アルミナ酸化チタン粉末: 主な特性、用途、および選択ガイド

ポンプ プランジャーが数週間以内に表面仕上げを失ったり、ガイド ローラーが搬送するシートに傷を付け始めた場合は、通常、表面素材が動作条件に耐えられないことが故障の原因であることを示しています。多くの場合、セラミック コーティングでこの問題を解決できますが、すべてのセラミックが同じように動作するわけではありません。アルミナ酸化チタン粉末は、酸化物の硬度と、熱サイクル、機械的衝撃、化学的攻撃に亀裂を生じることなく耐える十分な靭性を兼ね備えた数少ないセラミック原料材料の 1 つです。純粋なアルミナは脆すぎる、酸化クロムは危険すぎる、金属合金では耐えられなくなったときに、この材料が選ばれます。

詳細に入る前に実際的なポイントを説明します。アルミナ酸化チタンコーティングの性能は、TiO2 含有量、粒度分布、および粉末製造業者の評判によって決まります。これら 3 つのことを正しく行うと、摩耗に耐え、準備された金属表面に付着し、ほとんどの合金が軟化する温度に耐えるコーティングが得られます。

アルミナ酸化チタン粉末とは何か、どのように作られるのか

アルミナ酸化チタン粉末 は、アルファ アルミナ (Al2O3) が主相を形成し、二酸化チタン (TiO2) が強化剤として機能する複合セラミック粉末です。 2 つの酸化物は、高温で溶融、凝集、または混合されて原料を形成し、溶射プロセスを通じて基材上に噴霧されます。一般的に製造されるグレードは、13 wt.% の Al2O3 です。パーセントの TiO2 を使用していますが、特定のニーズに合わせて 3、20、および 40 パーセントの TiO2 を含む配合物も製造されています。

製造ルートによって、スプレー中の粉末の挙動が決まります。溶融および粉砕された粉末は角張った粒子を生成し、より高密度に堆積しますが、凝集および焼結された粉末はより優れた流動性を提供します。スプレー乾燥された顆粒は球形になり、粉末フィーダーを介して安定して供給されます。これは、プラズマまたは HVOF トーチを使用する場合に重要です。粒度分布はレーザー回折によって監視され、多くの場合 D10、D50、および D90 値として表されます。典型的な血漿グレードの画分は 15 ～ 45 マイクロメートルの範囲にあり、D50 は 25 マイクロメートル近くになります。

TiO2 とコーティング性能の関係については、明確に説明する価値があります。二酸化チタンはアルミナの融点を下げ、粒子がプラズマジェット内でより完全に溶けて基板に結合するのを助けます。また、微細構造を促進し、亀裂の伝播を低減することにより、靭性も向上します。このため、ウェアリング、製紙ロール、テクスチャリングロール、油圧シリンダーロッドにセラミックグレードが指定されることが多いのです。

カスタマイズ可能な粒子サイズのアルミナ酸化チタン粉末 アルミナ酸化チタン粉末 lowers the melting point and improves toughness of coatings, making it suitable for wear rings and rollers. Customizable phase composition and particle size are available. 製品を見る→

独自の粉末ストックを製造する会社と協力する場合、化学式を変更せずに、特定の相組成の粉末やより狭い粒子ウィンドウをリクエストすることもできます。これは、コーティングが顧客仕様の硬度バンド、気孔率制限、または接着強度要件を満たす必要がある場合に特に役立ちます。

多くのコーティングにおいて純アルミナよりも優れた性能を発揮する理由

純粋なアルミナは非常に硬いですが、その剛性により、コーティングが歪みに対応できないため、負荷がかかると微小亀裂が発生しやすくなります。 TiO2 を少量添加すると、その挙動が変わります。硬度と靱性のトレードオフは、セラミック酸化物粉末を選択する際の中心的な決定事項であり、以下の表は一般的な配合の実際的な概要を示しています。

