Titanium carbudi: uzalishaji, muundo, madhumuni, sifa na matumizi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-02 14:03

Titanium carbide ni mojawapo ya analogi za kuahidi za tungsten. Sio duni kwa mwisho kwa suala la mali ya kimwili na mitambo, na utengenezaji wa kiwanja hiki ni zaidi ya kiuchumi. Inatumika sana katika utengenezaji wa zana za kukata CARBIDE, na pia katika uhandisi wa mafuta na jumla, sekta ya anga na roketi.

Maelezo na historia ya ugunduzi

Titanium carbide inachukua nafasi maalum kati ya misombo ya mpito ya metali ya Jedwali la Muda la Vipengele vya Kemikali. Inatofautishwa na ugumu wake maalum, upinzani wa joto na nguvu, ambayo huamua matumizi yake mengi kama msingi wa aloi ngumu ambazo hazina tungsten. Fomula ya kemikali ya dutu hii ni TiC. Kwa nje, ni unga wa kijivu hafifu.

Uzalishaji wake ulianza katika miaka ya 1920, wakati kampuni zinazozalisha balbu za incandescent zilipotafuta njia mbadala ya teknolojia ya gharama kubwa ya kutengeneza nyuzi za tungsten. Matokeo yake, njia ya kuzalisha carbudi ya saruji iligunduliwa. Teknolojia hii ilikuwa ya bei nafuu, kwani malighafi -Titanium dioxide ilikuwa nafuu zaidi.

Mnamo mwaka wa 1970, matumizi ya nitriti ya titanium yalianza, ambayo ilifanya iwezekane kuongeza mnato wa viungio vilivyoimarishwa, na viungio vya chromium na nikeli vilifanya iwezekane kuongeza upinzani wa kutu wa titanium carbide. Mnamo mwaka wa 1980, mchakato ulianzishwa kwa umwagaji wa unga chini ya ushawishi wa ukandamizaji wa sare (kubonyeza). Hii iliboresha ubora wa nyenzo. Poda ya kaboni iliyotiwa mafuta hutumiwa kwa sasa katika matumizi ambapo halijoto ya juu, kuvaa na upinzani wa oksidi inahitajika.

Sifa za kemikali

Sifa za kemikali za titanium carbudi huamua umuhimu wake wa vitendo katika teknolojia. Kiwanja hiki kina sifa zifuatazo:

• upinzani kwa HCl, HSO₄, H₃PO_{4, alkali;}
• upinzani mkubwa wa kutu katika miyeyusho ya alkali na asidi;
• hakuna mwingiliano na zinki kuyeyuka, aina kuu za slag metallurgiska;
• oxidation hai katika halijoto inayozidi 1100 °C;
• kuyeyuka kuyeyuka kwa chuma, chuma cha kutupwa, nikeli, kob alti, silicon;
• kuundwa kwa TiCl_{4 kwenye kati ya klorini katika t>40 °C.}

Sifa za kimwili na mitambo

Sifa kuu za kimwili na za kiufundi za dutu hii ni:

1. Thermofizikia: kiwango myeyuko – 3260±150 °C; kiwango cha kuchemsha - 4300 ° C; uwezo wa joto - 50, 57 J/(K∙mol); conductivity ya mafuta kwa 20 ° C (kulingana na yaliyomokaboni) - 6.5-7.1 W/(m∙K).
2. Nguvu (kwa 20 °C): nguvu ya kubana - 1380 MPa; nguvu ya mvutano (carbide iliyoshinikizwa moto) - 500 MPa; microhardness - 15,000-31,500 MPa; nguvu ya athari - 9.5∙10⁴ kJ/m^{2; ugumu kwenye mizani ya Mohs - vitengo 8-9.}
3. Kiteknolojia: kasi ya uvaaji (kulingana na maudhui ya kaboni) - 0.2-2 µm/h; msuguano mgawo - 0.4-0.5; uwezo wa kulehemu ni duni.

Pokea

Uzalishaji wa titanium carbide unafanywa kwa mbinu kadhaa:

• Njia ya kaboni-mafuta kutoka kwa titanium dioksidi na nyenzo dhabiti za kuvizika (68 na 32% katika mchanganyiko, mtawalia). Kama ya mwisho, soti hutumiwa mara nyingi. Malighafi husisitizwa kwanza kwenye briquettes, ambayo huwekwa kwenye crucible. Mjazo wa kaboni hufanyika kwa joto la 2000 °C katika angahewa ya ulinzi ya hidrojeni.
• Usafishaji wa moja kwa moja wa poda ya titani kwa 1600 °C.
• Uyeyushaji-udanganyifu - upashaji joto wa poda ya chuma kwa briketi za masizi katika mpango wa hatua mbili hadi 2050 °C. Masizi huyeyuka katika kuyeyuka kwa titani, na matokeo yake ni nafaka za kaboni hadi saizi ya mikroni elfu 1.
• Washa katika ombwe la mchanganyiko wa poda ya titan na kaboni nyeusi (iliyokuwa na briquets hapo awali). Mwitikio wa mwako hudumu sekunde chache, kisha utunzi hupozwa.
• Njia ya kemikali ya Plasma kutoka halidi. Njia hii inafanya uwezekano wa kupata sio poda ya carbudi tu, lakini pia mipako, nyuzi, fuwele moja. Mchanganyiko wa kawaida ni kloridi ya titani, methane na hidrojeni. Utaratibu unafanywa kwa joto1200-1500°C. Mtiririko wa plasma huundwa kwa kutokwa kwa arc au katika jenereta za masafa ya juu.
• Kutoka kwa aloi ya titanium chips (hidrojeni, kusaga, kuondoa hidrojeni, kaboni au uwekaji wa kaboni nyeusi).

