Chromium carbide adalah senyawa keramik yang ada dalam beberapa komposisi kimia yang berbeda: Cr3 C2, Cr7 C3 dan Cr23 C6. Dalam kondisi standar, itu ada sebagai materi abu-abu. Kromium adalah logam yang sangat keras dan tahan korosi. Ini juga tahan api, yang berarti tetap kuat bahkan pada suhu tinggi.
Sifat kromium ini membuatnya berguna sebagai aditif dalam paduan logam. Ketika kristal karbida diintegrasikan ke dalam permukaan material, itu meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan korosi dan juga mempertahankan sifat-sifat ini pada suhu tinggi. Senyawa yang paling kompleks dan paling umum digunakan untuk tujuan ini adalah Cr3 C2.
Mineral terkait termasuk tongbaite dan isovite (Cr, Fe) 23 C6, keduanya sangat langka. Mineral karbida kaya lainnya adalah yarlongite Cr4 Fe4 NiC4.
Properti Chromium
Adatiga struktur kristal yang berbeda untuk karbida yang sesuai dengan tiga komposisi kimia yang berbeda:
- Cr23 C6 memiliki struktur kubik dan kekerasan Vickers sebesar 976 kg/mm2.
- Cr7 C3 memiliki struktur kristal heksagonal dan kekerasan mikro 1336 kg/mm2.
- Cr3 C2 adalah yang paling tahan lama dari ketiga komposisi dan memiliki struktur belah ketupat dengan kekerasan mikro 2280 kg/mm2.
Untuk alasan ini, Cr3 C2 adalah formula utama kromium karbida yang digunakan dalam perawatan permukaan.
Sintesis
Ikatan karbida dapat dicapai dengan paduan mekanis. Dalam jenis proses ini, logam kromium dan karbon dalam bentuk grafit dimasukkan ke dalam ball mill dan digiling menjadi bubuk halus. Setelah menghancurkan komponen, mereka digabungkan menjadi butiran dan mengalami tekanan isostatik panas. Operasi ini menggunakan gas inert, terutama argon dalam oven tertutup.
Bahan bertekanan ini memberikan tekanan pada sampel dari semua sisi saat oven memanas. Panas dan tekanan menyebabkan grafit dan logam bereaksi satu sama lain dan membentuk kromium karbida. Penurunan persentase karbon dalam campuran awal menyebabkan peningkatan hasil bentuk Cr7 C3 dan Cr23 C6.
Metode lain untuk mensintesis kromium karbida menggunakan oksida, aluminium murni, dan grafit dalam reaksi eksotermik yang berkembang biak sendiri yang berlangsung sebagai berikut:
3Cr2O3 + 6Al + 4C → 2Cr3C2 + 3Al 2O3
Dalam metode ini, reagennyadihancurkan dan dicampur dalam ball mill. Serbuk seragam kemudian dikompresi menjadi tablet dan ditempatkan di bawah atmosfer argon inert. Sampel kemudian dipanaskan. Kawat panas, percikan api, laser, atau oven dapat memberikan panas. Reaksi eksotermik dimulai dan uap yang dihasilkan menyebarkan efeknya ke seluruh sampel.
Produksi kromium karbida
Banyak perusahaan membuat zat ini dengan menggabungkan reduksi aluminotermal dan pemrosesan vakum pada suhu 1500 °C ke atas. Campuran logam kromium, oksida dan karbon disiapkan dan kemudian dimasukkan ke dalam tungku vakum. Tekanan dalam oven dikurangi dan suhu dinaikkan menjadi 1500 °C. Karbon kemudian bereaksi dengan oksida untuk membentuk logam dan gas monoksida, yang dibuang ke pompa vakum. Kromium kemudian bergabung dengan karbon yang tersisa untuk membentuk karbida.
Keseimbangan yang tepat antara komponen-komponen ini menentukan kandungan zat yang dihasilkan. Ini dikontrol dengan hati-hati untuk memastikan bahwa kualitas produk cocok untuk pasar yang menuntut seperti dirgantara.
Produksi krom metalik
- Para peneliti menemukan kelas karbida baru yang memperoleh stabilitas dari struktur yang tidak teratur.
- Hasil penelitian meletakkan dasar untuk survei karbida baru di masa depan yang berguna dalam aplikasi praktis.
- Membuat nitrida 2D semakin mudah.
Logam itudigunakan di banyak perusahaan, diproduksi dengan reduksi aluminotermik, di mana campuran kromium oksida dan bubuk aluminium terbentuk. Mereka kemudian dimuat ke dalam wadah pemanggangan di mana campuran dinyalakan. Aluminium mereduksi kromium oksida menjadi logam dan terak alumina pada suhu 2000-2500 °C. Zat ini membentuk kolam cair di bagian bawah ruang pembakaran, di mana ia dapat dikumpulkan ketika suhu telah cukup turun. Jika tidak, kontak akan sulit dan sangat berbahaya. Kemudian zat awal diubah menjadi bubuk dan digunakan sebagai bahan baku untuk produksi kromium karbida.
Penggilingan lebih lanjut
Penghancuran kromium karbida dan zat awalnya dilakukan di pabrik. Saat menggiling bubuk logam halus, selalu ada risiko ledakan. Itulah mengapa pabrik dirancang khusus untuk menghadapi potensi bahaya tersebut. Pendinginan kriogenik (biasanya nitrogen cair) juga diterapkan pada fasilitas untuk memfasilitasi penggilingan.
Lapisan tahan aus
Karbida bersifat keras sehingga penggunaan umum kromium adalah untuk memberikan lapisan tahan aus yang kuat pada bagian-bagian yang perlu dilindungi. Dalam kombinasi dengan matriks logam pelindung, bahan anti korosi dan tahan aus dapat dikembangkan yang mudah diterapkan dan hemat biaya. Pelapisan ini dibuat dengan pengelasan atau penyemprotan termal. Dalam kombinasi dengan zat resisten lainnya, kromium karbida dapat digunakan untuk:membentuk alat pemotong.
Elektroda las
Batang chromium carbide ini semakin banyak digunakan sebagai pengganti ferrochromium tua atau komponen yang mengandung karbon. Mereka memberikan hasil yang lebih unggul dan lebih konsisten. Dalam elektroda las ini, kromium II karbida dibuat selama proses pengikatan untuk memberikan lapisan keausan. Namun, pembentukan karbida ditentukan oleh kondisi yang tepat di sambungan jadi. Dan oleh karena itu, mungkin ada perubahan di antara mereka yang tidak terlihat untuk elektroda yang mengandung kromium karbida. Hal ini tercermin dalam ketahanan aus dari las yang diendapkan.
Saat menguji roda yang terbuat dari karet pasir kering, ditemukan bahwa tingkat keausan senyawa yang diterapkan pada elektroda ferrochrome atau karbon adalah 250% lebih tinggi. Dibandingkan dengan chromium carbide.
Tren dalam industri pengelasan dari elektroda tongkat hingga kabel inti fluks menguntungkan zat tersebut. Chromium carbide digunakan hampir secara eksklusif dalam elemen bubuk daripada ferrochromium karbon tinggi karena tidak mengalami efek pengenceran yang disebabkan oleh kelebihan besi di dalamnya.
Ini berarti bahwa lapisan yang mengandung lebih banyak partikel keras, yang memiliki ketahanan aus yang tinggi, dapat diperoleh. Oleh karena itu, karena ada pergeseran dari elektroda batang ke kawat inti fluks karena keuntungan otomatisasi dan produktivitas yang lebih tinggi terkait dengan teknologi pengelasan zat yang terakhir, pasar untuk karbida meningkat.
Penggunaan khas untuk ituadalah: pelapisan keras sekrup konveyor, bilah pengaduk bahan bakar, impeler pompa, dan aplikasi krom umum yang memerlukan ketahanan aus.
Semprot termal
Saat disemprotkan dengan panas, kromium karbida digabungkan dengan matriks logam seperti nikel-kromium. Biasanya, rasio zat ini adalah 3:1, masing-masing. Matriks logam hadir untuk mengikat karbida ke substrat yang dilapisi dan untuk memberikan tingkat ketahanan korosi yang tinggi.
Kombinasi sifat ini dan ketahanan aus berarti bahwa pelapis CrC-NiCr yang disemprotkan secara termal cocok sebagai penghalang keausan suhu tinggi. Karena alasan inilah mereka semakin banyak digunakan di pasar kedirgantaraan. Aplikasi umum di sini adalah pelapis untuk mandrel batang, cetakan hot stamping, katup hidrolik, suku cadang mesin, perlindungan keausan komponen aluminium dan aplikasi umum dengan ketahanan yang baik terhadap korosi dan abrasi pada suhu hingga 700-8000°C.
Alternatif untuk pelapisan krom
Aplikasi baru untuk pelapis yang disemprotkan secara termal sebagai pengganti saturasi produk keras. Pelapisan krom keras menghasilkan cangkang tahan aus dengan kualitas permukaan yang baik dengan biaya rendah. Pelapisan krom diperoleh dengan mencelupkan barang yang akan dijenuhkan ke dalam wadah larutan kimia yang mengandung kromium. Arus listrik kemudian dilewatkan melalui tangki, menyebabkan material mengendap di bagian danpembentukan lapisan yang koheren. Namun, kekhawatiran lingkungan yang berkembang terkait dengan pembuangan air limbah dari solusi pelapisan listrik bekas, dan masalah ini telah menyebabkan biaya proses meningkat.
Pelapis krom karbida memiliki ketahanan aus yang dua setengah hingga lima kali lebih baik daripada pelapisan krom keras dan tidak memiliki masalah pembuangan air limbah. Oleh karena itu, mereka semakin banyak digunakan untuk pelapisan krom keras, terutama ketika ketahanan aus penting atau lapisan tebal diperlukan untuk sebagian besar. Ini adalah area yang menarik dan berkembang pesat yang akan menjadi lebih penting seiring dengan meningkatnya biaya kepatuhan lingkungan.
Alat pemotong
Bahan utama di sini adalah bubuk tungsten karbida, yang disinter dengan kob alt untuk menghasilkan benda yang sangat keras. Untuk meningkatkan ketangguhan alat pemotong ini, titanium, niobium, dan kromium karbida ditambahkan ke bahan. Peran yang terakhir adalah untuk mencegah pertumbuhan butir selama sintering. Jika tidak, kristal yang terlalu besar akan terbentuk selama proses, yang dapat menurunkan ketangguhan alat pemotong.
