Karbidi i titanit: prodhimi, përbërja, qëllimi, vetitë dhe aplikimet

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-02 14:02

Karbidi i titanit është një nga analogët premtues të tungstenit. Nuk është inferior ndaj kësaj të fundit për sa i përket vetive fizike dhe mekanike, dhe prodhimi i këtij përbërësi është më ekonomik. Përdoret më gjerësisht në prodhimin e veglave prerëse karabit, si dhe në industrinë e naftës dhe inxhinierisë së përgjithshme, aviacionit dhe raketave.

Përshkrimi dhe historia e zbulimit

Karbidi i titanit zë një vend të veçantë midis përbërjeve të metaleve kalimtare të Tabelës Periodike të Elementeve Kimike. Dallohet nga fortësia e veçantë, rezistenca ndaj nxehtësisë dhe forca, e cila përcakton përdorimin e saj të gjerë si bazë për lidhjet e forta që nuk përmbajnë tungsten. Formula kimike e kësaj substance është TiC. Nga pamja e jashtme, është një pluhur gri i lehtë.

Prodhimi i tij filloi në vitet 1920, kur kompanitë që prodhonin llamba inkandeshente po kërkonin një alternativë ndaj teknologjisë së shtrenjtë për prodhimin e fijeve të tungstenit. Si rezultat, u shpik një metodë për prodhimin e karabit të çimentuar. Kjo teknologji ishte më pak e shtrenjtë, pasi lëndët e para -dioksidi i titanit ishte më i përballueshëm.

Në vitin 1970 filloi përdorimi i nitritit të titanit, i cili bëri të mundur rritjen e viskozitetit të nyjeve të çimentuara, dhe aditivët e kromit dhe nikelit bënë të mundur rritjen e rezistencës ndaj korrozionit të karabit të titanit. Në vitin 1980, u zhvillua një proces për shkrirjen e pluhurit nën ndikimin e ngjeshjes uniforme (shtypjes). Kjo përmirësoi cilësinë e materialit. Pluhurat e karabit të sinterizuar përdoren aktualisht në aplikime ku kërkohet rezistencë ndaj temperaturës së lartë, konsumit dhe oksidimit.

Karakteristikat kimike

Vetitë kimike të karbitit të titanit përcaktojnë rëndësinë e tij praktike në teknologji. Ky përbërës ka karakteristikat e mëposhtme:

• rezistenca ndaj HCl, HSO₄, H₃PO_{4, alkali;}
• rezistencë e lartë ndaj korrozionit në solucione alkaline dhe acide;
• nuk ka ndërveprim me shkrirjet e zinkut, llojet kryesore të skorjeve metalurgjike;
• oksidim aktiv vetëm në temperatura mbi 1100 °C;
• lagështueshmëria e shkrirjes së çelikut, gize, nikelit, kob altit, silikonit;
• formimi i TiCl_{4 në mjedis klori në t>40 °C.}

Vetitë fizike dhe mekanike

Karakteristikat kryesore fizike dhe mekanike të kësaj substance janë:

1. Termofizike: pika e shkrirjes – 3260±150 °C; pika e vlimit - 4300 ° C; kapaciteti i nxehtësisë - 50, 57 J/(K∙mol); përçueshmëri termike në 20 °C (në varësi të përmbajtjeskarbon) - 6,5-7,1 W/(m∙K).
2. Rezistenca (në 20 °C): qëndrueshmëria në shtypje - 1380 MPa; forca në tërheqje (karabit me presion të nxehtë) - 500 MPa; mikrofortësia - 15,000–31,500 MPa; forca në goditje - 9,5∙10⁴ kJ/m^{2; fortësia në shkallën Mohs - 8-9 njësi.}
3. Teknologjik: shkalla e konsumimit (në varësi të përmbajtjes së karbonit) – 0,2-2 µm/h; koeficienti i fërkimit - 0,4-0,5; saldueshmëria është e dobët.

Merr

Prodhimi i karbitit të titanit kryhet me disa metoda:

• Metodë karbon-termike nga dioksidi i titanit dhe materialet e ngurta karburizuese (përkatësisht 68 dhe 32% në përzierje). Si kjo e fundit, bloza përdoret më shpesh. Lënda e parë shtypet fillimisht në briketa, të cilat më pas vendosen në një kavanoz. Ngopja e karbonit ndodh në një temperaturë prej 2000 °C në një atmosferë mbrojtëse të hidrogjenit.
• Karbidizimi i drejtpërdrejtë i pluhurit të titanit në 1600 °C.
• Pseudo-shkrirje - ngrohja e pluhurit metalik me briketa bloze në një skemë me dy faza deri në 2050 °C. Bloza shpërndahet në shkrirjen e titanit dhe prodhimi është kokrra karabit me madhësi deri në 1 mijë mikron.
• Ndezni në një vakum të një përzierjeje pluhuri titani dhe karboni të zi (të briketuar më parë). Reagimi i djegies zgjat disa sekonda, më pas përbërja ftohet.
• Metodë plazma-kimike nga halogjenet. Kjo metodë bën të mundur marrjen e jo vetëm pluhurit karabit, por edhe veshjeve, fibrave, kristaleve të vetme. Përzierja më e zakonshme është kloruri i titanit, metani dhe hidrogjeni. Procesi kryhet në një temperaturë1200-1500°C. Rrjedha e plazmës krijohet duke përdorur një shkarkim hark ose në gjeneratorë me frekuencë të lartë.
• Nga patate të skuqura nga aliazh titani (hidrogjenimi, bluarja, dehidrogjenizimi, karbonizimi ose karbidizimi i zi karboni).

