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炭化タングステン焼結部品プロセス
3月 06, 2025
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I.炭化タングステン(WC)粉末とコバルト(Co)などの金属バインダーを、所望の硬度、靭性、用途に応じた要件に応じて混合する。コバルトの含有量 [...]...
I.原材料の準備
混合比
- 炭化タングステン(WC)粉末とコバルト(Co)などの金属バインダーを、所望の硬度、靭性、および用途固有の要件に応じて混合します。コバルト含有量は通常3%から25%の範囲です。
- 微量のタンタル（TaC）、チタン（TiC）、ニオブ（NbC）を加えて、さまざまな種類の合金金属を製造する。
ボールミル
- 湿式ボールミリング（アルコールまたはアセトンを媒体として使用）を24～48時間行い、粉末の粒子径を0.5～2.0μmに微細化し、均一な混合を確保する。
- ボールミル後、溶媒を除去するために遠心分離を使用して、よく流れる混合炭化タングステン粉末を得る。
乾燥と造粒
- 噴霧乾燥で残留溶媒を除去し、凝集粒子をふるい落とし、粒度分布が均一な炭化タングステン原料粉末を得る。
II.成形プロセス
プレス
- 粉末を200～400MPaの圧力で炭化タングステン成分の圧粉体にプレスし、理論密度の50%～60%の圧粉体密度を達成する。
- パラフィンやポリエチレングリコール（PEG）のような添加剤は、脱型性能を向上させるために成形時に加えることができる。
冷間静水圧プレス（CIP）
- 複雑な形状の超硬部品に冷間静水圧プレスを使用し、100～300MPaの圧力を加えることで、成形品の密度と均一性を向上させます。
III.焼結プロセス
タングステンカーバイド部品の焼結工程は4段階に分けられ、正確な温度と時間のコントロールが要求される：
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| ステージ | 温度範囲 | 主要機能 | 期間 |
|---|---|---|---|
| 脱バインダーとプリシンター | 400-800°C | 残留フォーミング剤の除去と表面酸化物の低減 | 1～2時間 |
| 固相焼結 | 800-1300°C | 粒子の拡散緻密化、初期骨格構造の形成 | 2～4時間 |
| 液相焼結 | 1400-1600°C | コバルトは溶融して液相を形成し、気孔を埋めて完全に緻密化する。 | 8～15時間 |
| 冷却 | 室温まで冷ます | 材料特性を最適化するための徐冷または真空焼入れ | プロセスによる |
IV.超硬部品の革新的焼結技術
スパークプラズマ焼結（SPS）
- 100～200℃/分の急速加熱により、焼結時間は10～30分に短縮され、粒径は1μm以下に制御される。
ナノコンポジット焼結
- 結合相として高エントロピー合金（Al₀.5 CoCrFeNiTi₀.5など）を使用すると、三角柱状のWC結晶粒が得られ、硬度は2500HVを超える。
V.主要パラメーターとパフォーマンスの相関
| パラメータ | 典型的な範囲 | パフォーマンスへの影響 |
|---|---|---|
| コバルト含有量 | 6%-15% | コバルト含有量の増加 → 靭性の向上、耐摩耗性の低下 |
| 焼結温度 | 1400-1550°C | 温度の上昇 → 密度が高まるが、粒が粗大化する危険性がある |
| 保持時間 | 1～3時間（液相ステージ） | 時間不足→孔が残る、時間超過→粒成長 |
注釈
- タングステンカーバイド部品の焼結プロセスでは、製品の種類（工具、金型、耐摩耗部品）に応じたパラメータ調整と、直交実験による最適化が必要です。
- コンタミネーションを避けるため、製造中の水素純度（≥99.995%）と真空レベル（≤10-²Pa）の厳密な管理が不可欠です。