O pó de carboneto de tungstênio fundido esférico é um novo tipo de material de partícula cerâmica altamente resistente ao desgaste. Comparado ao carboneto de tungstênio tradicional, o carboneto de tungstênio fundido esférico possui duas vantagens significativas. Em primeiro lugar, tem uma aparência esférica regular com boa fluidez do pó e propriedades umectantes. Quando utilizado como partícula aditiva, apresenta excelente compatibilidade com a estrutura circundante, reduzindo a concentração de tensões. Em segundo lugar, a estrutura interna das partículas de carboneto de tungstênio é densa, exibindo boa tenacidade, tamanho de grão fino, alta dureza e excelente resistência ao desgaste como revestimento. É menos propenso a fraturar sob carga.

Devido ao seu excelente desempenho, o pó de carboneto de tungstênio fundido esférico está gradualmente substituindo o pó de carboneto de tungstênio tradicional em aplicações de proteção de superfície para máquinas de mineração, máquinas de petróleo, indústria de construção e fundições. Aumenta significativamente a resistência ao desgaste, à corrosão e à oxidação dos componentes, prolongando assim a sua vida útil.

A composição química, morfologia microscópica, microestrutura, microdureza e outras propriedades do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparado por diferentes métodos serão investigadas abaixo.

1.Composição química da amostra de pó de carboneto

A tabela acima mostra a composição química de amostras de pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparadas por diferentes métodos. Pode-se observar que os principais componentes do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico são tungstênio (W) e carbono (C), com vestígios de ferro (Fe), vanádio (V), cromo (Cr) e nióbio (Nb). A composição ideal do carboneto de tungstênio fundido esférico deve consistir nas fases eutética WC e W2C, com temperatura eutética de 2525 ℃ e teor de carbono de 3,840% (fração de massa) no ponto eutético. A partir dos dados da tabela, pode-se observar que o pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparado pelo método de atomização com eletrodo rotativo a plasma apresenta o menor desvio do teor teórico de carbono e o menor teor de carbono livre. Por outro lado, o pó obtido pelo método de fusão por indução e atomização apresenta o maior desvio do teor teórico de carbono, com diferença de 0,170% (fração mássica). Isto provavelmente se deve ao uso de aquecimento de tubo de grafite no processo de fusão por indução, o que pode aumentar o teor de carbono. Portanto, em comparação com outros métodos, o método de atomização do eletrodo rotativo de plasma pode controlar com mais precisão o teor de carbono do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico, evitando reações eutéticas e subeutéticas causadas pela carburação e descarbonetação e alcançando uma microestrutura eutética quase perfeita . Isto é crucial para melhorar a microestrutura e as propriedades do carboneto de tungstênio fundido esférico.

2.Morfologia microscópica

A figura acima mostra a microestrutura do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparado por diferentes métodos. Pode-se observar que o pó de carboneto de tungstênio fundido esférico obtido de todos os três métodos exibe uma forma quase esférica regular e suave.

A figura acima mostra fotografias transversais de pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparado por diferentes métodos. A partir de (a) e (b), pode-se observar que as partículas de pó esférico de carboneto de tungstênio preparadas pelo método de atomização com eletrodo rotativo a plasma possuem uma estrutura interna densa quase sem defeitos. No entanto, a partir de (c) e (d), pode-se observar que o pó esférico de carboneto de tungstênio preparado por fusão e atomização por plasma, bem como métodos de fusão por indução e atomização, possuem alguns poros visíveis ou partículas ocas dentro de sua estrutura interna. A principal razão para isso é que o pó de carboneto de tungstênio triturado usado como matéria-prima nos métodos mencionados acima pode conter poros residuais do processo de fundição. Durante o processo de aquecimento por plasma ou por indução de curta duração, torna-se um desafio para a parte interna do pó de carboneto de tungstênio triturado derreter completamente, resultando na presença de alguns poros dentro das partículas.

3.Microestrutura

A figura acima exibe imagens microscópicas da microestrutura de partículas esféricas de pó de carboneto de tungstênio fundidas preparadas por diferentes métodos após a corrosão. Pode-se observar que a estrutura interna das partículas em todos os três métodos consiste principalmente em uma típica estrutura eutética em forma de agulha fina das fases WC e W2C. Em comparação com os métodos de fusão e atomização por plasma e fusão por indução e atomização, a microestrutura eutética do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico obtido pelo método de atomização com eletrodo rotativo de plasma parece ser mais fina e densa. Isso ocorre porque, em contraste com os métodos de fusão e atomização por plasma e fusão por indução e atomização, o método de atomização por eletrodo rotativo de plasma derrete completamente a haste de matéria-prima de carboneto de tungstênio e solidifica-a rapidamente sob a força centrífuga. O maior sub-resfriamento durante a cristalização do carboneto de tungstênio fundido resulta em uma nucleação mais rápida e em um maior número de formação de núcleos cristalinos, levando a uma microestrutura eutética mais fina.

4.Microdureza

A tabela abaixo mostra a microdureza média do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparado por diferentes métodos. Pode-se observar que a microdureza do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico obtido nos três métodos está acima de 2800 HV0,1. Dentre eles, o pó produzido pelo método de atomização com eletrodo rotativo a plasma apresenta a maior microdureza, atingindo 3045 HV0,1. Isto se deve principalmente à microestrutura eutética mais fina e densa dentro do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico obtido pelo método de atomização com eletrodo rotativo de plasma.

5.Outras propriedades físicas

A tabela abaixo apresenta os valores de fluidez e densidade de compactação do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparado por diferentes métodos. Pode-se observar que o pó obtido pelo método de atomização com eletrodo rotativo de plasma apresenta a menor fluidez e a menor densidade de compactação. Por outro lado, o pó obtido pelo método de fusão por indução e atomização apresenta a melhor fluidez e a maior densidade aparente.

Conclusão

(1) O pó de carboneto de tungstênio fundido esférico preparado pelo método de atomização com eletrodo rotativo de plasma exibe o menor desvio do teor teórico de carbono e do teor de carbono eutético, com o menor teor de carbono livre e relativamente baixo teor de impurezas.

(2) A estrutura interna das partículas esféricas de pó de carboneto de tungstênio obtidas pelo método de atomização com eletrodo rotativo de plasma é densa, quase sem defeitos. A microestrutura eutética é mais fina e densa. Por outro lado, as partículas obtidas por fusão e atomização por plasma, bem como por métodos de fusão por indução e atomização, apresentam alguns poros visíveis ou partículas ocas dentro da sua estrutura interna.

(3) Todos os três métodos resultam em pó de carboneto de tungstênio fundido esférico consistindo principalmente de fases WC e W2C.

(4) A microdureza do pó de carboneto de tungstênio fundido esférico obtido por todos os três métodos está acima de 2800 HV0,1. Dentre eles, o pó produzido pelo método de atomização com eletrodo rotativo a plasma apresenta a maior microdureza, atingindo 3045 HV0,1. O pó obtido pelo método de fusão por indução e atomização apresenta boa fluidez e maior densidade aparente.