Herstellungsverfahren für WC88%-12%Co-Pulver
Die Herstellung von WC88%-12%Co-Pulver, einem auf Wolframcarbid basierenden thermischen Spritzpulver, umfasst mehrere wichtige Schritte, um die gewünschten Eigenschaften und die Partikelgrößenverteilung zu gewährleisten. Dieses Pulver findet aufgrund seiner ausgezeichneten Härte, Verschleißfestigkeit und thermischen Stabilität breite Anwendung. Im Folgenden wird der Herstellungsprozess detailliert beschrieben.
1. Materialauswahl und erste Mischung
Der Prozess beginnt mit der Auswahl der Rohstoffe. Für die Herstellung des WC88%-12%Co-Pulvers werden 88 Gew.-% Wolframcarbid (WC) und 12 Gew.-% Kobalt (Co) als Hauptkomponenten ausgewählt. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus und eignen sich daher für anspruchsvolle Anwendungen.
Wolframcarbid- und Kobaltpulver werden in eine Kugelmühle gegeben. Um den Mahlvorgang zu erleichtern, wird deionisiertes Wasser zugegeben, um den Feststoffgehalt auf 75 % einzustellen. Die Verwendung von deionisiertem Wasser beugt Verunreinigungen vor und gewährleistet eine homogene Mischung. Der Nassmahlprozess dauert 12 Stunden, wodurch die Pulver eine feine und homogene Mischung erhalten.
2. Reduzierung der Partikelgröße
Nach dem Nassmahlprozess wird die durchschnittliche Partikelgröße des Pulvergemisches auf etwa 0,1 bis 10 Mikrometer reduziert. Diese feine Partikelgröße ist entscheidend für ein gleichmäßiges und dichtes Endprodukt. Um die Eigenschaften des Pulvers weiter zu verbessern, werden 2 Gew.-% Polyethylenglykol (PEG) hinzugefügt. Das PEG dient als Bindemittel und verbessert die Fließfähigkeit des Pulvers bei der Weiterverarbeitung.
Die Mischung wird 2 Stunden lang gerührt, um eine gleichmäßige Verteilung des PEG im Pulver zu gewährleisten. Dieser Schritt ist unerlässlich für die Erzielung gleichbleibender Eigenschaften des Endprodukts.
3. Granulierung
Im nächsten Schritt wird das Pulvergemisch in einem Sprühtrocknungsturm granuliert. Die Eintrittstemperatur des Sprühtrockners wird auf 260 °C, die Austrittstemperatur auf 110 °C geregelt. Diese Temperaturregelung ist entscheidend, um eine effektive Trocknung des Pulvers ohne Materialzersetzung zu gewährleisten.
Beim Sprühtrocknungsverfahren wird die Flüssigkeitsmischung in feine Tröpfchen zerstäubt, die anschließend beim Durchströmen der Heißluft in der Trockenkammer schnell getrocknet werden. Dadurch entsteht ein granuliertes Pulver, das sich in den nachfolgenden Schritten leichter handhaben und verarbeiten lässt.
4. Siebung und Größenklassifizierung
Das granulierte Pulver wird anschließend durch ein zweilagiges Vibrationssieb mit Maschenweiten von 200 und 900 Mesh gesiebt. Durch dieses Siebverfahren wird das Pulver nach Partikelgröße getrennt, wodurch eine Fraktion mit einer Partikelgrößenverteilung von 15 bis 75 Mikrometern entsteht.
Das auf dem 200-Mesh-Sieb zurückgehaltene Pulver und das durch das 900-Mesh-Sieb hindurchgegangene Pulver werden beide dem Nassmahlprozess wieder zugeführt. Dieses Recyclingverfahren gewährleistet, dass alle Partikel die gewünschte Korngröße aufweisen und trägt somit zur Gleichmäßigkeit des Endprodukts bei.
5. Entbindungsprozess
Im nächsten Schritt erfolgt die Entbinderung, bei der das Granulatpulver in einem Rohrofen einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Die Temperatur beträgt 800 °C und die Behandlungsdauer wird 4 Stunden lang gehalten. Dieser Schritt ist entscheidend für die Entfernung des Polyethylenglykol-Bindemittels aus dem Granulatpulver.
