Ржавеет ли карбид вольфрама?

Ржавеет ли карбид вольфрама? Чистый карбид вольфрама Сам по себе он не ржавеет, так как химически стабилен, устойчив к окислению и коррозии. Состоящий из вольфрама и углерода, карбид вольфрама нерастворим в воде, соляной и серной кислоте. При ежедневном использовании он сохраняет свой металлический блеск и не легко обесцвечивается. В промышленных приложениях, чистая фаза вольфрама твёрдый сплав трудно использовать напрямую. Обычно его комбинируют с кобальтом, никелем, железом или другими материалами в качестве связующей фазы, чтобы получить композитный материал для практического использования.
В промышленности карбид вольфрама славится своей высокой твердостью и износостойкостью, благодаря чему его называют “промышленным зубом” и часто считают “антикоррозийным” материалом. Однако на практике на некоторых изделиях из карбида вольфрама могут появляться пятна ржавчины, пятна или даже ухудшаться эксплуатационные характеристики, что вызывает недоумение у многих пользователей. Действительно ли карбид вольфрама ржавеет? На самом деле, ржавчина карбида вольфрама - это не проблема самого материала. Основные причины кроются в составе связующей фазы в материале и в условиях эксплуатации. На самом деле окислительной коррозии подвергается связующий металл, а не сама твердая фаза карбида вольфрама.

I. Почему чистый карбид вольфрама не ржавеет?

Чтобы понять коррозионную стойкость карбида вольфрама, необходимо сначала прояснить природу ржавления. Под ржавлением обычно понимается реакция окисления металлов в присутствии кислорода, воды и т.д. с образованием свободных оксидов (например, ржавчина железа образует Fe₂O₃・nH₂O). Коррозионная стойкость карбида вольфрама обусловлена его уникальным составом и структурой:
С точки зрения композиции, карбид вольфрама представляет собой промежуточное соединение, образованное из вольфрама (W) и углерода (C) в результате высокотемпературного спекания и отличающееся чрезвычайно высокой химической стабильностью. Сам по себе вольфрам - это металл с высокой температурой плавления, очень инертный, который практически не вступает в реакцию с кислородом или водой при комнатной температуре. При соединении с углеродом для образования кристаллов WC атомы плотно связаны ковалентными и металлическими связями, в результате чего образуется плотная кристаллическая структура, в которой нет свободных атомов металла, доступных для окисления.
С точки зрения структуры, микроструктура карбида вольфрама представляет собой композитную систему “твердая фаза + связующая фаза”: Частицы WC выступают в качестве твердой фазы, обычно составляя 80%-97%, образуя непрерывный, плотный скелет, который действует как “броня”, чтобы изолировать внешние агрессивные среды. Связующая фаза составляет всего 2%-20%, соединяя частицы WC в единый материал. Таким образом, твердая фаза чистого WC сама по себе не вступает в окислительные реакции с окружающей средой и, естественно, не подвержена ржавлению.

II. Какие типы ржавчины карбида вольфрама? Суть заключается в фазе связующего.

Ржавление изделий из карбида вольфрама - это, по сути, окислительная коррозия металла связующей фазы. Химическая активность различных связующих фаз напрямую определяет коррозионную стойкость изделия и риск его ржавления.

1.Связующая фаза карбида вольфрама на основе железа: Склонны к ржавлению.

В некоторых недорогих изделиях из карбида вольфрама в качестве связующей фазы используется железо (Fe) или сплавы никель-железо (Ni-Fe). Железо - химически активный металл. Попадая во влажный воздух, дождевую воду или кислотную/щелочную среду, оно быстро подвергается окислению: Fe + O₂ + H₂O → Fe₂O₃・nH₂O (железная ржавчина).
Свойства ржавления такого карбида вольфрама очень очевидны: на поверхности появляются красновато-коричневые пятна или сплошные слои ржавчины, которые влияют не только на внешний вид, но и вызывают структурные повреждения. Ржавчина, будучи рыхлой по текстуре, постепенно отслаивается, обнажая внутри еще больше связующей фазы на основе железа и создавая порочный круг коррозии. В конечном итоге это приводит к снижению твердости, потере износостойкости и даже разрушению.
Карбид вольфрама на железной связке обычно используется в сценариях с крайне низкими требованиями к коррозионной стойкости (например, грубые режущие инструменты при общей обработке, износостойкие детали с низкой нагрузкой). Он недорог, но его нельзя использовать во влажной, открытой или коррозионной среде.

2.Связующее на основе кобальта, фаза карбида вольфрама: Ржавеет только в определенных условиях.