表が示すように、13 パーセントの TiO2 を追加するとバランスが取れ、多くの業界でデフォルトの選択となっています。適切に粗面化された基材との接着強度が 50 MPa を超える可能性があると同時に、摩耗に耐えるのに十分な硬度を維持します。コーティングは高速でも失敗することなく実行できます。これが、非常に低い粗さに仕上げる必要がある印刷ロールの表面にコーティングが使用される理由の 1 つです。

コストイメージもこのグレードを裏付けています。アルミナ酸化チタン粉末は、ほとんどの量で炭化タングステン原料よりも安価であり、純粋な酸化クロムと同じ不活性ガスの取り扱いを必要とせず、同時にダイヤモンドの研削および研磨後に優れた仕上げを与えます。

アルミナ酸化チタンコーティングが実際に使用されている場所

アルミナ酸化チタン粉末は、新しい部品の製造と、摩耗した部品の再製造または修理という 2 つの広範な作業カテゴリにわたって指定されています。どちらも本質的に同じコーティングプロセスに依存しますが、部品の形状、表面速度、および環境によって、どのグレードが選択されるかが決まります。

摩耗しやすい部品の表面工学

油圧シリンダー、ポンプ プランジャー、シャフト、スリーブは、寸法を復元し、硬くて低摩擦の表面を追加するために、アルミナ TiO2 パウダーで定期的にコーティングされています。繊維工場では、高いライン速度で稼働するガイド ローラーが素材に跡を転写してはなりません。プラズマ セラミック コーティングによって適用される 13 パーセントの TiO2 コーティングは、高コストの超硬コーティングを使用せずに耐傷性と剥離面を実現する効果的な方法です。

耐久性のある耐摩耗性表面のためのプラズマセラミックコーティング プラズマ セラミック コーティングでは、高温トーチを使用してセラミック パウダーを溶かして堆積させ、寸法を復元し、硬い層を追加します。油圧シリンダー、プランジャー、繊維ガイドローラーなどに有効です。 製品を見る→

プラズマ スプレーは、このパウダーと最もよく組み合わせられるプロセスです。プラズマ トーチは摂氏 10,000 度をはるかに超える温度を生成するため、セラミック原料は数ミリ秒以内に溶解し、準備された部品上で加速されます。コーティングは薄いパスで蓄積され、部品が仕上げ研削に送られる前に各パスの厚さと硬度が監視されます。

セラミック表面を中心に構築されたカスタムコンポーネント

摩耗と腐食の両方が発生する部品の場合、セラミックでコーティングされた部品は、コーティングされていない合金部品よりもはるかに長持ちします。たとえば、酸化アルミニウム表面システムで作られたカスタマイズされたセラミック シャフトは、ソリッド セラミック シャフトに代わるコスト効率の高い代替品となります。そのコアは金属ですが、作業面には交換サイクルを促進する摩耗メカニズムに抵抗するセラミック層が付いています。

酸化アルミニウムコーティングを施したカスタマイズされたセラミックシャフト このシャフトは金属コアと摩耗や腐食に強いセラミック作業面を備えており、固体セラミックに代わるコスト効率の高い代替品となります。高温用途や固着防止用途にも適しています。 製品を見る→

高温でもきれいに剥離できる表面

アルミナ酸化チタン粉末の熱安定性は、使用温度が上昇する表面や固着を避けなければならない表面にも役立ちます。ゴム加工では、金型や押出機のコンポーネントは、TiO2 を豊富に含む表面の剥離挙動から恩恵を受けます。高温の腐食環境で動作するガス タービン部品では、粉末が最上部の遮熱層の下のベース コートとして使用されることがあります。部品購入者にとって重要な点は、TiO2 含有量によって膨張係数と最大連続温度がわずかに変化するため、コーティングを正確な使用温度に適合させる必要があるということです。

アルミナ酸化チタン粉末を購入している場合は、この記事と当社のガイドを組み合わせると役立ちます。 工業プロセスにおける主な用途 作業条件に合わせてコーティングを選択できるようにします。

