TC4-Pulverauch bekannt als Titancarbidpulver, ist ein extrem hartes keramisches Material aus Titan und Kohlenstoff. Es ist eines der härtesten bekannten Karbide und verfügt über eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen sowie eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit. TC4-Pulver wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die hohe Härte, Verschleißfestigkeit, thermische Stabilität und Festigkeit erfordern.
Zu den wichtigsten Eigenschaften und Verwendungen von TC4-Pulver gehören:
TC4 Pulvereigenschaften und Anwendungen
| Eigentum | Beschreibung |
|---|---|
| Härte | Extrem hohe Härte von 3000 HV oder mehr auf der Vickers-Skala. Einer der härtesten Hartmetallwerkstoffe. |
| Abriebfestigkeit | Ausgezeichnete Verschleiß- und Abriebfestigkeit aufgrund der Härte. Niedriger Reibungskoeffizient. |
| Hohe Temperaturbeständigkeit | Behält seine hohe Festigkeit und Härte bei Temperaturen von bis zu 1000°C. Schmelzpunkt um 3160°C. |
| Wärmeleitfähigkeit | Die gute Wärmeleitfähigkeit ermöglicht die Wärmeableitung bei Hochtemperaturanwendungen. |
| Elektrische Leitfähigkeit | Mäßige elektrische Leitfähigkeit für ein keramisches Material. |
| Chemische Trägheit | Widerstandsfähig gegen chemische Angriffe und Korrosion bei hohen Temperaturen. |
| Anwendungen | Schneidwerkzeuge, Matrizen, Lager, Ventile, abriebfeste Beschichtungen, Schweißelektroden, Panzerungen, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt. |
Arten von TC4-Pulver
Es gibt einige verschiedene Arten und Qualitäten von TC4-Pulver, die je nach Zusammensetzung, Partikelgröße und Herstellungsverfahren unterschiedliche Eigenschaften aufweisen:
| Typ | Beschreibung |
|---|---|
| Mikrokorn | Die sehr feine Partikelgröße von 0,5-3 Mikron ermöglicht das Sintern bis zur vollen Dichte. Für verfestigte Teile und Beschichtungen. |
| Makrokorn | Größere Partikelgrößen von 3 bis 45 Mikrometern haben eine geringere Sinterfähigkeit, aber eine bessere Verschleißfestigkeit. Für thermische Spritzschichten. |
| Legiertes Pulver | Enthält Legierungselemente wie Nickel, Molybdän, Chrom, um Eigenschaften wie Zähigkeit, Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit zu verändern. |
| Plasma verdichtet | Zeigt eine verbesserte Sinterfähigkeit aufgrund der Verdichtung während der Plasmasynthese. |
Merkmale von TC4-Pulver
TC4-Pulver hat einzigartige Eigenschaften, die es für Hochleistungsanwendungen geeignet machen, die Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern:
| Charakteristisch | Beschreibung |
|---|---|
| Extreme Härte | Eine Vickershärte von 3000 HV oder mehr bietet eine hervorragende Verschleißfestigkeit. |
| Hoher Elastizitätsmodul | Ein Elastizitätsmodul von etwa 500 GPa verleiht dem Material eine hohe Verformungsfestigkeit. |
| Geringe Dichte | Etwa 4,9 g/cm3 Dichte im Vergleich zu 7,9 g/cm3 für Wolframkarbid. |
| Hoher Schmelzpunkt | Der Schmelzpunkt von 3160°C ermöglicht den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen. |
| Gute Oxidationsbeständigkeit | Bildet eine schützende Oxidschicht unter oxidierenden Bedingungen bis zu 800°C. |
| Temperaturwechselbeständigkeit | Widersteht schnellen Heiz- und Kühlzyklen ohne Rissbildung. |
| Chemische Stabilität | Inert gegenüber den meisten Säuren, Laugen und geschmolzenen Metallen. Löst sich langsam in heißer HCl/H2SO4 auf. |
Spezifikationen für TC4-Pulver
TC4-Pulver ist sowohl in Standardspezifikationen als auch in kundenspezifischen Formulierungen erhältlich, um spezifische Anforderungen zu erfüllen:
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Zusammensetzung | Titangehalt 88-92 wt%, Kohlenstoffbilanz |
| Partikelgröße | 0,5 - 45 Mikrometer typisch |
| Scheinbare Dichte | Bis zu 1,5 g/cm3 |
| Dichte des Gewindebohrers | Bis zu 2,5 g/cm3 |
| Reinheit | >99,5% Titankarbid-Gehalt |
| Sauerstoffgehalt | <1% |
| Textur | Morphologie des Winkels |
| Farbe | Grauschwarz |
Die Partikelgrößenverteilung, der Reinheitsgrad, der Sauerstoffgehalt und andere Parameter können je nach Anwendungsbedarf angepasst werden. Feinere Partikel bieten eine bessere Verfestigung, während gröbere Größen eine höhere Verschleißfestigkeit aufweisen.
Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von TC4-Pulver
Einige wichtige Anwendungen und Verwendungszwecke von TC4-Pulver profitieren von seiner herausragenden Härte, Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit:
| Anmeldung | Verwendet |
|---|---|
| Schneidewerkzeuge | Wendeschneidplatten, Schaftfräser, Bohrer, Reibahlen, Frässtifte |
| Metallumformung | Stanz- und Extrusionswerkzeuge, Walzen |
| Verschleißteile | Dichtflächen, Düsen, Buchsen, Kugelhähne |
| Oberflächentechnik | Thermische Spritzschichten, Laserauftragsschweißen |
| Schweißen | Fülldrähte, Elektroden mit untergetauchtem Lichtbogen |
| Rüstung | Fahrzeugpanzerungen, kugelsichere Westen |
| Luft- und Raumfahrt | Wärmedämmschichten auf Turbinenschaufeln |
| Elektronik | Widerstandsfilme, Vakuumschaltröhren |
Dank seiner einzigartigen Eigenschaften eignet sich TC4-Pulver für diese anspruchsvollen Anwendungen in den Bereichen Automobil, Öl und Gas, Bergbau, Bauwesen, Verteidigung und anderen Sektoren.
Lieferanten von TC4-Pulver
Einige der weltweit wichtigsten Lieferanten, die TC4-Pulver herstellen, sind:
| Anbieter | Standort |
|---|---|
| H.C. Starck | Deutschland, USA |
| Japan Neue Metalle | Japan |
| Peking Youxinglian Nichteisenmetalle | China |
| Micron Metalle | USA |
| Nanochemazone | Indien |
Die Preise liegen zwischen $50/kg für grobes Makrokornpulver und über $200/kg für ultrafeines Mikrokornpulver, je nach Partikelgröße, Reinheitsgrad, Produktionsverfahren und Abnahmemenge.
Einbau von TC4-Pulver
TC4-Pulver muss mit verschiedenen Techniken zu einem festen Bauteil verfestigt werden:
- Zum Pressen und Sintern wird das TC4-Pulver in eine geeignete Matrize gefüllt und bei hohem Druck von bis zu 300 MPa verdichtet. Der Grünling wird dann bei 1400-1700 °C im Vakuum oder unter Schutzgas gesintert.
- Beim thermischen Spritzen wird das pulverförmige Ausgangsmaterial mit einer Plasma- oder Verbrennungsflamme auf das Substrat gespritzt. Die aufgesprühten Partikel verfestigen sich zu einer harten Beschichtung.
- Beim Laserauftragschweißen wird ein Hochleistungslaser auf das Substrat gerichtet, um das Pulver zu schmelzen und als Auftragsschicht mit der Oberfläche zu verschmelzen.
- Zur Herstellung eines Cermets kann TC4-Pulver zusammen mit metallischen Bindemitteln wie Nickel, Kobalt oder Stahl gesintert werden, um die Zähigkeit zu verbessern.
Beim Umgang mit feinem keramischen Pulver muss während der Beladung und Verarbeitung eine geeignete Schutzausrüstung verwendet werden. Zur Verbesserung der Sicherheit am Arbeitsplatz werden Staubabsaugungssysteme empfohlen.
Betrieb und Wartung von TC4-Teilen
Im Betrieb benötigen TC4-Teile wie Schneidwerkzeuge und verschleißfeste Komponenten:
- Richtige Montage, Installation und Maschineneinstellung zur Vermeidung von Rissen durch übermäßige Belastungen.
- Anwendung innerhalb der empfohlenen Parameter für Last, Geschwindigkeit, Temperatur usw. Zu hohe Geschwindigkeiten erzeugen Wärme, die zu thermischer Rissbildung führen kann.
- Verwendung von Kühl- und Schmiermitteln zur Kontrolle des Temperaturanstiegs und zur Verringerung der Reibung bei der Metallzerspanung oder bei Verschleißanwendungen.
- Regelmäßige Überprüfung der Teile auf Verschleiß, Risse oder Schäden. Eine frühzeitige Erkennung hilft, katastrophale Ausfälle zu vermeiden.
Für die Wartung gelten die üblichen Praktiken:
- Austausch von verschlissenen Teilen, bevor die Maßtoleranzen überschritten werden.
- Reinigung und Neubeschichtung abgenutzter Oberflächen mit frischem TC4-Material zur Wiederherstellung von Abmessungen und Funktion.
- Aufarbeitung stark abgenutzter Teile durch Aufarbeitung und Nachbearbeitung nach Spezifikationen.
Auswahl eines TC4-Pulverlieferanten
Bei der Auswahl eines TC4-Pulverlieferanten sind einige wichtige Kriterien zu beachten:
- Technisches Fachwissen über die Herstellung und Qualitätskontrolle von Titancarbidpulvern
- Möglichkeit der individuellen Anpassung von Pulvereigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Reinheitsgrad, Morphologie usw.