Bidhaa inayotengenezwa kwa mojawapo ya mbinu hizi huchakatwa katika vitengo vya kusaga. Kusaga kuwa poda hufanywa kwa ukubwa wa chembe za mikroni 1-5.

Nyuzi na fuwele

Kupata titanium carbudi katika mfumo wa fuwele moja hufanywa kwa njia kadhaa:

1. Njia ya kuyeyusha. Kuna aina kadhaa za teknolojia hii: mchakato wa Verneuil; kuchora kutoka kwa umwagaji wa kioevu unaotengenezwa kwa kuyeyusha vijiti vya sintered; njia ya electrothermal katika tanuu za arc. Mbinu hizi hazitumiki sana kwa sababu zinahitaji gharama kubwa za nishati.
2. Mbinu ya suluhisho. Mchanganyiko wa misombo ya titanium na kaboni, pamoja na metali zinazocheza nafasi ya kutengenezea (chuma, nickel, cob alt, alumini au magnesiamu), huwashwa katika crucible ya grafiti hadi 2000 ° C katika utupu. Kuyeyuka kwa chuma huhifadhiwa kwa masaa kadhaa, kisha kutibiwa na ufumbuzi wa asidi hidrokloriki na floridi hidrojeni, kuosha na kukaushwa, kuelea katika mchanganyiko wa triklorethilini na asetoni ili kuondoa grafiti. Teknolojia hii hutoa fuwele za usafi wa hali ya juu.
3. Mchanganyiko wa kemikali ya Plasma katika kinu wakati wa mwingiliano wa jeti ya plasma na halidi ya titanium TiCl₄, TiI_{4. Methane, ethilini, benzini, toluini na zingine hutumiwa kama chanzo cha kaboni.hidrokaboni. Hasara kuu za njia hii ni utata wa kiteknolojia na sumu ya malighafi.}

Nyuzi hupatikana kwa uwekaji wa kloridi ya titani kwenye chombo cha gesi (propani, tetrakloridi kaboni iliyochanganywa na hidrojeni) kwa joto la 1250-1350 °C.

Matumizi ya titanium carbide

Kiwango hiki hutumika kama kijenzi katika utengenezaji wa aloi zinazostahimili joto, sugu ya joto na aloi ngumu zisizo na tungsten, mipako inayostahimili kuvaa, abrasive.

Mifumo ya CARBIDE ya Titanium inatumika kwa bidhaa zifuatazo:

• zana za kukata chuma;
• sehemu za mashine za kukunja;
• sulubu zinazostahimili joto, sehemu za thermocouple;
• utandazaji wa tanuru;
• vipande vya injini ya ndege;
• elektroni za kulehemu zisizoweza kutumika;
• vipengele vya vifaa vilivyoundwa kwa ajili ya kusukuma nyenzo zenye fujo;
• bandika za abrasive za kung'arisha na kumalizia nyuso.

Sehemu zimetengenezwa kwa unga wa madini:

• kwa kufyatua na kubofya moto;
• kwa kuteleza katika uvunaji wa plasta na kuweka maji kwenye vinu vya grafiti;
• kwa kubonyeza na kupiga.

Mipako

Mipako ya CARBIDE ya Titanium hukuruhusu kuongeza utendakazi wa sehemu na wakati huo huo kuokoa kwenye nyenzo za gharama kubwa. Zina sifa zifuatazo:

• upinzani wa juu wa kuvaa na ugumu;
• uthabiti wa kemikali;
• mgawo wa chini wa msuguano;
• mwelekeo mdogo wa kulehemu baridi;
• upinzani wa kiwango.

Safu ya CARBIDE ya titanium inawekwa kwenye nyenzo za msingi kwa njia kadhaa:

• Uwekaji wa mvuke.
• Kunyunyizia Plasma au detonation.
• Kufunika kwa laser.
• Kunyunyizia ion-plasma.
• Mchanganyiko wa cheche za umeme.
• Kueneza kueneza.

Cermet pia imetengenezwa kwa msingi wa titanium CARBIDE na aloi za nikeli zinazostahimili joto - nyenzo iliyounganishwa ambayo inaruhusu kuongeza upinzani wa sehemu katika media ya kioevu kwa mara 10. Matumizi ya mchanganyiko huu yanaleta matumaini kwa kuongeza maisha ya huduma ya vifaa vya kusukuma maji na vifaa vingine, ambavyo ni pamoja na nozzles za kudumisha shinikizo la hifadhi, vichomeo vya moto, bits za kuchimba visima, vali.

Carbidesteel

Tungsten na kabidi za titani hutumika kutengeneza vyuma vya CARBIDE, ambavyo katika sifa zake huchukua nafasi ya kati kati ya aloi ngumu na vyuma vya kasi ya juu. Metali za kukataa huwapa ugumu wa juu, nguvu na upinzani wa kuvaa, na tumbo la chuma - ugumu na ductility. Sehemu kubwa ya titanium na carbudi ya tungsten inaweza kuwa 20-70%. Nyenzo kama hizo hupatikana kwa njia za unga wa madini zilizoonyeshwa hapo juu.

Vyuma vya Carbide hutumika kutengeneza zana za kukatia, pamoja na sehemu za mashine,kufanya kazi katika hali ya uchakavu mkali wa mitambo na babuzi (fani, gia, bushings, shafts na wengine).