า ในทางกลับกัน การเพิ่มปริมาณสารยึดเกาะจะช่วยเพิ่มความสามารถของวัสดุในการทนต่อการสั่นสะเทือนทางกลและการหมุนเวียนของความร้อนโดยไม่เกิดการหลุดล่อน ความสมดุลนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเครื่องมือที่ทำงานภายใต้โหลดที่มีความผันผวน
ข้อดีของการใช้คอมโพสิตคาร์ไบด์เหนือวัสดุเสาหิน
การเปลี่ยนจากโลหะผสมมาตรฐานหรือเซรามิกบริสุทธิ์ไปเป็นผงคอมโพสิตคาร์ไบด์ ให้ข้อได้เปรียบเชิงกลยุทธ์หลายประการสำหรับการบำรุงรักษาและการผลิตทางอุตสาหกรรม:
- ความต้านทานต่อการสึกหรอที่เพิ่มขึ้น: การมีอยู่ของเม็ดคาร์ไบด์แข็งจะชะลอการสึกหรอจากการเสียดสีลงอย่างมาก โดยลดความถี่ในการเปลี่ยนชิ้นส่วน
- การขยายตัวทางความร้อนที่ปรับแต่งได้: ด้วยการเลือกโลหะประสานที่เหมาะสม ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของคอมโพสิตสามารถจับคู่กับพื้นผิวได้ ป้องกันการแตกร้าวระหว่างการให้ความร้อน
- ความเสถียรทางเคมีที่เหนือกว่า: ผงที่มีโครเมียมคาร์ไบด์เป็นชั้นเชิงป้องกันที่ต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือกำมะถันสูง
- ประสิทธิภาพของทรัพยากร: แทนที่จะสร้างเครื่องมือทั้งหมดจากวัสดุราคาแพง สามารถใช้ผงคอมโพสิตคาร์ไบด์บางๆ กับพื้นที่ที่สึกหรอได้ง่ายเท่านั้น ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก
