究極の耐久性を世界的に追求
製造、鉱業、航空宇宙の世界では、これ以上に価値のあるものはありません。 耐久性 。ドリルビットが折れたり、タービンブレードが磨耗したり、ベアリングが磨耗したりするたびに、時間、費用、効率が犠牲になります。何十年もの間、エンジニアは金属の強度を持ちながらダイヤモンドの切断硬度を備えた材料の夢を追い求めてきました。
この追求が開発につながりました。 超硬合金 、現代のスーパーツールの中心を形成する革新的なクラスの複合材料です。これらのほぼすべての材料の出発点は、細かく調整された成分です。 超硬複合粉末 .
超硬複合粉末とは一体何ですか？
単純な金属や純粋なセラミック材料が、高応力用途に必要な特性を完璧に兼ね備えていることはほとんどありません。金属は丈夫で割れにくいですが、多くの場合柔らかく、すぐに摩耗します。セラミックは純粋な炭化物と同様、非常に硬いですが、通常は脆いものです。
超硬複合粉末 は、最終材料がその成分よりも優れているという「複合」原理に従って、両方の長所を組み合わせたエンジニアリングブレンドです。
2 つの重要なフェーズ
この粉末は 2 つの異なる成分の微細な混合物であり、それぞれが重要な役割を果たしています。
1. 硬質相：超硬粒子
このフェーズでは、素材の伝説的な要素が提供されます。 硬さ そして耐摩耗性。金属炭化物の微細な粒子で構成されており、最も一般的には 炭化タングステン (WC) 。炭化タングステンは、硬度のスケールでダイヤモンドのすぐ下にランクされるセラミック化合物です。これらの硬くて角張った粒子は、切断、穴あけ、研削を行う主力製品です。炭化チタン (TiC) や炭化クロム (CrC) などの他の炭化物は、耐食性などの特定の特性を強化するために使用されることがあります。
2. バインダー段階: 金属接着剤
硬質炭化物粒子は、通常、金属粉末と混合されます。 コバルト(Co) 、ただし、場合によってはニッケル（Ni）または鉄（Fe）。これは、 バインダー - セラミック粒子を結合する「接着剤」。これがないと、カーバイドは脆くなりすぎて、衝撃を受けると粉々になってしまいます。バインダーは重要な機能を提供します。 靭性 そして耐破壊性。
硬い炭化物と柔らかい金属結合剤の比率を正確に制御して、さまざまなグレードの材料を作成します。結合剤が多ければ多いほど、衝撃に強く耐える材料がより丈夫になることを意味しますが、結合剤が少なくなり、炭化物粒子が小さくなると、より硬く、より耐摩耗性の高い材料が得られます。
粉末からツールへ: 焼結プロセス
このルースパウダーはどのようにして鋼鉄を切り裂くことができる固体物体に変化するのでしょうか?プロセスは次のように呼ばれます 焼結 、粉末冶金の一形態。
1. 混合およびプレス (「緑色」の状態)
まず、 超硬複合粉末 多くの場合有機圧縮助剤を使用して完全に混合し、高圧下で目的の形状に圧縮します。 「グリーンコンパクト」と呼ばれるこの予備焼結物体は、もろくてチョークのようなものです。
2. 焼結とセメンティング
次に、圧粉体を雰囲気制御された高温の炉に入れます。結合剤 (コバルト) の融点より高く、炭化物 (タングステンカーバイド) の融点より低い温度まで加熱されます。結合剤は溶けて構造内を流れ、炭化物粒子を溶解して再沈殿させ、冷却すると炭化物粒子を結合させます。これにより、硬質炭化物粒子が金属結合剤によって取り囲まれ、支持される高密度の固体材料が形成され、最終的には信じられないほど強力になります。 超硬合金 または 硬質金属 .
超硬複合材料の不可欠な用途
得られた材料は、高硬度、高圧縮強度、良好な靭性の優れた組み合わせを特徴としており、以下のような無数の産業用途に不可欠なものとなっています。
- 切削工具: 高速機械加工 (旋盤、フライス盤) で使用される切削インサートとチップは、ほぼすべて超硬合金で作られています。これらを使用すると、メーカーは従来の鋼製工具よりもはるかに速く超硬金属を切断、成形、仕上げることができます。
- 採掘と掘削: 削岩機、トンネルボーリングマシンのインサート、石油およびガスの掘削ビットは、岩石や土を切断する際の極度の摩耗や衝撃に耐えるために超硬チップを使用しています。
- 摩耗部品: ベアリング、シール、ポンプ部品、ノズルなど、高負荷がかかる部品同士が擦れ合う箇所はすべて超硬合金で保護されています。
- 表面コーティング: 超硬複合粉末は、高速酸素燃料 (HVOF) スプレーなどの技術を使用して金属部品 (例: 航空機の着陸装置、タービンブレード) にスプレーされ、浸食や腐食に耐える非常に硬い保護コーティングを作成します。
セラミックの切れ味と金属の弾力性をバランスよく備えた素材により、 超硬複合粉末 まさに、現代世界を構築するために必要な、打ち破ることのできない優位性を業界にもたらします。
