Titaniumkarbied: produksie, samestelling, doel, eienskappe en toepassings

2025 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2025-01-24 13:11

Titaniumkarbied is een van die belowende analoë van wolfram. Dit is nie minderwaardig aan laasgenoemde in terme van fisiese en meganiese eienskappe nie, en die vervaardiging van hierdie verbinding is meer ekonomies. Dit word die meeste gebruik in die vervaardiging van karbiedsnygereedskap, sowel as in die olie- en algemene ingenieurswese, lugvaart- en vuurpylbedrywe.

Beskrywing en geskiedenis van ontdekking

Titaniumkarbied neem 'n spesiale plek in onder die oorgangsmetaalverbindings van die Periodieke Tabel van Chemiese Elemente. Dit word gekenmerk deur sy spesiale hardheid, hittebestandheid en sterkte, wat die wydverspreide gebruik daarvan bepaal as die basis vir harde legerings wat nie wolfram bevat nie. Die chemiese formule van hierdie stof is TiC. Uiterlik is dit 'n liggrys poeier.

Die vervaardiging daarvan het in die 1920's begin, toe maatskappye wat gloeilampe vervaardig, op soek was na 'n alternatief vir die duur tegnologie vir die vervaardiging van wolframfilamente. As gevolg hiervan is 'n metode vir die vervaardiging van gesementeerde karbied uitgevind. Hierdie tegnologie was goedkoper, aangesien grondstowwe -titaandioksied was meer bekostigbaar.

In 1970 het die gebruik van titaannitriet begin, wat dit moontlik gemaak het om die viskositeit van gesementeerde voege te verhoog, en chroom- en nikkelbymiddels het dit moontlik gemaak om die korrosiebestandheid van titaankarbied te verhoog. In 1980 is 'n proses ontwikkel vir poeiersintering onder die invloed van eenvormige saampersing (pers). Dit het die kwaliteit van die materiaal verbeter. Gesinterde karbiedpoeiers word tans gebruik in toepassings waar hoë temperatuur, slytasie en oksidasieweerstand vereis word.

Chemiese kenmerke

Die chemiese eienskappe van titaankarbied bepaal die praktiese belangrikheid daarvan in tegnologie. Hierdie verbinding het die volgende kenmerke:

• weerstand teen HCl, HSO₄, H₃PO_{4, alkali;}
• hoë korrosiebestandheid in alkaliese en suuroplossings;
• geen interaksie met sinksmelt, die hooftipes metallurgiese slak;
• aktiewe oksidasie slegs by temperature bo 1100 °C;
• smeltbenatbaarheid van staal, gietyster, nikkel, kob alt, silikon;
• vorming van TiCl_{4 in chloormedium by t>40 °C.}

Fisiese en meganiese eienskappe

Die belangrikste fisiese en meganiese kenmerke van hierdie stof is:

1. Termofisies: smeltpunt – 3260±150 °C; kookpunt - 4300 ° C; hittekapasiteit - 50, 57 J/(K∙mol); termiese geleidingsvermoë by 20 °C (afhangende van die inhoudkoolstof) - 6,5-7,1 W/(m∙K).
2. Sterkte (by 20 °C): druksterkte - 1380 MPa; treksterkte (warmgeperste karbied) - 500 MPa; mikrohardheid - 15 000-31 500 MPa; impaksterkte - 9.5∙10⁴ kJ/m^{2; hardheid op die Mohs-skaal - 8-9 eenhede.}
3. Tegnologies: slytasietempo (na gelang van koolstofinhoud) – 0.2-2 µm/h; wrywingskoëffisiënt - 0,4-0,5; sweisbaarheid is swak.

Ontvang

Titaniumkarbiedproduksie word deur verskeie metodes uitgevoer:

• Koolstof-termiese metode van titaandioksied en soliede karboniseringsmateriale (68 en 32% in die mengsel, onderskeidelik). As laasgenoemde word roet die meeste gebruik. Die grondstof word eers in brikette gedruk, wat dan in 'n smeltkroes geplaas word. Koolstofversadiging vind plaas by 'n temperatuur van 2000 °C in 'n beskermende atmosfeer van waterstof.
• Direkte karbidisering van titaanpoeier by 1600 °C.
• Pseudo-smelting - verhitting van metaalpoeier met roetbrikette in 'n twee-fase skema tot 2050 °C. Roet los in die titaansmelt op, en die uitset is karbiedkorrels tot 1 duisend mikron groot.
• Ontsteking in 'n vakuum van 'n mengsel van titaniumpoeier en koolstofswart (voorheen gebriket). Die ontbrandingsreaksie duur 'n paar sekondes, dan word die samestelling afgekoel.
• Plasma-chemiese metode van haliede. Hierdie metode maak dit moontlik om nie net karbiedpoeier te verkry nie, maar ook bedekkings, vesels, enkelkristalle. Die mees algemene mengsel is titaanchloried, metaan en waterstof. Die proses word by 'n temperatuur uitgevoer1200-1500°C. Die plasmavloei word geskep deur 'n boogontlading of in hoëfrekwensie-opwekkers te gebruik.
• Van titaniumlegeringsskyfies (hidrogenering, maal, dehidrogenering, karbonering of koolstofswartkarbidisering).

