L'usura è una minaccia persistente per il lavoro industriale, che aumenta i costi, prolunga i tempi e compromette l'efficacia complessiva delle operazioni. I materiali ceramici rappresentano una soluzione, riducendo questi problemi. Il carburo di silicio (SiC) e il carburo di tungsteno (WC) sono due opzioni comunemente disponibili. Noi di Ceramiche meravigliose, in questo articolo confronteremo sia i materiali sia la loro efficacia nelle applicazioni antiusura.
Carburo di silicio
Carburo di tungsteno
Cos'è il carburo di silicio
Il carburo di silicio è noto per la sua idoneità in applicazioni chimiche e termosensibili. Questo materiale è un amalgama di elementi di carbonio e silicio, i cui atomi formano legami covalenti e conferiscono al materiale una struttura cristallina.
Dopo il diamante, questo è l'elemento più duro. Questo lo rende adatto a una lunga serie di applicazioni che comportano usura. Grazie alle sue proprietà non ossidanti, il carburo di silicio è esente da corrosione, il che ne aumenta ulteriormente l'affidabilità.
Cos'è il carburo di tungsteno
Il carburo di tungsteno WC, come indica il nome, è il prodotto di tungsteno e carbonio fabbricato attraverso un processo chiamato SinterizzazioneIl WC vanta una lunga tradizione di utilizzo nelle applicazioni industriali. Questi materiali sono ideali per qualsiasi esigenza, che si tratti di resistenza all'usura, all'abrasione, al calore o agli agenti chimici.
Carburo di silicio contro carburo di tungsteno nelle applicazioni antiusura
Il costo è un fattore fondamentale, ma non l'unico, che influenza la scelta del materiale antiusura. A lungo termine, comprendere l'affidabilità di un materiale in diverse situazioni di lavoro, come pressioni estreme, temperature elevate, abrasione ed esposizione a sostanze chimiche, è fondamentale per comprenderne l'efficienza complessiva.
I carburi di tungsteno, ad esempio, hanno prezzi elevati, giustificati dalla loro elevata resistenza alla compressione, fino a 6833 MPa. Tuttavia, nelle operazioni che comportano temperature estreme, la deformazione plastica rende inutile gran parte di questa resistenza. Questo li rende, in ultima analisi, poco adatti per applicazioni ad alto stress. D'altro canto, un materiale con resistenza alle alte temperature può rivelarsi un'alternativa migliore.
In questo contesto, il carburo di silicio (SiC) rappresenta una scelta obbligata. Viene spesso utilizzato in operazioni che richiedono resistenza alle alte temperature e agli agenti chimici. Tuttavia, entrambe le ceramiche richiedono un'attenta valutazione di una moltitudine di fattori nella scelta. Questi fattori sono discussi di seguito.
Condizioni abrasive
La durezza della ceramica è un aspetto fondamentale nelle applicazioni soggette ad usura. Più dura è la ceramica, meno soggetta a danneggiamenti. Sulla scala di Mohs, il carburo di silicio ha un livello di durezza pari a 9,5, superiore a quello del tungsteno, che si attesta tra 8,5 e 9. Pertanto, il carburo di silicio è più indicato per applicazioni sensibili agli abrasivi.
In termini di densità, il SiC si colloca al limite inferiore, con 3,21 g/cm³, molto inferiore ai 15,6 g/cm³ del tungesten. Questa bassa densità rende il carburo di silicio facile da maneggiare. Inoltre, la sua elevata resistenza ai graffi lo rende un materiale ancora più vantaggioso.
Fanghi pesanti e condizioni di pompaggio estreme
Le macchine per fanghi e pompaggio devono essere compatibili per funzionare efficacemente in ambienti abrasivi e corrosivi. Il carburo di silicio è considerato il migliore per operare in queste condizioni. Il suo basso coefficiente di attrito garantisce usura e perdite di energia minime.
