Enthält Wolframkarbid Nickel?

Reines Wolframcarbid enthält kein Nickel. Reines Wolframcarbid ist eine Verbindung (WC), die aus Wolfram- (W) und Kohlenstoff- (C) Atomen besteht und eine einfache hexagonale Kristallstruktur aufweist. Die Verbindung selbst enthält kein Nickel oder andere Metallelemente.

Sinterkarbid (gemeinhin als "Wolframkarbid"-Produkte bekannt):
Es enthält in der Regel Nickel (oder Kobalt). Bei den meisten "Hartmetall"-Werkzeugen, Bohrern, verschleißfesten Teilen usw., von denen wir im Alltag sprechen, handelt es sich in Wirklichkeit um Sinterkarbid. Sinterkarbid ist ein Verbundwerkstoff, der durch Sintern harter Wolframkarbidteilchen als Hauptkörper mit einer metallischen Bindephase bei hohen Temperaturen entsteht.

Die Hauptaufgabe von Nickel besteht darin, als Bindemittelphase zu fungieren. Nickel (Ni) ist eines der am häufigsten verwendeten Bindemetalle in Hartmetall (das andere häufigste ist Kobalt, Co). Seine Rolle ist entscheidend:

Die Rolle von Nickel in Sinterkarbid (Verbundwerkstoffe auf Wolframkarbidbasis):

Bindung von Wolframkarbidteilchen: Dies ist die grundlegendste und wichtigste Funktion des Nickels. Während des Sinterprozesses (in der Regel bei hohen Temperaturen über 1455 °C) schmilzt Nickel und bildet eine flüssige Phase. Das flüssige Nickel kann die Oberfläche der Wolframkarbidteilchen benetzen und die Lücken zwischen den Teilchen füllen. Nach dem Abkühlen und Erstarren wirkt Nickel wie ein "Klebstoff", der die harten, aber spröden Wolframkarbidteilchen fest miteinander verbindet und eine dichte und starke Gesamtstruktur bildet. Ohne die Bindemittelphase kann loses Wolframkarbidpulver kein Schüttgut mit praktischer Festigkeit bilden.

Bietet Zähigkeit und Schlagfestigkeit: Reines Wolframkarbid ist sehr hart, aber auch sehr spröde. Das kontinuierliche oder halbkontinuierliche Metallnetzwerk, das durch Nickel (oder andere Bindemittelphasen) gebildet wird, verleiht dem Material die notwendige Zähigkeit, Duktilität und Schlagfestigkeit. Wenn das Material äußeren Kräften (z. B. Stößen oder Vibrationen) ausgesetzt ist, kann die Metallphase die Energie durch plastische Verformung absorbieren, wodurch eine schnelle Rissausbreitung verhindert und ein katastrophaler Sprödbruch des Materials vermieden wird. Dadurch kann Sinterkarbid unter Arbeitsbedingungen mit Stößen und Vibrationen eingesetzt werden (z. B. Bergbauwerkzeuge, Stanzwerkzeuge).

Beeinflussung von Härte und Verschleißfestigkeit: Der Gehalt und die Eigenschaften der Bindephase wirken sich direkt auf die Härte und die Verschleißfestigkeit der Legierung aus:

Je geringer der Anteil der Bindephase ist, desto direkter ist der Kontakt zwischen den Wolframkarbidteilchen, desto höher ist die Gesamthärte der Legierung und desto besser ist die Verschleißfestigkeit (insbesondere abrasiver Verschleiß), aber die Zähigkeit nimmt ab.

Je höher der Anteil der Bindephase, desto besser die Zähigkeit der Legierung, aber desto geringer die Härte.

Nickel vs. Kobalt: Bindephasenlegierungen auf Nickelbasis haben in der Regel eine etwas geringere Härte und Festigkeit als Legierungen auf Kobaltbasis, aber eine bessere Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen thermische Ermüdung. Nickel hat auch eine gute Benetzbarkeit mit Wolframkarbid, aber seine Festigkeit ist in der Regel etwas geringer als die von Kobalt.

Erhöhte Korrosionsbeständigkeit: Hartmetall mit einer Bindephase auf Nickelbasis weist eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit (Säurebeständigkeit, Alkalibeständigkeit, Salzsprühnebelbeständigkeit usw.) auf als Legierungen auf Kobaltbasis. Der Grund dafür ist, dass Nickel selbst korrosionsbeständiger ist als Kobalt. Aus diesem Grund wird Hartmetall auf Nickelbasis häufig für verschleißfeste Komponenten in korrosiven Umgebungen wie der chemischen Industrie, der Schifffahrt und der Lebensmittelverarbeitung (z. B. Dichtungsringe aus Wolframkarbid, Pumpenventilteile, Düsen).

Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation: Nickel kann bei hohen Temperaturen eine stabilere schützende Oxidschicht bilden, so dass Hartmetall auf Nickelbasis im Allgemeinen eine bessere Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit aufweist als Legierungen auf Kobaltbasis.

Nicht-magnetisch: Sinterkarbid auf Nickelbasis ist in der Regel nicht (oder nur schwach) magnetisch, während Legierungen auf Kobaltbasis ferromagnetisch sind. Dies ist ein Vorteil bei Anwendungen, bei denen Magnetismus vermieden werden muss (z. B. bei einigen elektronischen Geräten, medizinischen Geräten).

Zusammenfassung:

Reines Wolframkarbid (WC) selbst enthält kein Nickel.
Die "Wolframkarbid"-Produkte, auf die wir uns üblicherweise beziehen (z. B. Werkzeuge, Bohrer, verschleißfeste Teile), sind eigentlich Sinterkarbid, dessen Hauptbestandteile Wolframkarbidpartikel und eine metallische Bindephase sind.
Nickel (Ni) ist ein sehr wichtiges Bindephasenmetall in Hartmetall. Die wichtigsten Funktionen von Nickel in Sinterkarbid sind:
Bindung harter Wolframkarbidteilchen zu einem dichten Ganzen.
Sie verleihen dem Material die notwendige Zähigkeit und Schlagfestigkeit.
Bietet im Vergleich zu Kobalt eine bessere Korrosionsbeständigkeit.
Bessere Versorgung mit Hochtemperaturen Oxidation Widerstand im Vergleich zu Kobalt.
Dadurch wird die Legierung in der Regel nicht magnetisch.
Die Wahl von Nickel oder Kobalt als Bindemittelphase hängt von den spezifischen Anforderungen der endgültigen Hartmetallanwendung ab (Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Kosten usw.). Bindemittelphasen auf Nickelbasis sind insbesondere bei hohen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit unverzichtbar.

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