概要
ニオブ粉 は、物理的、化学的、電気的特性のユニークな組み合わせで評価されている耐火性金属材料です。コロンビウムとしても知られるニオブは、耐熱性、耐食性、低温での超伝導性、過酷な環境下での安定性に優れています。
粉末としてのニオブは、金属射出成形、熱間静水圧プレス、積層造形、溶射、粉末冶金プレス・焼結などの工程を経て、部品の製造を容易にする。主な用途には、超伝導磁石、高性能合金、電子機器、航空宇宙・防衛部品、化学処理装置、医療用インプラントなどがある。
本書は、ニオブ粉末の製造方法、組成、特徴、特性、仕様、用途、価格、主な世界的サプライヤーなど、ニオブ粉末の詳細な概要を説明しています。また、エンジニア、製品設計者、研究者がニオブ粉末材料を理解し、適切なグレードを選択するのに役立つ、主要パラメータをまとめた複数の表も掲載しています。
ニオブ粉末の製造
ニオブ粉末の商業的生産は、ニオブ鉱石鉱物を抽出し、化学変換プロセスを経て粉末状のニオブを得ることに依存している。
ニオブ粉末の製造方法
- 抽出 - ニオブ鉱石は採掘され、浮選によって濃縮され、パイロクロアまたはコロンバイト鉱物精鉱を生産する。
- コンバージョン - 精鉱は化学的に粗酸化ニオブや他のニオブ中間体に変換される。
- 浄化 - ニオブの化学中間体から不純物を除去するための複数のプロセス。
- 削減 - ニオブの酸化物／塩を水素、炭素、金属で還元してニオブ金属粉末を製造。
- 結露 - 気化したニオブ金属が凝縮して微細な球状粉末になった。
- ミーリング - 粗いニオブは細かく粉砕され、不規則な粉末粒子になる。
主要な生産段階は、天然鉱石に含まれるタンタル、タングステン、鉄などの不純物を取り除くことに重点を置いている。これにより、高度な用途に適した純粋なニオブ粉が得られる。
種類 ニオブ粉
ニオブ粉末は、さまざまな製造プロセスや最終用途の要件に適合するよう、さまざまな組成と形態で入手可能である。
ニオブ粉末の種類
| タイプ | 説明 | 粒子形状 | 一般的な用途 |
|---|---|---|---|
| 純ニオブ | 99.8～99.99%ニオブ含有量 | 球形、不規則 | 合金、超伝導体 |
| 水素化ニオブ | NbH2, 原子状水素を含むニオブ | 不規則、多孔質 | 高純度合金、積層造形 |
| ニオブ・チタン | 10-50% Tiを含むNb-Ti合金 | 不規則 | MRI磁石、超伝導体 |
| ニッケル・ニオブ | Nb-Ni合金、通常は60:40の比率 | 球形 | エレクトロニクス、耐食合金 |
| タンタル・ニオブ | 10-90% Taを含むNb-Ta合金 | アンギュラー | 高温合金、耐食性 |
| フェロニオブ | 60-70%のNbを含む鉄-ニオブマスター合金 | 不規則 | 合金鋼添加 |
純粋なニオブは最適な高温特性を提供する。チタンやニッケルなどの合金添加は機械的特性を向上させる。ハイドライドは粉末の流動性と焼結反応を改善します。
ニオブ粉末の特性
ニオブ粉末は、高性能用途に適した物理的、機械的、電気的、熱的、化学的特性をバランスよく備えている。
ニオブ粉末の特性
| プロパティ | 代表値 | 意義 |
|---|---|---|
| 粒子径 | 1～150ミクロン | 成形性、焼結挙動 |
| 見かけ密度 | 2.5 - 5.0 g/cc | プレスとハンドリング特性 |
| タップ密度 | 3.5 - 7.0 g/cc | 圧縮性の指標 |
| 流量 | 25～50秒/50g | 粉体の流動性、ダイフィルの容易さ |
| 酸素含有量 | 500 - 5000 ppm | 機械的特性への影響 |
| 熱伝導率 | 54 W/m-K | 除熱能力 |
| 融点 | 2469°C | 高温でも強度を維持 |
| 電気抵抗率 | 15～20μΩ・cm | 導電性 |
| 引張強さ | 250 - 650 MPa | 耐破壊性 |
| 硬度 | 80 - 200 HV | 耐摩耗性、耐変形性 |
非常に高い融点と安定した微細構造が優れた高温特性をもたらす。低い電気抵抗率により導電性を示す。
粒子径、形態、酸素含有量などの粉末特性は、加工中の挙動と最終的な材料性能を決定する。
ニオブ粉末の用途
ニオブのユニークな特性は、以下のような特殊な用途に適している：
ニオブ粉末の用途
| 産業 | 用途 | 希望プロパティ |
|---|---|---|
| 航空宇宙 | ジェットエンジン部品、ロケット | 高い強度対重量比、耐熱性 |
| メディカル | インプラント、放射線療法 | 生体適合性、耐食性 |
| エレクトロニクス | コンデンサ、導電性コーティング | 電気伝導性、超伝導性 |
| 自動車 | 排気システム、燃料電池触媒 | 耐食性、高温強度 |
| ケミカル | 熱交換器、反応容器 | 酸およびアルカリに対する耐食性 |
| ディフェンス | ミサイル部品、装甲 | 高強度、耐熱性 |
チタンやモリブデンを含むニオブ合金は、極端な温度で作動する航空宇宙用タービンやロケットノズルに高い強度レベルを提供する。
特殊なニオブ-スズ線は、MRI医用画像装置や物理学研究機器用の超伝導マグネットを可能にする。多孔質ニオブ構造体は、燃料電池電極の触媒担体となる。
ニオブの広い温度範囲にわたる安定性は、炉部品、航空宇宙システム、その他の厳しい高熱環境に適している。
ニオブ粉末の仕様
国際材料規格は、組成限界、許容不純物レベル、粒度範囲、およびさまざまな用途のニオブ粉末グレードに固有のその他の試験方法を定義するのに役立ちます。
ニオブ粉末の仕様
| スタンダード | 説明 | 粒子径 | 純度 | 酸素含有量 |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B393 | 純ニオブ粉 | -325メッシュ | 99.8%分 | 2000ppm以下 |
| ASTM B394 | ニオブ水素化物粉末 | 10～75ミクロン | 98%分 | 最大4500ppm |
| AWS A5.18 | 溶接用ニオブチタン粉 | -100メッシュ | 合金組成あたり | 最大3000ppm |
| ASTM B517 | フェロニオブ顆粒 | 3 - 25 mm | 60-70% Nb | 最大1.5% |
| ISO 9001 | Nb生産者の品質管理 | 顧客指定 | 99.9%分 | アプリケーション別 |
これらは、合金溶接、超伝導、製鉄、一般工業用途など、さまざまな分野でニオブ粉末を使用する際の品質基準を定めるのに役立つ。
ニオブ粉末 供給者
多くの企業が、ユーザーの要求に合うよう、様々な組成、サイズ、純度レベル、包装量のニオブ粉末を製造・販売している。
ニオブ粉末 供給者
| サプライヤー | 生産能力 | 製品紹介 | 価格 |
|---|---|---|---|
| CBMM | 63,000トン／年 | 純ニオブ、水素化ニオブ | $$/kg |
| ソリカムスク | 15,000トン／年 | フェロニオブ、ニオブ合金 | $$/kg |
| AMG超合金 | 10,000トン／年 | ニッケル・ニオブ、特殊合金 | $$$/kg |
| タイタネックス | 3,000トン／年 | 純ニオブ、ミル製品 | $$/kg |
| エッジテック工業 | 1,000トン／年 | 純ニオブ、酸化ニオブ | $$/kg |
価格は純度、粒度、合金組成、ロット量によって異なり、$50/kgから、高純度グレードでは$500/kg以上となる。
ニオブの大量生産者は、鉱石の供給地に近いブラジルとロシアにいる。地域市場向けの加工業者も世界中にある。
選択 ニオブ粉
最適なニオブ粉末を選ぶには、組成、特性、粒子特性を製造方法と要求性能に適合させる必要がある。
主な選考基準
- 純度レベル - 機械的特性と微細構造に影響
- 合金添加物 - 特性を向上させるチタン、ニッケル、タンタル
- 粒子径と形状 - プレスおよび焼結挙動に影響
- 見掛け密度とタップ密度 - 粉体の圧縮性を示す
- 酸素/窒素含有量 - 高温強度は低い方が良い
- 粉末製造法 - 粒子の特性と能力を決定する
- サプライヤー能力 - 品質システム、サンプリング、カスタマーサービス
ニオブ粉末サプライヤーと緊密に協力し、お客様のプロセスや部品に最適な材料を入手してください。粉末特性のわずかなばらつきが製造挙動に大きく影響することがあります。
よくあるご質問
水素化ニオブ粉末の利点は何ですか？
ニオブ水素化物粉末は、固溶体中に原子状水素を含んでいます。水素は純ニオブに比べて粉末の流動性と圧縮性を改善し、加工を容易にします。水素は加熱により離脱するため、焼結特性は純ニオブと同等です。
粒子形状はニオブ粉末の特性にどのような影響を与えるのか？
ガスアトマイズ法で製造された球状粉末は、より高く均一な圧縮・焼結密度を実現します。不規則な粉末形態は、プレス後のハンドリングにグリーン強度をもたらすが、収縮挙動が予測しにくくなる。
何がニオブ粉末の価格に影響を与えるのか？
価格設定の主な要因は純度である。ニオブの含有量を高めるためにより大がかりな精錬をすればするほど、コストは高くなる。また、ふるい分けが必要なため、粒径が小さいほど価格は高くなる。最小注文量はキログラムあたりの価格設定に大きな影響を与える。
超合金に含まれる一般的なニオブの含有量は？
超合金は、固溶体強化のために1-5%のニ オブを添加している。ニオブのレベルが高くなると、延性と 溶接性が損なわれる。一般的な例は、インコネル718、インコ ネル625、ワスパロイなどである。
なぜ流量は重要な粉体特性なのか？
流量は、標準化された条件下で、ニオブ粉がどの程度自由に流れるかを知ることができます。粉末の流れがスムーズであれば、金型のキャビティに正確に充填でき、ハンドリングが向上します。流量が低いほど、偏析やケーキングの潜在的な問題を示します。
ニオブをチタンと合金化する利点は何ですか？
10-50%チタンをニオブに添加することで、優れた導電性と超伝導特性を維持しながら強度を大幅に向上させる。ニオブ-チタン合金は高磁場MRI磁石や粒子加速器を可能にする。
フェロニオビウムは製鉄でどのように使われるのか？
60-70%のニオブを含むマスターアロイであるフェロニオビウムは、ステンレス鋼や高強度低合金鋼へのニオブの経済的な導入を可能にする。ニオブは鋼の強力な結晶粒微細化剤であり、炭化物形成剤でもある。
結論
比類のない熱安定性、耐食性、合金の可能性、超伝導性を持つニオブは、要求の厳しい用途において重要な役割を果たしています。ニオブ粉末は、高度な製造技術を採用し、合金元素を使用して特性を調整する柔軟性をエンジニアに提供します。ニオブの能力に新たな用途が出現するにつれ、サプライヤーは粉末の製造と特性評価を進歩させ続けています。