Produkti i bërë me njërën nga këto metoda përpunohet në njësi bluarjeje. Bluarja në pluhur kryhet në madhësi grimcash 1-5 mikron.

Fibra dhe kristale

Marrja e karbitit të titanit në formën e kristaleve të vetme kryhet në disa mënyra:

1. Mënyra e shkrirjes. Ekzistojnë disa lloje të kësaj teknologjie: procesi Verneuil; tërheqje nga një banjë e lëngshme e formuar nga shkrirja e shufrave të sinterizuara; metoda elektrotermike në furrat me hark. Këto teknika nuk përdoren gjerësisht sepse kërkojnë kosto të larta energjie.
2. Metoda e zgjidhjes. Një përzierje e komponimeve të titanit dhe karbonit, si dhe metale që luajnë rolin e një tretësi (hekur, nikel, kob alt, alumin ose magnez), nxehen në një kavanoz grafiti në 2000 ° C në vakum. Shkrirja e metalit mbahet për disa orë, më pas trajtohet me tretësirë të acidit klorhidrik dhe fluor hidrogjeni, lahet dhe thahet, notohet në një përzierje trikloretileni dhe acetoni për të hequr grafitin. Kjo teknologji prodhon kristale me pastërti të lartë.
3. Sinteza kimike e plazmës në një reaktor gjatë bashkëveprimit të një rryme plazmatike me halogjentë titani TiCl₄, TiI_{4. Metani, etilen, benzeni, tolueni dhe të tjerë përdoren si burim karboni.hidrokarburet. Disavantazhet kryesore të kësaj metode janë kompleksiteti teknologjik dhe toksiciteti i lëndëve të para.}

Fibrat përftohen nga depozitimi i klorurit të titanit në një mjedis të gaztë (propan, tetraklorur karboni i përzier me hidrogjen) në një temperaturë prej 1250-1350 °C.

Zbatimi i karbitit të titanit

Ky përbërës përdoret si përbërës në prodhimin e lidhjeve rezistente ndaj nxehtësisë, rezistente ndaj nxehtësisë dhe pa tungsten të fortë, veshjeve rezistente ndaj konsumit, materialeve gërryese.

Sistemet e karbitit të karbitit të titanit përdoren për produktet e mëposhtme:

• vegla për prerjen e metaleve;
• pjesë të makinave rrotulluese;
• kupa rezistente ndaj nxehtësisë, pjesë termoçift;
• rreshtim furre;
• pjesë motori reaktiv;
• elektroda saldimi jo harxhuese;
• elemente të pajisjeve të projektuara për pompimin e materialeve agresive;
• pasta gërryese për lustrim dhe mbarim të sipërfaqeve.

Pjesët bëhen nga metalurgjia pluhur:

• me sinterim dhe presim të nxehtë;
• me derdhje rrëshqitëse në kallëpe suvaje dhe sinterim në furrat me grafit;
• duke shtypur dhe sinterizuar.

Veshje

Veshjet e karbitit të titanit ju lejojnë të rrisni performancën e pjesëve dhe në të njëjtën kohë të kurseni në materiale të shtrenjta. Ato karakterizohen nga vetitë e mëposhtme:

• rezistencë e lartë ndaj konsumit dhe fortësi;
• stabilitet kimik;
• koeficienti i ulët i fërkimit;
• prirje e ulët për saldim të ftohtë;
• rezistencë në shkallë.

Një shtresë karbidi titani aplikohet në materialin bazë në disa mënyra:

• Depozitimi i avullit.
• Spërkatje me plazmë ose shpërthim.
• Veshje lazer.
• Spërkatje jon-plazmatike.
• Aliazh elektro-shkëndijash.
• ngopje me difuzion.

Cermet është bërë gjithashtu në bazë të karbitit të titanit dhe lidhjeve rezistente ndaj nxehtësisë së nikelit - një material i përbërë që lejon rritjen e rezistencës ndaj konsumit të pjesëve në media të lëngshme me 10 herë. Përdorimi i këtij kompoziti është premtues për rritjen e jetëgjatësisë së pajisjeve të pompimit dhe pajisjeve të tjera, të cilat përfshijnë grykë injeksioni për ruajtjen e presionit të rezervuarit, ndezëset e ndezjes, pjesët e stërvitjes, valvulat.

Carbidesteel

Karbitet e tungstenit dhe titanit përdoren për prodhimin e çeliqeve karabit, të cilët në vetitë e tyre zënë një pozicion të ndërmjetëm midis lidhjeve të forta dhe çeliqeve me shpejtësi të lartë. Metalet zjarrduruese u sigurojnë atyre fortësi të lartë, forcë dhe rezistencë ndaj konsumit, dhe matrica e çelikut - qëndrueshmëri dhe duktilitet. Pjesa masive e karabit të titanit dhe tungstenit mund të jetë 20-70%. Materialet e tilla përftohen me metodat e metalurgjisë pluhur të treguar më sipër.

Çeliqet karabit përdoren për prodhimin e veglave prerëse, si dhe të pjesëve të makinerive,duke punuar në kushte të konsumit të fortë mekanik dhe gërryes (kushineta, ingranazhe, tufa, boshte dhe të tjera).