Beim Entbindern zersetzt sich das PEG und verdampft, wodurch ein sauberes Pulver zurückbleibt, das zum Sintern bereit ist. Dieser Schritt ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass das Endprodukt die gewünschte Dichte und die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist.
6. Sintern
Nach dem Entbindern wird das Pulver in einem vertikalen Hochtemperatur-Sinterofen schnell gesintert. Das Pulver kann die Heiz- und Kühlzonen frei durchlaufen, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung und Abkühlung gewährleistet wird. Die Pulverzufuhr erfolgt über ein Vibrationssieb, und während des Sinterprozesses wird Stickstoff als Schutzgas verwendet.
Die Sintertemperatur beträgt 1250 °C, die Sinterdauer 0,4 Sekunden. Dieses schnelle Sinterverfahren ermöglicht die Bildung eines dichten und festen Sinterkörpers bei gleichzeitiger Minimierung des Oxidations- und Kontaminationsrisikos.
7. Partikelgrößenklassifizierung
Nach Abschluss des Sinterprozesses wird das Sinterpulver einer Luftstromklassierung unterzogen, um Partikel innerhalb des gewünschten Größenbereichs von 15 bis 45 Mikrometern abzutrennen. Dieser Klassifizierungsschritt stellt sicher, dass das Endprodukt die für thermische Spritzanwendungen erforderlichen Spezifikationen erfüllt.
Das resultierende WC88%-12%Co-Pulver weist hervorragende Eigenschaften auf und eignet sich daher für verschiedene thermische Spritzverfahren. Typische Partikelgrößen sind 5–30 µm, 10–38 µm, 15–45 µm und 45–75 µm. Kundenspezifische Partikelgrößenverteilungen sind ebenfalls möglich.
8. Anwendungen im Bereich des thermischen Spritzens
Das WC88%-12%Co-Pulver wird hauptsächlich in thermischen Spritzverfahren eingesetzt, wobei gängige Verarbeitungsmethoden wie Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen (HVOF), Hochgeschwindigkeits-Luftspritzen (HVAF) und Plasmaspritzen zum Einsatz kommen. Die aus diesem Pulver hergestellten Beschichtungen weisen eine bemerkenswerte Härte auf, typischerweise im Bereich von 1000 bis 1400 HV.
Die aus WC88%-12%Co-Pulver hergestellten Beschichtungen sind bis zu 500 °C temperaturbeständig und eignen sich daher für Hochtemperaturanwendungen. Sie weisen zudem mehrere wesentliche Vorteile auf, darunter:
1. Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit: Die hohe Härte des Wolframcarbids sorgt für eine hervorragende Verschleißfestigkeit, wodurch die Beschichtungen ideal für Anwendungen mit abrasivem Verschleiß geeignet sind.
2. Hohe Haftfestigkeit: Die metallurgische Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat gewährleistet eine hohe Haftfestigkeit, die für die Langlebigkeit der Beschichtung entscheidend ist.
3. Hervorragende Gleitverschleißfestigkeit: Die Beschichtungen weisen eine ausgezeichnete Leistung gegen Gleitverschleiß auf und eignen sich daher für Bauteile, die Reibung ausgesetzt sind.
4. Breites Anwendungsspektrum: Die WC88%-12%Co-Beschichtungen werden in verschiedenen Branchen weit verbreitet eingesetzt, unter anderem bei der Herstellung verschleißfester Teile, Ventilsitze, Walzen, Kompressorschaufeln und anderer Komponenten, die eine erhöhte Haltbarkeit erfordern.
Abschluss
Die Herstellung von WC88%-12%Co-Pulver umfasst eine Reihe präzise kontrollierter Prozesse, darunter Mischen, Mahlen, Granulieren, Entbindern, Sintern und Klassieren. Das resultierende Pulver weist hervorragende Eigenschaften auf und eignet sich daher für thermische Spritzanwendungen. Es ermöglicht die Herstellung von Hochleistungsbeschichtungen mit herausragender Verschleißfestigkeit und thermischer Stabilität. Da die Industrie zunehmend Werkstoffe benötigt, die auch unter rauen Betriebsbedingungen beständig sind, wird die Bedeutung hochwertiger Wolframcarbid-Pulver wie WC88%-12%Co weiter zunehmen.