適切なグレードの選択方法: 実践的なアプローチ

粉末を選択するのにセラミック科学者であることは期待されていません。以下の実践的なプロセスは重要な手順をカバーしており、既存のコーティングのアップグレードと新しい部品のエンジニアリングの両方に適しています。

1. 主な摩耗メカニズムを定義します。 摩耗はより硬いコーティングを好み、激しい衝撃や熱衝撃はより丈夫なコーティングを好みます。よくわからない場合は、13 パーセントの TiO2 から始めて、制御された比較を実行してください。
2. 使用温度と化学的環境を確認してください。 表面にアルカリ性または酸が見られるかどうか、および最高温度が推奨される連続使用範囲を下回っているかどうかを確認します。
3. 準備方法を決めます。 溶射にはグリット ブラストが標準的ですが、寸法精度が重要な場合は、機械加工された溝やアンダーカットの表面にセラミック コーティングを施すこともできます。
4. 粒度分布と形態を指定します。 高圧供給システムを使用している場合は、サプライヤーに D10、D50、および D90 の値を問い合わせ、流量測定を依頼してください。
5. 受け入れテストに同意します。 接着強度、微小硬度、気孔率、および厚さの許容差は、生産を開始する前に書面で定義する必要があります。これは、コーティングされたローラーまたはプランジャーを大量に購入する場合に特に重要です。

購入前に確認すべきこと

同じ名前のパウダーでも、コーティング結果が大きく異なる場合があります。まず、Al2O3 と TiO2 の純度および比率を確認します。次に、細かい粒子と粗い粒子は飛行中の挙動が異なるため、粉末が一貫した範囲でスクリーニングされているかどうかを確認します。第三に、プルーフピースのコーティングサンプルをリクエストします。有能なサプライヤーは通常、お客様の部品に提案されているのと同じコーティング厚さのテスト クーポンを提供します。 ４番目に、生産に使用される検査・測定機器について伺います。企業が測定可能な品質プロセスを示せない場合、報告された硬度や接着強度の値を信頼することはできません。

材料の挙動について詳しくは、に関する記事をご覧ください。 アルミナ酸化チタン粉末の特性と利点 .

コーティングも施工する粉体供給業者と協力する

独自のコーティングプロセスを実行する会社にアルミナ酸化チタン粉末を注文することには明らかな利点があります。粉末の製造とコーティングの結果の間のフィードバック ループははるかに短く、組成や粒子サイズの調整を迅速にテストできます。社内にプラズマ セラミック コーティング機能を持つサプライヤーは、パウダー バッグと一般的な技術データを引き渡すだけでなく、実際のコンポーネントの開発作業を実行できます。

Jiangsu Crystal Additive Manufacturing Co., Ltd. は、社内でセラミック粉末を製造し、プラズマ セラミック コーティング、プラズマ クラッディング、超音波溶射、レーザー クラッディング、およびその他の溶射プロセスを通じてそれらを適用します。このワンストップ構造は、寸法と表面特性の両方を満たさなければならない特定のローラー、シャフト、またはスリーブを扱う作業に重要です。同社は、耐摩耗性のセラミックまたは合金層を中心に構築されたカスタマイズされたローラーおよびネジコンポーネントも製造しています。これはまさに、マシンに既製の標準が存在しない場合に役立つサプライヤーです。

材料の選択は方程式の一部にすぎません。粉末の品質とコーティングプロセスの規律によって、密閉型ポンププランジャーの寿命が 6 か月か 3 年になるかが決まります。だからこそ、購入者​​への推奨事項はシンプルです。生産を拡大する前に、粉末グレードとコーティング サービスについて一緒に話し、プルーフ部分から測定可能な証拠を主張することです。

アルミナ酸化チタン粉末は複雑な選択をする必要はありません。動作条件から始めて、証明された TiO2 含有量を選択し、サプライヤーに独自のコンポーネントのコーティングを証明してもらいます。その結果、最初に故障を引き起こした条件に耐える耐久性のある表面が得られます。