TC4パウダー炭化チタン粉末としても知られるチタンは、チタンと炭素から作られる非常に硬いセラミック材料である。炭化物の中で最も硬いものの一つであり、優れた耐摩耗性、高温での高強度、優れた熱伝導性と電気伝導性を持っています。TC4パウダーは、高い硬度、耐摩耗性、熱安定性、強度を必要とする用途に広く使用されています。
TC4パウダーの主な特性と用途には以下のようなものがある：
TC4パウダーの特性と用途
| プロパティ | 説明 |
|---|---|
| 硬度 | ビッカース硬度3000HV以上の極めて高い硬度。最も硬い超硬材料のひとつ。 |
| 耐摩耗性 | 硬度による優れた耐摩耗性。摩擦係数が低い。 |
| 高温強度 | 1000℃まで高い強度と硬度を維持。融点は3160℃前後。 |
| 熱伝導率 | 良好な熱伝導性により、高温用途での放熱が可能。 |
| 電気伝導度 | セラミック材料としては中程度の導電性。 |
| 化学的不活性 | ケミカル・アタックや高温での腐食に強い。 |
| アプリケーション | 切削工具、金型、ベアリング、バルブ、耐摩耗コーティング、溶接電極、装甲メッキ、航空宇宙部品。 |
TC4パウダーの種類
TC4パウダーにはいくつかの種類とグレードがあり、組成、粒度、製造工程によって特性が異なる：
| タイプ | 説明 |
|---|---|
| マイクログレイン | 0.5～3ミクロンの非常に微細な粒子径により、完全密度での焼結が可能。連結部品やコーティング用。 |
| マクロ粒 | 粒子径が3～45ミクロンと大きいと、焼結性は劣るが耐摩耗性は向上する。溶射コーティング用 |
| 合金粉末 | ニッケル、モリブデン、クロムなどの合金元素を含み、靭性、強度、耐食性などの特性を改良する。 |
| 血漿の高密度化 | プラズマ合成時の緻密化により焼結性が向上。 |
TC4パウダーの特徴
TC4パウダーは、硬度、強度、耐摩耗性を必要とする高性能用途に適したユニークな特性を持っています：
| 特徴 | 説明 |
|---|---|
| 極度の硬度 | ビッカース硬度3000HV以上で耐摩耗性に優れる。 |
| 高い弾性率 | 約500GPaの弾性率が変形に対する抵抗力を与える。 |
| 低密度 | 炭化タングステンの密度7.9g/cm3に対し、約4.9g/cm3。 |
| 高融点 | 融点は3160℃で、高温環境での使用が可能。 |
| 良好な耐酸化性 | 800℃までの酸化条件下で保護酸化膜を形成する。 |
| 耐熱衝撃性 | 急速な加熱・冷却サイクルにもひび割れすることなく耐える。 |
| 化学的安定性 | ほとんどの酸、アルカリ、溶融金属に不活性。熱いHCl/H2SO4にゆっくり溶ける。 |
TC4パウダーの仕様
TC4パウダーは標準的な仕様のほか、特定の要件に合わせたカスタム配合も可能である：
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| 構成 | チタン含有量88～92wt%、カーボンバランス |
| 粒子径 | 0.5～45ミクロン（代表値 |
| 見かけ密度 | 最大1.5 g/cm3 |
| タップ密度 | 最大2.5 g/cm3 |
| 純度 | >99.51T3T炭化チタン含有量 |
| 酸素含有量 | <1% |
| テクスチャー | 角度形態 |
| カラー | グレーがかった黒 |
粒度分布、純度レベル、酸素含有量およびその他のパラメータは、用途のニーズに応じてカスタマイズできる。粒子が細かいほど圧密性が向上し、粒子が粗いほど耐摩耗性が向上する。
TC4パウダーの用途と使用例
TC4粉末の主な用途と使用例としては、その優れた硬度、耐摩耗性、高温強度が挙げられる：
| 申し込み | 用途 |
|---|---|
| 切削工具 | 刃先交換チップ、エンドミル、ドリル、リーマ、バリ |
| 金属成形 | 打ち抜き、押し出しダイ、ローラー |
| 摩耗部品 | シール面、ノズル、ブッシング、ボールバルブ |
| サーフェスエンジニアリング | 溶射、レーザークラッディング |
| 溶接 | フラックス入りワイヤ、サブマージアーク電極 |
| アーマー | 車両装甲板、防弾チョッキ |
| 航空宇宙 | タービンブレードの遮熱コーティング |
| エレクトロニクス | 抵抗膜、真空遮断器 |
TC4パウダーのユニークな特性は、自動車、石油・ガス、鉱業、建設、防衛、その他の分野での要求の厳しい用途に適している。
TC4パウダーのサプライヤー
TC4パウダーを製造している主なグローバルサプライヤーには以下のようなものがある：
| サプライヤー | 所在地 |
|---|---|
| H.C.スタルク | ドイツ、アメリカ |
| 日本 ニューメタルズ | 日本 |
| 北京ユーシンリャン非鉄金属 | 中国 |
| ミクロン金属 | アメリカ |
| ナノケマゾン | インド |
価格は、粒度、純度、製造工程、購入量により、粗いマクロ粒子粉末で$50/kgから、超微細なマイクロ粒子粉末で$200/kg以上まで様々である。
TC4パウダーの取り付け
TC4粉末は、様々な技術を使って固形部品に固める必要がある：
- プレスと焼結のために、TC4粉末は適切な金型に装填され、300MPaまでの高圧で圧縮される。この成形体は、真空または不活性雰囲気中、1400～1700℃で焼結される。
- 溶射では、プラズマまたは燃焼炎を使用して粉末原料を基材に吹き付ける。溶射された粒子は固化して硬い皮膜となる。