- Produktionskapazität zur Deckung der Nachfrage
- Auswahl an Pulvertypen und kompatiblen Legierungssorten
- Wettbewerbsfähige Preise und stabile Versorgung
- Reaktionsfähigkeit bei technischen Anforderungen und Stichprobenanfragen
- Qualitätszertifizierungen und Einhaltung internationaler Normen
- Nachweis der kontinuierlichen Lieferung von Qualitätspulver an andere Kunden
- Starke FuE-Kapazitäten für die Entwicklung fortschrittlicher Produkte
TC4-Pulver im Vergleich zu Alternativen
TC4-Pulver ist im Vergleich zu anderen harten Materialien wie Wolframkarbid und Siliziumkarbid wie folgt:
| Parameter | TC4 | Wolframkarbid | Siliziumkarbid |
|---|---|---|---|
| Härte | Höher | Etwas niedriger | Unter |
| Zähigkeit | Unter | Höher | Höher |
| Dichte | Unter | Höher | Etwas höher |
| Temperaturstabilität | Höher | Unter | Ähnlich |
| Korrosionsbeständigkeit | Besser | WC anfällig für Laugen | Ähnlich |
| Kosten | Mäßig | Unter | Höher |
Vorteile von TC4:
- Extreme Härte für Verschleißfestigkeit
- Behält seine Festigkeit bei höheren Temperaturen als WC
- Thermisch und chemisch stabiler als WC
- Leichter als WC und SiC
Beschränkungen von TC4:
- Spröder mit geringerer Bruchzähigkeit als WC und SiC
- Teurer als Wolframkarbid-Pulver
- Erfordert Hochtemperatursinterung
TC4 zeichnet sich durch seine außergewöhnliche Härte und thermische Stabilität aus, leidet jedoch unter der geringen Zähigkeit und den höheren Kosten im Vergleich zu Wolframkarbid. Um seine Einschränkungen zu überwinden, sind eine geeignete Anwendungsgestaltung und Verarbeitung erforderlich.
FAQs
F: Woraus besteht das TC4-Pulver?
A: TC4-Pulver besteht aus 88-92% Titancarbid (TiC), der Rest ist freier Kohlenstoff. Es kann auch geringe Mengen an Oxiden, Nitriden und anderen Übergangsmetallkarbiden enthalten.
F: Was ist der Unterschied zwischen TC4 und Wolframkarbid?
A: Der Hauptunterschied besteht darin, dass TC4 auf Titancarbid basiert, das im Vergleich zu Wolframcarbid eine höhere Härte und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweist. Allerdings hat TC4 eine geringere Bruchzähigkeit als Wolframkarbid.
F: Was sind die Vorteile von TC4-Pulver?
A: Zu den wichtigsten Vorteilen gehören die extreme Härte, die zu einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit führt, die hohe Festigkeit bei Temperaturen bis zu 1000 °C, die im Vergleich zu WC geringe Dichte und die gute Korrosionsbeständigkeit.
F: Wofür wird TC4-Pulver verwendet?
A: Typische Anwendungen sind Schneidwerkzeuge, Stanz- und Prägewerkzeuge, Verschleißteile, thermische Spritzschichten, Schweißelektroden, Panzerungen, Luft- und Raumfahrtkomponenten und Elektronik.
F: Wie wird TC4-Pulver hergestellt?
A: Kommerziell wird es durch die Reaktion von Titanoxid und Ruß bei sehr hohen Temperaturen über 3000°C mit Verfahren wie der Plasmalichtbogensynthese oder der chemischen Gasphasenabscheidung hergestellt.
F: Ist TC4-Pulver giftig?
A: Wie die meisten feinen Pulver ist auch TC4 gesundheitsgefährdend, wenn es über einen längeren Zeitraum eingeatmet wird. Bei der Handhabung des Pulvers sollte eine geeignete Schutzausrüstung verwendet werden.
F: Wie wird TC4-Pulver zu einem Teil konsolidiert?
A: Die wichtigsten Verfahren sind Sintern, thermisches Spritzen, Laserplattieren und Heißpressen. Bindemittelphasen wie Ni oder Co können auch mit TC4 zusammengesintert werden, um Cermets herzustellen.
F: Warum ist TC4-Pulver teuer?
A: Die komplexen Hochtemperatursyntheseverfahren zur Herstellung von hochreinem Titancarbid verursachen höhere Kosten als die einfachere Herstellung von Wolframcarbid.
F: Welche Normen erfüllt das TC4-Pulver?
A: Die TC4-Pulverspezifikationen entsprechen den Normen wie ASTM B381 für Titankarbidpulver und ISO 18775 für Sinterkarbidpulver.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass TC4-Pulver eine optimale Kombination aus Härte, thermischer Stabilität und Verschleißfestigkeit bietet, wodurch es sich für anspruchsvolle industrielle Anwendungen eignet, auch wenn es teurer ist als Alternativen wie Wolframkarbid. Die richtige Verarbeitung und Konstruktion ist der Schlüssel zur Überwindung seiner Sprödigkeit. Führende globale Anbieter können TC4-Pulver anbieten, die auf spezifische Anforderungen zugeschnitten sind.
