В современной промышленной обработке поверхностей ролики с покрытием из карбида вольфрама широко используются в металлургии, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве пленок и пластмасс благодаря своей сверхвысокой твердости, высокой износостойкости и выдающейся коррозионной стойкости. Для производственных линий, требующих длительного срока службы, высокой стабильности и высокой износостойкости, ролики с покрытием из карбида вольфрама являются практически незаменимыми ключевыми компонентами оборудования.
Однако многие компании, узнав о роликах с покрытием из карбида вольфрама, задаются вопросом:
Поскольку карбид вольфрама такой твердый, почему бы просто не использовать чистый порошок карбида вольфрама для распыления?
Теоретически, чистый карбид вольфрама, благодаря своей высокой твердости, высокой температуре плавления и чрезвычайно высокой износостойкости, кажется идеальным материалом для покрытия. Но это интуитивное предположение ошибочно. В действительности, порошок чистого карбида вольфрама практически невозможно использовать непосредственно при термическом напылении, и он не применяется в промышленности.ролики с покрытием из карбида вольфрама.
Причина кроется не только в технической проблеме, но и в решающем ограничении, налагаемом структурой материаловедения и механизмом процесса напыления.
В этой статье вы систематически поймете, почему в промышленном производстве следует использовать композитный порошок карбида вольфрама, содержащий связующую фазу, вместо чистого порошка карбида вольфрама.
Почему для нанесения покрытия с помощью валиков из карбида вольфрама требуется композитный порошок, а не чистый карбид вольфрама?
Прежде чем разобраться в причинах, давайте рассмотрим основные характеристики карбида вольфрама:
• Высокая температура плавления 2870 °C
• Чрезвычайно высокая твердость (HRA 90+)
• Высокая хрупкость
• Устойчивость к окислению зависит от температуры окружающей среды.
• Низкий коэффициент теплового расширения
Хотя эти характеристики обеспечивают износостойкость, они также создают значительные трудности в процессе распыления.
Производство валиков для нанесения покрытий из карбида вольфрама в основном основано на таких методах, как высокоскоростное газопламенное напыление (HVOF), плазменное напыление или взрывное напыление. Хотя эти процессы предполагают высокие температуры, они недостаточны для полного расплавления частиц чистого карбида вольфрама.
Это означает:
• Частицы чистого карбида вольфрама трудно расплавить.
• Неспособность сформировать эффективную структуру покрытия.
• Трудности в достижении металлургического соединения или механического сцепления с подложкой.
Следовательно, в промышленном производстве необходимо добавлять металлическую связующую фазу для образования плавкого, связующего и наносимого композитного порошка, что является ключевой основой для успешного изготовления валиков для нанесения покрытий из карбида вольфрама.
Какие проблемы возникают при распылении чистого порошка карбида вольфрама?
Давайте углубимся в технические детали.
При высокотемпературном напылении порошок чистого карбида вольфрама столкнется со следующими серьезными проблемами:
1. Порошок не может полностью расплавиться.
Несмотря на высокую температуру распылительного оборудования (приблизительно 2600–3000 °C), её всё ещё недостаточно для полного расплавления карбида вольфрама.
Результаты:
• Порошок воздействует на подложку в твердом состоянии.
• Чрезвычайно низкая плотность покрытия.
• Частицы порошка не могут сплавляться друг с другом.
• Недостаточная прочность, легко отсоединяется.
Это делает практически невозможным образование пленки из чистого карбида вольфрама в напыляемом покрытии.
2. Неспособность образовать связующую фазу между частицами.
Для создания покрытий требуется структура "splat,дддххх, но чистый карбид вольфрама дает следующие результаты:
• Отсутствие адгезии между слоями
• Многочисленные поры
• В целом хрупкое покрытие
В конечном итоге это делает валик для нанесения покрытия из карбида вольфрама полностью неработоспособным.
Почему чистый порошок карбида вольфрама не может обеспечить достаточную адгезию к металлической подложке?
Это одна из главных причин, почему чистый порошок карбида вольфрама не используется в промышленности.
Разница в коэффициентах теплового расширения между металлической подложкой и карбидом вольфрама существенна.
• Металлическая основа (например, сталь №45, нержавеющая сталь): высокий коэффициент теплового расширения.
• Карбид вольфрама: очень низкий коэффициент теплового расширения.