Al contrario, il carburo di tungsteno, a causa del suo legame con il cobalto, è altamente vulnerabile agli acidi forti. Tuttavia, questo può essere gestito mediante rivestimenti aggiuntivi di cromo e molibdeno, ma ciò comporterà costi finali elevati. Pertanto, il carburo di silicio è la scelta migliore per tali applicazioni.
Ambienti ad alta pressione
Le applicazioni di perforazione come quella petrolifera e del gas comportano pressioni elevate e le relative guarnizioni devono essere sufficientemente resistenti per resistere a tali pressioni. I carburi di tungsteno offrono una buona combinazione di elevata densità e resistenza, quindi sono perfetti in questi casi. Tuttavia, considerando solo la resistenza, anche i carburi di silicio sono utili, ma sono superati dal tungsteno per via della loro elevata densità.
Rapidi cambiamenti di temperatura
Le macchine utilizzate in applicazioni ad alta temperatura, come i forni, devono essere realizzate con materiali resistenti alla temperatura. Pertanto, la resistenza alla temperatura deve essere considerata nella scelta tra carburo di silicio e carburo di tungsteno.
Il coefficiente di dilatazione termica del carburo di silicio è compreso tra 4 e 4,5×10⁻⁶/°C, rispetto ai 5,00-6,00×10⁻⁶/°C del tungsteno, un valore basso e considerato il più adatto. Ma non è tutto. Anche per quanto riguarda la conduttività termica, il silicio eccelle in questo parametro, con una conduttività compresa tra 120 e 170 W/mK rispetto agli 84-100 W/mK del tungsteno.
Differenze di durata e resistenza all'usura
Il carburo di silicio eccelle in robustezza e resistenza alla temperatura. Nelle applicazioni in cui la probabilità di usura e attrito è elevata, il SiC può essere una scelta affidabile. La sua natura non ossidante, unita al suo basso coefficiente di temperatura, previene la deformazione e ne garantisce la durata in una vasta gamma di applicazioni.
D'altro canto, la rigidità e la resistenza del tungsteno sono ineguagliabili. Questo rende la ceramica resistente alle applicazioni ad alta pressione per lunghi periodi di tempo. Pertanto, per applicazioni non soggette a temperature e agenti chimici, il carburo di tungsteno può essere la soluzione ideale.
Come scegliere tra tenute meccaniche in carburo di silicio e carburo di tungsteno
Nella scelta tra silicio e carburo di tungsteno, è importante comprenderne innanzitutto il caso d'uso. Questo include un'attenta valutazione di diversi aspetti, come la presenza di fluidi, gli intervalli di temperatura, le variazioni di pressione, l'abrasione e il rischio di corrosione.
L'elevata densità del tungsteno, unita alla sua resistenza allo strappo, lo rende ampiamente compatibile con applicazioni ad alta pressione. Al contrario, il carburo di silicio presenta una densità inferiore e offre maggiore resistenza, resistenza alla temperatura, alla corrosione e all'abrasione. I carburi di silicio rimangono inoltre molto stabili se esposti ad altre sostanze chimiche.
Sulla base dell'analisi di cui sopra, si può affermare con certezza che il carburo di silicio è adatto a tutti i tipi di applicazioni soggette a usura, ad eccezione di quelle che comportano pressioni estreme. Inoltre, il suo prezzo, inferiore rispetto al tungsteno, lo rende più conveniente, ma la scelta finale dipende dalle preferenze di ciascun processo.
La conclusione
Sia il carburo di silicio che il carburo di tungsteno offrono vantaggi e limiti unici. Mentre il carburo di tungsteno rimane una scelta popolare per le applicazioni industriali, il carburo di silicio emerge come un'alternativa economica e versatile. Ceramiche meravigliose si impegna a fornire soluzioni innovative su misura per le vostre esigenze. Contattateci oggi stesso per discutere del vostro progetto e scoprire come la nostra competenza può migliorare i vostri processi.