WC88%-12%Co粉末の製造方法

タングステンカーバイド系溶射粉末であるWC88%-12%Co粉末の製造には、所望の特性と粒度分布を確保するためのいくつかの重要な工程が含まれます。この粉末は、優れた硬度、耐摩耗性、および熱安定性により、様々な用途で広く使用されています。以下に、製造工程の詳細を説明します。

1. 材料の選定と初期混合

製造工程は原材料の選定から始まります。WC88%-12%Co粉末の製造には、主成分として88重量%の炭化タングステン（WC）粉末と12重量%のコバルト（Co）粉末が選ばれます。これらの材料は優れた機械的特性を持つことで知られており、高性能用途に適しています。

炭化タングステン粉末とコバルト粉末をボールミルに投入する。粉砕工程を円滑に進めるため、脱イオン水を添加して固形分濃度を75%に調整する。脱イオン水を使用することで、汚染を防ぎ、均一な混合を実現する。湿式粉砕工程を12時間行うことで、粉末は微細で均質な混合物となる。

2. 粒子径の縮小

湿式粉砕工程後、混合粉末の平均粒径は約0.1～10マイクロメートルにまで縮小されます。この微細な粒径は、均一で密度の高い最終製品を得るために不可欠です。粉末の特性をさらに向上させるため、混合粉末に2重量％のポリエチレングリコール（PEG）を添加します。PEGは結合剤として働き、その後の加工工程における粉末の流動性を向上させます。

混合物を2時間攪拌し、PEGが粉末全体に均一に分散するようにする。この工程は、最終製品の特性を均一にするために不可欠である。

3. 造粒

次の工程では、混合粉末を噴霧乾燥塔を用いて造粒します。噴霧乾燥機の入口温度は260℃に、出口温度は110℃に制御されます。この温度制御は、材料の劣化を招くことなく粉末を効果的に乾燥させるために非常に重要です。

噴霧乾燥工程では、液体混合物が微細な液滴に霧化され、乾燥室内の熱風を通過する際に急速に乾燥されます。これにより、後続工程での取り扱いや加工が容易な顆粒状の粉末が生成されます。

4. スクリーニングとサイズ分類

得られた顆粒状粉末は、200メッシュと900メッシュの2層振動スクリーンに通されます。このふるい分け工程により、粉末は粒径に基づいて分離され、15～75マイクロメートルの粒径分布を持つ画分が得られます。

200メッシュのふるいに残った粉末と900メッシュのふるいを通過した粉末は、いずれも湿式粉砕工程に戻されます。このリサイクルにより、すべての粒子が所望の粒径範囲内に収まり、最終製品の均一性が向上します。

5. 脱脂工程

次の工程は脱脂工程で、顆粒状の粉末を管状炉で熱処理します。温度は800℃に設定し、4時間保持します。この工程は、顆粒状の粉末からポリエチレングリコール結合剤を除去するために非常に重要です。

脱脂工程において、PEGは分解・蒸発し、焼結に適した清浄な粉末が残ります。この工程は、最終製品が所望の密度と機械的特性を備えるために不可欠です。

6. 焼結

脱脂後、粉末は垂直型高温焼結炉で急速焼結される。粉末は加熱ゾーンと冷却ゾーンを自由に落下することで、均一な加熱と冷却が確保される。粉末の供給方法は振動スクリーンによるもので、焼結工程中は窒素ガスが保護雰囲気として用いられる。

焼結温度は1250℃に設定され、焼結時間は0.4秒に制御される。この高速焼結プロセスにより、酸化や汚染のリスクを最小限に抑えながら、緻密で強固な焼結体を形成することが可能となる。

7. 粒子径分類

焼結工程が完了すると、焼結粉末は空気流分級処理を受け、15～45マイクロメートルの所望の粒径範囲内の粒子に分離されます。この分級工程により、最終製品が溶射用途に必要な仕様を満たすことが保証されます。

得られたWC88%-12%Co粉末は優れた特性を示し、様々な溶射プロセスに適しています。一般的な粒径は5～30マイクロメートル、10～38マイクロメートル、15～45マイクロメートル、45～75マイクロメートルです。お客様のご要望に応じて、特注の粒径分布もご提供可能です。

8. 溶射の応用

WC88%-12%Co粉末は主に溶射用途に使用され、一般的な処理方法としては高速酸素燃料溶射（HVOF）、高速空気燃料溶射（HVAF）、プラズマ溶射などが挙げられる。この粉末から得られるコーティングは、通常1000～1400HVという優れた硬度を示す。

WC88%-12%Co粉末から作られたコーティングは、最高500℃の動作環境温度に耐えることができ、高温用途に適しています。また、このコーティングには以下のような重要な利点がいくつかあります。

1. 優れた耐摩耗性：炭化タングステンの高い硬度により、優れた耐摩耗性を発揮し、研磨摩耗を伴う用途に最適なコーティングとなります。

2. 高い接着強度：コーティングと基材間の冶金的な結合により高い接着強度が確保され、これはコーティングの寿命にとって非常に重要です。

3. 優れた滑り摩耗耐性：このコーティングは滑り摩耗に対して優れた性能を発揮するため、摩擦を受ける部品に適しています。

4. 幅広い用途: WC88%-12%Coコーティングは、耐摩耗部品、バルブシート、ローラー、コンプレッサーブレード、その他耐久性の向上を必要とする部品の製造など、さまざまな産業で広く使用されています。

結論

WC88%-12%Co粉末の製造には、混合、粉砕、造粒、脱脂、焼結、分級といった一連の厳密に管理された工程が含まれます。得られた粉末は優れた特性を示し、溶射用途に適しており、優れた耐摩耗性と熱安定性を備えた高性能コーティングを実現します。産業界が過酷な運転条件に耐えうる材料を求めるようになるにつれ、WC88%-12%Coのような高品質の炭化タングステン系粉末の重要性はますます高まるでしょう。