Это означает, что во время фазы охлаждения возникнет сильное напряжение:
• Растрескивание покрытия
• Отслаивание покрытия
• Сильное расслоение
Без металлического связующего вещества, регулирующего термические напряжения, покрытие не сможет стабильно сцепляться с поверхностью.
Металлические связующие фазы (Ко, Ни, NiCr) могут выступать в качестве:
• "Buffer слойдддхх
• "Снятие стресса через канал дддххх
• "Связь мостик"
Создание стабильного переходного слоя между напыленным покрытием и подложкой.
Почему чистый карбид вольфрама легко окисляется после напыления?
Несмотря на то, что карбид вольфрама термостойкий, в процессе напыления он подвергается воздействию воздуха, кислорода или высокотемпературной атмосферы горения.
При повышении температуры выше 600°C карбид вольфрама будет:
• Окисляется до ВО₃ и CO₂
• Становятся хрупкими на поверхности частиц
• Снижение структурной устойчивости
Чистый порошок карбида вольфрама не имеет защитного слоя и будет:
• Окисляется во время полета
• Снизить твердость
• Снижение износостойкости
• Посерение покрытия и снижение его эксплуатационных характеристик
Металлические связующие фазы могут образовывать защитный барьер вокруг частиц, снижая скорость окисления и обеспечивая стабильные химические свойства валика для нанесения покрытия из карбида вольфрама.
Какова именно роль металлической связующей фазы в валике для нанесения покрытия из карбида вольфрама?
Это ключевой вопрос.
К наиболее часто используемым связующим фазам относятся:
• Ко (кобальт)
• Никель
• NiCr (никель-хром)
• CoCr (кобальт-хром)
В составе покрытия они играют следующие ключевые роли:
1. Снижение температуры плавления, позволяющее порошку частично расплавиться.
2. Улучшение адгезии к подложке и предотвращение отслаивания покрытия.
3. Повышение прочности и снижение растрескивания покрытия.
4. Устойчивость к окислению и повышение стабильности поверхности.
5. Формирование плотной слоистой структуры, повышающей общую прочность.
Чем однороднее фаза металлического связующего вещества, тем выше фактическая износостойкость.ролик с покрытием из карбида вольфрама.
Каким образом композитный порошок карбида вольфрама может улучшить качество роликов с покрытием из карбида вольфрама?
Композитные порошки карбида вольфрама обычно производятся с использованием следующих методов:
• Распылительная грануляция и спекание
• Образование карбидов
• Механическое покрытие
Эти порошки характеризуются следующими особенностями:
• Однородный размер частиц
• Стабильная структура частиц
• Лучшая плавильная способность
• Рациональное распределение связующей фазы
• Более высокая устойчивость к отслаиванию
В конечном итоге это позволяет получить ролики с покрытием из карбида вольфрама:
• Превосходная износостойкость
• Стабильная твердость (HRA 88–92)
• Низкая пористость (<1%)
• Высокая адгезия
• Превосходная коррозионная стойкость
Всё это в значительной степени зависит от участия металлической связующей фазы.
Какие структурные дефекты возникнут при использовании чистого карбида вольфрама для высокотемпературного напыления?
Использование чистого карбида вольфрама для напыления приведет к следующим дефектам покрытия:
• Много пор (сниженная износостойкость)
• Множество трещин (сокращение срока службы)
• Расслоение между слоями (непригодность для использования)
• Нестабильная твердость
• Окисление частиц
• Шероховатая структура
Эти дефекты серьезно ухудшают функциональность роликов с покрытием из карбида вольфрама.
Как выбрать наиболее подходящее соотношение порошка для валков с покрытием из карбида вольфрама?
Рекомендуется для общего промышленного применения:
• Туалет-10Co-4Cr (классическая комбинация)
• Туалет-12Co (чрезвычайно высокая износостойкость)
• Туалет-17Co (повышенная прочность)
• Серия Туалет-Ни (преимущественно коррозионная стойкость)
Состав порошковой смеси должен соответствовать следующим требованиям:
• Температурные требования
• Типы износа (эрозионный, скользящий, фреттинг)
• Смазочная среда
• Толщина покрытия
• Материал подложки
В совокупности эти факторы влияют на конечные характеристики роликов с покрытием из карбида вольфрама.