В основных высокоэффективных изделиях из карбида вольфрама в качестве связующей фазы чаще всего используется кобальт (Co). Кобальт химически гораздо более инертен, чем железо, и демонстрирует высокую стабильность в сухом воздухе и нейтральных средах при комнатной температуре, поэтому такие изделия обычно считаются устойчивыми к ржавчине. Однако кобальт не является абсолютно коррозионностойким. При следующих особых условиях окислительная коррозия все же может возникнуть (хотя это не традиционная красная ржавчина, а ржавчина в более широком смысле):
Длительное погружение в соленую воду или хлорсодержащие среды: например, морская среда, хлорсодержащие растворы в химической промышленности. Ионы хлора могут разрушить пассивную пленку на поверхности кобальта, вызывая точечную коррозию и образуя черные CoO или коричнево-черные Co₃O₄ оксидные слои.
Сильные кислоты и сильные щелочи: В сильных кислотах, таких как соляная или серная, или в сильных щелочах, таких как гидроксид натрия, пассивная пленка кобальта может раствориться, что приведет к химической коррозии, точечной коррозии и даже потере веса.
Высокая температура, высокая влажность и обилие кислорода: например, высокотемпературная паровая среда, длительное пребывание на открытом воздухе под солнцем и дождем могут ускорить окисление кобальта. Хотя оксидный слой относительно плотный, его длительное накопление может повлиять на качество обработки поверхности и эксплуатационные характеристики.
Поврежденные поверхностные покрытия: Если изделия из карбида вольфрама имеют антикоррозионное покрытие, например хромирование или азотирование, повреждение покрытия обнажает внутреннюю связующую фазу на основе кобальта, что позволяет коррозионным средам вступать в прямой контакт и вызывать локальную ржавчину.
Ржавчина в связующей фазе карбида вольфрама на основе кобальта - это в основном локальное окисление, а не широко распространенная рыхлая ржавчина, как в случае с изделиями на основе железа. Тем не менее, это может повлиять на срок службы и точность изделий, особенно в высокоточных и высоконадежных приложениях.

3.Связующая фаза карбида вольфрама на основе никеля: Высокая коррозионная стойкость, предпочтительный выбор для предотвращения ржавчины.

Карбид вольфрама с использованием никеля (Ni) или никель-хромовых сплавов в качестве связующей фазы обладает наилучшей коррозионной стойкостью из всех существующих на сегодняшний день и практически не ржавеет в обычных условиях. Никель химически гораздо более инертен, чем кобальт и железо. При комнатной температуре он образует на своей поверхности плотную, пассивную оксидную пленку, которая эффективно блокирует кислород, воду и большинство агрессивных сред, сохраняя стабильность даже во влажной или слабокислой/щелочной среде.
Даже в некоторых сложных условиях связующие фазы на основе никеля демонстрируют исключительную коррозионную стойкость. Они демонстрируют высокую устойчивость к нейтральному солевому туману и слабокислым растворам. При испытаниях в соляном тумане время их коррозионной стойкости может быть в 3-5 раз больше, чем у продуктов на основе кобальта. Коррозия может возникнуть только в экстремальных условиях, таких как воздействие сильных окислительных кислот (например, концентрированной азотной кислоты, растворов хромовой кислоты) или высокотемпературных расплавленных солей. Кроме того, связующие фазы на основе никеля обладают хорошей устойчивостью к коррозионному растрескиванию под напряжением, то есть они менее склонны к растрескиванию под нагрузкой при воздействии агрессивных сред. Поэтому карбид вольфрама на основе никеля часто используется в областях с чрезвычайно высокими требованиями к коррозионной стойкости. Единственный его недостаток - более высокая стоимость, примерно в 1,5-2 раза превышающая стоимость стандартного карбида вольфрама на основе кобальта. Кроме того, его износостойкость при комнатной температуре несколько ниже, чем у изделий на основе кобальта, что требует баланса между коррозионной стойкостью и износостойкостью.

III. Какие отрасли и продукты должны обратить особое внимание на ржавление карбида вольфрама?

Поскольку ржавление карбида вольфрама - это, по сути, коррозионное разрушение связующей фазы, в отраслях, где рабочая среда включает влажность, агрессивные среды или высокую точность, приоритетным критерием выбора должна быть коррозионная стойкость (т.е. предотвращение ржавления):

1.Морское машиностроение

Морская среда является зоной повышенного риска ржавления карбида вольфрама. Морская вода содержит высокую концентрацию хлорид-ионов и постоянно увлажнена солевым туманом. Изделия из карбида вольфрама, используемые в этой отрасли, такие как подводные режущие инструменты, сердечники клапанов и износостойкие компоненты буровых платформ, сильно ржавеют за короткое время, если они изготовлены на основе связующих фаз на основе железа. Даже изделия на основе кобальта требуют специальной антикоррозийной обработки (например, керамических покрытий, пассивации) для предотвращения точечной коррозии.