Die produk wat deur een van hierdie metodes gemaak word, word in slypeenhede verwerk. Maal tot poeier word uitgevoer tot deeltjiegroottes van 1-5 mikron.

Vesels en kristalle

Die verkryging van titaankarbied in die vorm van enkelkristalle word op verskeie maniere uitgevoer:

1. Metode van smelt. Daar is verskeie variëteite van hierdie tegnologie: die Verneuil-proses; trek uit 'n vloeistofbad wat gevorm word deur die gesinterde stawe te smelt; elektrotermiese metode in boogoonde. Hierdie tegnieke word nie algemeen gebruik nie omdat dit hoë energiekoste vereis.
2. Oplossingsmetode. 'n Mengsel van titaan- en koolstofverbindings, asook metale wat die rol van 'n oplosmiddel speel (yster, nikkel, kob alt, aluminium of magnesium), word in 'n grafiet-smeltkroes in 'n vakuum tot 2000 ° C verhit. Die metaalsmelt word vir 'n paar uur gehou, dan behandel met soutsuuroplossings en waterstoffluoried, gewas en gedroog, gedryf in 'n mengsel van trichlooretileen en asetoon om grafiet te verwyder. Hierdie tegnologie produseer kristalle van hoë suiwerheid.
3. Plasma-chemiese sintese in 'n reaktor tydens die interaksie van 'n plasmastraal met titaanhaliede TiCl₄, TiI_{4. Metaan, etileen, benseen, tolueen en ander word as koolstofbron gebruik.koolwaterstowwe. Die belangrikste nadele van hierdie metode is die tegnologiese kompleksiteit en toksisiteit van grondstowwe.}

Vesels word verkry deur afsetting van titaanchloried in 'n gasvormige medium (propaan, koolstoftetrachloried gemeng met waterstof) by 'n temperatuur van 1250-1350 °C.

Aanwending van titaniumkarbied

Hierdie verbinding word gebruik as 'n komponent in die vervaardiging van hittebestande, hittebestande en harde wolframvrye allooie, slytvaste bedekkings, skuurmateriale.

Titaniumkarbiedkarbiedstelsels word vir die volgende produkte gebruik:

• gereedskap vir metaalsny;
• onderdele van rolmasjiene;
• hittebestande smeltkroeë, termokoppelonderdele;
• oondvoering;
• straalmotoronderdele;
• nie-verbruikbare sweiselektrodes;
• elemente van toerusting wat ontwerp is om aggressiewe materiale te pomp;
• skuurpasta vir poleer en afwerking van oppervlaktes.

Onderdele word deur poeiermetallurgie gemaak:

• deur sintering en warmpers;
• deur glipgiet in gipsvorms en sintering in grafietoonde;
• deur te druk en sinter.

Coatings

Titaniumkarbiedbedekkings laat jou toe om die werkverrigting van onderdele te verhoog en terselfdertyd op duur materiale te bespaar. Hulle word gekenmerk deur die volgende eienskappe:

• hoë slytasieweerstand en hardheid;
• chemiese stabiliteit;
• lae wrywingskoëffisiënt;
• lae geneigdheid vir koue sweis;
• skaalweerstand.

'n Laag titaniumkarbied word op verskeie maniere op die basismateriaal aangebring:

• Dampafsetting.
• Plasma- of detonasiebespuiting.
• Laserbekleding.
• Ioon-plasma-bespuiting.
• Elektro-vonklegering.
• Diffusieversadiging.

Cermet word ook gemaak op die basis van titaniumkarbied en nikkel hittebestande allooie - 'n saamgestelde materiaal wat dit moontlik maak om die slytasieweerstand van onderdele in vloeibare media met 10 keer te verhoog. Die gebruik van hierdie komposiet is belowend vir die verhoging van die lewensduur van pomptoerusting en ander toerusting, wat inspuitspuitpunte vir die handhawing van reservoirdruk, fakkelbranders, boorpunte, kleppe insluit.

Carbisteel

Wolfram- en titaankarbiede word gebruik vir die vervaardiging van karbiedstaal, wat in hul eienskappe 'n tussenposisie tussen harde legerings en hoëspoedstaal inneem. Vuurvaste metale voorsien hulle met 'n hoë hardheid, sterkte en slytasie weerstand, en die staal matriks - taaiheid en rekbaarheid. Die massafraksie van titaan en wolframkarbied kan 20-70% wees. Sulke materiale word verkry deur die metodes van poeiermetallurgie hierbo aangedui.

Karbiedstaal word gebruik vir die vervaardiging van snygereedskap, sowel as masjienonderdele,werk in toestande van sterk meganiese en korrosiewe slytasie (laers, ratte, busse, asse en ander).