- レーザークラッディングは、高出力レーザーを基板に照射して粉末を溶融させ、ハードフェーシング層として表面に融着させる。
- サーメットを作るには、TC4粉末をニッケル、コバルト、鋼のような金属バインダーとともに焼結し、靭性を向上させることができる。
セラミック微粉末の取り扱いには、投入時および加工時に適切な保護具を使用する必要がある。作業場の安全性を向上させるために、集塵システムを推奨する。
TC4部品の操作とメンテナンス
運転中、切削工具や耐摩耗部品のようなTC4部品は必要とされる：
- 過大な荷重による亀裂を避けるため、適切な取り付け、設置、機械のセットアップを行うこと。
- 負荷、速度、温度など、推奨されるパラメータの範囲内で使用すること。速度が速すぎると熱が発生し、熱亀裂の原因となる。
- クーラントと潤滑剤を使用し、金属切削や摩耗の際の温度上昇を抑え、摩擦を低減する。
- 部品の摩耗、亀裂、損傷がないか定期的に検査すること。早期発見により、致命的な故障を避けることができます。
メンテナンスに関しては、標準的な方法が適用される：
- 寸法公差を超える前に摩耗した部品を交換すること。
- 磨耗した表面を洗浄し、新しいTC4材料で再コーティングすることで、寸法と機能を回復させる。
- 仕様に合わせた肉盛りや再加工により、摩耗の激しい部品を再製作。
TC4パウダーサプライヤーの選択
TC4パウダーのサプライヤーを選ぶ際、いくつかの重要な基準がある：
- 炭化チタン粉末の製造と品質管理に関する技術的専門知識
- 粒度分布、純度レベル、形態などの粉末特性をカスタマイズする能力
- 需要量を満たす生産能力
- 粉末の種類と適合する合金グレードの範囲
- 競争力のある価格と安定供給
- 技術的要件およびサンプリング要求への対応
- 品質認証と国際規格への準拠
- 他の顧客に高品質のパウダーを安定的に供給してきた実績
- 高度な製品を開発するための強力な研究開発能力
TC4パウダーと代替品の比較
TC4粉末は、炭化タングステンや炭化ケイ素のような他の硬質材料と比較して、次のようになる：
| パラメータ | TC4 | 炭化タングステン | 炭化ケイ素 |
|---|---|---|---|
| 硬度 | より高い | やや低い | より低い |
| タフネス | より低い | より高い | より高い |
| 密度 | より低い | より高い | やや高い |
| 温度安定性 | より高い | より低い | 同様 |
| 耐食性 | より良い | アルカリに弱いWC | 同様 |
| コスト | 中程度 | より低い | より高い |
TC4の利点：
- 耐摩耗性に優れた硬度
- WCより高温でも強度を維持
- WCよりも熱的・化学的に安定
- WCやSiCより軽い
TC4の限界：
- WCやSiCよりも脆く、破壊靭性が低い。
- 炭化タングステン粉末より高価
- 高温焼結が必要
そのため、TC4はその卓越した硬度と熱安定性で際立っているが、靭性が低く、タングステンカーバイドよりもコストが高いという欠点がある。その限界を克服するには、適切な用途設計と加工が必要である。
よくあるご質問
Q: TC4パウダーは何でできているのですか？
A: TC4パウダーは88-92%の炭化チタン(TiC)からなり、残りは遊離炭素です。また、少量の酸化物、窒化物、その他の遷移金属炭化物を含むこともあります。
Q: TC4と炭化タングステンの違いは何ですか？
A:主な違いは、TC4は炭化チタンをベースにしており、炭化タングステンに比べて高温での硬度と強度が高いことです。しかし、TC4はタングステンカーバイドよりも破壊靭性が低いです。
Q: TC4パウダーの利点は何ですか？
A:主な利点は、優れた耐摩耗性をもたらす極めて高い硬度、1000℃までの温度における高い強度、WCに比べ低い密度、優れた耐食性などである。
Q: TC4パウダーは何に使われるのですか？
A: 代表的な用途としては、切削工具、パンチング／コイニング金型、摩耗部品、溶射皮膜、溶接電極、装甲、航空宇宙部品、電子機器などがある。
Q: TC4パウダーはどのように作られるのですか？
A：酸化チタンとカーボンブラックを3000℃以上の超高温で反応させ、プラズマアーク合成や化学気相成長などのプロセスを用いて商業的に製造される。
Q: TC4パウダーは毒性がありますか？
A: 多くの微粉末と同様、TC4も長期間吸入すると健康被害をもたらす。粉末を取り扱う際には、適切な保護具を使用してください。
Q:TC4パウダーはどのようにして部品に組み込まれるのですか？
A: 主な方法には、焼結、溶射、レーザークラッディング、ホットプレスがある。NiやCoのような結合相をTC4と共焼結してサーメットを製造することもできます。
Q: TC4パウダーはなぜ高いのですか？
A: 高純度の炭化チタンを製造するための複雑な高温合成プロセスは、より単純な炭化タングステンの製造よりもコストが高くなります。
Q: TC4パウダーはどのような規格に準拠していますか？
A: TC4パウダーの仕様は、炭化チタンパウダーのASTM B381や超硬合金パウダーのISO 18775などの規格に準拠しています。
まとめると、TC4パウダーは硬度、熱安定性、耐摩耗性の最適な組み合わせを提供し、要求の厳しい産業用途に適していますが、タングステンカーバイドのような代替品よりもコストが高くなります。適切な加工と設計は、その脆性の限界を克服する鍵である。主要なグローバルサプライヤーは、特定の要件に合わせたTC4粉末を提供することができます。