2.Химическая промышленность

В химическом производстве часто используются сильные агрессивные среды, такие как растворы кислот/щелочей и органические растворители. Такие компоненты из карбида вольфрама, как футеровка реакторов, износостойкие детали трубопроводов и лопасти рабочих колес, могут подвергаться коррозии, если связующая фаза не обладает достаточной коррозионной стойкостью, что приводит к ржавлению, разрушению и даже загрязнению материалов. Поэтому в этой отрасли обычно выбирают карбид вольфрама с высоким содержанием кобальта (например, выше 12% Co) или коррозионно-стойкие типы с легирующими элементами, такими как хром или молибден.

3.Пищевая промышленность

Оборудование для пищевой промышленности (например, ножи для резки мяса, формы для печенья, клапаны для розлива напитков) часто контактирует с водой, паром и кислотными/щелочными чистящими средствами, поэтому во избежание загрязнения продуктов питания требуются изделия без ржавчины. В таких изделиях должен использоваться карбид вольфрама на основе кобальта, поверхности которого полируются и пассивируются для предотвращения окисления связующей фазы и образования пятен ржавчины, которые могут загрязнять продукты питания.

4.Медицинская промышленность

Изделия из карбида вольфрама в медицинской сфере (например, кромки хирургических инструментов, износостойкие покрытия на искусственных суставах) находятся в длительном контакте с биологическими жидкостями (содержащими соли, белки и т.д.). Хотя биологические жидкости не являются высокоагрессивными, они требуют чрезвычайно высокой биосовместимости и коррозионной стойкости. Если связующие фазы на основе кобальта окисляются, это не только ухудшает эксплуатационные характеристики изделий, но и может привести к вымыванию ионов кобальта, что представляет опасность для здоровья. Поэтому необходимо использовать коррозионно-стойкий карбид вольфрама медицинского класса.

5.Автомобильная промышленность и новые энергетические отрасли

Такие компоненты, как кольца седел клапанов и изнашиваемые детали топливных форсунок в автомобильных двигателях, а также инструменты для резки листового электрода при производстве новых энергетических батарей, работают в условиях высоких температур, влажности или электролитов. Ржавление карбида вольфрама может привести к снижению точности деталей, ускоренному износу и повлиять на эффективность работы двигателя или качество аккумуляторной продукции. Поэтому требуется карбид вольфрама на основе кобальта, устойчивый к высоким/низким температурам и коррозии в электролитах.

6.Производство пресс-форм и точного машиностроения

Компоненты в каналах охлаждения литьевых или штамповочных форм, а также износостойкие детали, такие как инструменты и направляющие в прецизионные станки, находятся в длительном контакте с охлаждающей водой или смазочно-охлаждающими жидкостями (содержащими присадки с некоторыми коррозионная активность). Эти изделия требуют чрезвычайно высокой точности; даже незначительное ржавление может повлиять на точность обработки. Поэтому следует выбирать карбид вольфрама, устойчивый к коррозии смазочно-охлаждающей жидкости, и регулярно ухаживать за его поверхностью.

Заключение：

Ржавление карбида вольфрама - это не свойство самого материала, а скорее окислительная коррозия металла связующей фазы в определенных условиях окружающей среды. Связующие фазы на основе железа склонны к ржавлению, в то время как фазы на основе кобальта окисляются только в особых условиях, таких как сильная коррозия или длительная влажность. При выборе торгового продукта, спецификации продукции или создании бренда очень важно точно подобрать тип связующей фазы в зависимости от условий эксплуатации в конкретной отрасли. Железосодержащие материалы подходят только для сухих, некоррозионных условий, кобальтосодержащие - для большинства случаев, а для сильных коррозионных сред требуются дополнительные антикоррозионные покрытия. Такой подход позволяет избежать жалоб на продукцию или сбоев в работе из-за проблем с ржавчиной. Понимание логики, лежащей в основе коррозионной стойкости карбида вольфрама, отражает профессиональные знания и является ключом к обеспечению конкурентоспособности продукции.

Наша компания входит в десятку крупнейших в Китае производители изделий из карбида вольфрама. Если вам нужны изделия из цементированного карбида, пожалуйста связаться с нами.