会社のニュース シメンテッドカービッドの用途は?

超硬合金 (主に炭化タングステン (WC) とコバルト (Co) やニッケル (Ni) などの結合剤で作られた合金) は、その優れた硬度、耐摩耗性、耐熱性 (最高 1,000°C までの温度に耐える) で知られています。これらの特性により、この素材は、重労働の採掘から精密な電子機器の製造に至るまで、数え切れないほどの産業および日常のシナリオにおいて不可欠な素材となっています。通常の金属やプラスチックとは異なり、超硬合金は応力下でも簡単に磨耗したり、変形したり、軟化したりすることがなく、その特性により、要求の高い作業において従来の材料 (高速度鋼やセラミックなど) を置き換えることができます。この記事では、超硬合金の主要な用途を業界別に分類し、その独特の特性が現実世界の課題をどのように解決するかを、わかりやすい例と実用的な詳細とともに説明します。

金属加工業界は、通常の工具ではすぐに切れ味が悪くなる超硬合金（鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金など）の切断、フライス加工、穴あけに優れているため、他のどの分野よりも超硬合金に依存しています。

• 切削工具: 旋盤工具、フライス、ドリルビットが最も一般的な用途です。たとえば、超硬旋盤工具はステンレス鋼 (HRC 30 ～ 40) を 8 ～ 12 時間連続で切削できますが、ハイス鋼工具は 1 ～ 2 時間ごとに研ぐ必要があります。
  • 理由：超硬合金のHRA硬度（88～93）は金属摩擦による摩耗に強く、耐熱性により高速切削（3,000r/minまで）でも軟化を防ぎます。
• 成形型: 金属部品 (自動車のギア、ボルトなど) を鍛造または押出によって成形するために使用されます。超硬ダイスは、交換が必要になるまでに 100,000 個以上の部品を生産できますが、スチールのダイスでは 10,000 個以上の部品を生産できます。
  • 理由：高い圧縮強度（≧4,000MPa）で金属成形の極圧に耐え、表面が滑らかなので金属の張り付きが少ない。

採掘や建設では、硬くて摩耗性の高い材料 (花崗岩、鉱石、コンクリートなど) と常に接触する必要があり、超硬合金の耐久性が発揮される環境です。急速な摩耗を引き起こすことなく、硬い物質を破壊したり、穴あけしたり、粉砕したりする工具を製造するために使用されます。

• マイニングドリルビット: タングステンカーバイドインサートはドリルビットに溶接され、鉱石を抽出するために岩石に穴を開けます。超硬チップのドリルビットは硬い岩を 500 ～ 1,000 メートル掘削できますが、スチールビットでは 50 ～ 100 メートルしか掘削できません。
  • 理由: 粗粒超硬合金 (WC 5 ～ 8μm) は高い靭性を備え、硬い岩にぶつかったときの衝撃に耐え、耐摩耗性により砂や砂利によるチップの損傷を防ぎます。
• クラッシャーハンマーとライナー: ジョークラッシャーやコーンクラッシャーに使用され、鉱石を小さな粒子に粉砕します。超硬ライナーはマンガン鋼ライナーよりも 5 ～ 10 倍長持ちします。
  • 理由: 耐摩耗性により鉱石の摩擦による摩耗が防止され、硬度 (モース 9.0) により破砕圧力による変形が防止されます。
• 建設ツール: コンクリート切断用の超硬チップソーブレード、またはアスファルト破壊用のノミです。これらのツールは全鋼製バージョンよりも 3 ～ 5 倍長く切れ味を保ちます。

エレクトロニクス産業および新エネルギー産業では、薄くて壊れやすい材料 (リチウム電池の電極、半導体ウェーハなど) を加工するための超精密で耐摩耗性のツールが必要です。超硬合金、特に微粒子バリアントは、これらのニーズを満たします。

• リチウム電池電極カッター: 薄く鋭い超硬ブレード (厚さ 0.1 ～ 0.3 mm) がアルミニウム/銅箔 (厚さ 10 ～ 50 μm) を細いストリップにスリットします。これらのブレードは、100,000 メートル以上のフォイルをバリなしで切断します。これは、バッテリーの短絡を防ぐために重要です。
  • 理由: 微粒子超硬合金 (1-3μm WC) は滑らかなエッジ (Ra ≤0.1μm) と高精度を備えており、箔の破れや変形を防ぎます。
• 半導体ウェーハツール: 超硬スクライバーとチャックは、シリコンウェーハ (厚さ 0.3 ～ 0.5 mm) を切断または保持するために使用されます。超硬スクライバーは、鈍くなることなく 10,000 回以上の正確なカットを行うことができます。
  • 理由: 摩擦係数が低く、硬度が高いため、ウェーハの繊細な表面に傷が付くのを防ぎます。
• プリント基板 (PCB) ドリル: 微細な超硬ドリル (直径 0.1 ～ 0.5 mm) で、コンポーネントのはんだ付け用に PCB に穴を開けます。これらのドリルはスチールドリルよりも 2 ～ 3 倍長持ちし、生産のダウンタイムを削減します。

航空宇宙および防衛用途では、極度の熱、圧力、腐食下で機能する材料が必要ですが、この条件下では超硬合金が優れています。航空機エンジン、ミサイル、軍用車両の部品の製造に使用されます。

• 航空宇宙エンジン部品: 超硬ノズルとタービンブレードは、温度が 800 ～ 1,000 ℃に達するジェット エンジンで使用されます。金属合金とは異なり、カーバイドはこれらの温度で軟化したり変形したりしません。
  • 理由: 炭化チタン (TiC) などの添加剤により高温安定性が向上し、耐食性によりエンジンの排気による損傷が回避されます。
• 軍事発射体のヒント: 徹甲弾の超硬チップは、その極端な硬度により、厚い鋼鉄の装甲 (20 ～ 30 mm) を貫通することができます。
  • 理由: 高密度超硬合金 (≥14.8g/cm3) が集中した衝撃力を発揮し、硬い表面を突き破ります。

超硬合金は重工業だけでなく、定期的に使用する日用品にも使用されており、耐久性と寿命が向上します。

• 時計のコンポーネント: カーバイド時計ケースと耐傷性ガラス (カーバイド粒子で強化) は、日常の使用による傷を防ぎます。超硬時計ケースは金属表面にこすっても跡がつきません。
• 包丁: 高級炭化物コーティングされたナイフは、ステンレス鋼のナイフよりも2〜3倍切れ味が長持ちし、骨や冷凍肉などの硬い食品を切るのに最適です。
• ツールハンドルとアクセサリ：超硬チップドライバーやカッターナイフの刃は摩耗に強いので、繰り返し使用しても切れ味が落ちません。

参照しやすいように、コア アプリケーション、主要なニーズ、および超硬合金が各業界にとって適切な選択である理由をまとめた表を以下に示します。

私たちが運転する車 (自動車部品の加工による) から、使用する電話 (PCB の穴あけによる)、そして私たちが建てる住宅 (建築工具による) に至るまで、超硬合金は現代の生活において隠れた、しかし重要な役割を果たしています。硬度、耐摩耗性、耐熱性のユニークな組み合わせにより、他の材料が故障した場合に代替えがききます。

炭化タングステン業界の専門家として、当社は、バッテリー電極用の微粒子合金であれ、鉱山用の強靱な粗粒合金であれ、特定の用途に適した超硬合金グレードをクライアントが見つけるお手伝いをすることがよくあります。