ちょっと、そこ！金属 3D プリンティング、溶射、または高度な製造部品に手を出したことがある方は、おそらく「合金パウダー」という用語を頻繁に聞いたことがあるでしょう。しかし、多くの人、特にゲームを始めたばかりの初心者がつまずくのは次の点です。は合金粉末の粒径は？それはプロセスの中で最も魅力的な部分ではないことは理解していますが、信じてください、最終製品がどうなるかはここで決まります。 10 年以上合金粉末の世界に携わってきた者として、私はこの質問に 100 回答えてきました。私のオフィスにやって来た新しいクライアントに答えるように、この質問を詳しく見てみましょう。
まず最初に、あまり複雑にしないようにしましょう。合金粉末の粒径は、バッチ内の小さな金属粒子がどのくらい大きい (または小さい) かを示す単なる尺度です。非常に簡単です。しかし、それは万能の数字ではありません。範囲ですよね？たとえば、すべての粒子がちょうど 20 ミクロンであるわけではありません。ディストリビューションがあり、そのディストリビューションが最も重要です。文脈のために説明すると、ミクロンは 1 メートルの 100 万分の 1 です。つまり、砂粒は通常 90 ミクロン以上であり、人間の髪の毛の太さは約 50 ミクロンです。分かりましたか？したがって、粉末のサイズについて話すとき、私たちはその小さな、小さな世界の中にいます。
私はあらゆる種類の作業用にさまざまな種類の合金粉末を販売しているので、これを実際の言葉で言いましょう。たとえば、チタン合金粉末をパウダー ベッド フュージョン 3D プリンティング (粉末の層を溶かして部品を作成する派手な種類) に使用する場合は、15 ～ 45 ミクロンのサイズ範囲が必要になります。サイズが大きすぎる場合、プリンターは十分に薄い層を配置できないため、パーツに隙間ができたり、パーツが弱くなったりする可能性があります。小さすぎると、粉末が固まって流れにくくなります。さらに、粉塵の問題が発生する可能性があります。チタンは反応性があるため、非常に慎重に取り扱う必要があります。アプリケーションごとに必要な範囲が異なるため、プロセスの仕様を常に確認してください。さらに詳細な情報が必要な場合は、チタン合金粉末のページで、さまざまな使用例に対して当社が提供する正確な範囲を確認してください。
待ってください。サイズが単なる「フロー」や「印刷」以上に重要である理由について話しましょう。部品を錆びにくくしたり超硬くするために、部品のコーティングに合金鉄粉末を使用しているとします。粒子が粗すぎると、コーティングが不均一になり、厚い部分と薄い部分ができ、薄い部分はすぐに摩耗してしまいます。しかし、粒子が細かすぎると、スプレーしたときにパウダーがすぐに「飛び散る」ことができない可能性があり、その結果、コーティングが粗く多孔質になり、十分な保護ができなくなります。合金鉄粉末の場合、溶射用途では通常 45 ～ 150 ミクロンの範囲で作業しており、それが機能することを確認するために何度もテストされています。だからこそ、当社は単にランダムなパウダーを販売するのではなく、最終結果に直接影響するサイズ分布を正確に決定します。
もう一つの大きなものは、炭化タングステンコバルト粉末です。その材料は、切削工具、ドリルビット、および打撃を受ける必要がある部品に使用されます。ここでいう粒子の大きさは、致命的硬度と靭性のために。より細かい炭化タングステン粒子 (1 ～ 10 ミクロンなど) を使用すると、刃をより長く保持できるより硬い工具が得られますが、少し脆くなります。より粗い粒子 (10 ～ 30 ミクロン) を使用すると、工具はより丈夫になりますが、摩耗が早くなります。したがって、ここでの組み合わせは、顧客のニーズに応じてバランスを取ることがすべてです。以前にも、切断刃に間違ったサイズの粉末を使用し、まったく機能しなかったため、不良バッチを持ったお客様が当社に来られたことがありました。間違いを犯さないでください。ここではサイズがすべてです。
もう少し身近なもの、アルミニウム青銅粉末にギアを切り替えてみましょう。装飾部品やベアリング、バルブ部品などによく使われる金色の合金です。装飾ビットなど、滑らかな仕上げが必要な部品には、10 ～ 50 ミクロンなどの小さな粒子サイズを使用します。これは、均一に配置され、美しく均一な外観が得られるためです。ただし、ベアリングの場合は、わずかに大きな粒子がベアリングの動作時の潤滑性に役立つため、少し粗い範囲 (50 ～ 100 ミクロン) を使用する場合があります。当社のアルミニウム ブロンズ パウダーを使用してカスタム メタル ジュエリーを作成していただいたお客様に、鋳造品が本物のブロンズのように見え、粗いエッジがないため、その絶妙なサイズに自信を持っていました。それがサイズの詳細です。
そして、ニッケル合金粉末は、ジェット エンジン部品や工業炉などの高温用途の主力製品です。これらの部品は異常な熱に耐える必要があるため、粉末は均一に溶けて強力に結合する必要があります。粒子サイズが不均一すぎると、一部の粒子が他の粒子よりも先に溶けてしまい、最終的な部分に弱い部分や不均一な部分が生じます。レーザー粉体層溶融に使用されるニッケル合金粉末の場合は 15 ～ 53 ミクロンにこだわり、高熱部品の溶射コーティングには少し粗い (45 ～ 150 ミクロン) を使用します。私たちはこの材料を 1,000°C で稼働する炉でテストしましたが、適切なサイズの粉末はひび割れたり剥離したりしませんが、サイズが間違っているとすぐに失敗します。それが私たちのクライアントが期待している信頼性であり、それはサイズを適切に設定することから始まります。
さて、実際にこのサイズを測るにはどうすればいいでしょうか？明らかに定規を使うようなものではありません。私たちはレーザー回折と呼ばれるものを使用します。粉末のサンプルにレーザーを照射すると、光の散乱の仕方によって粒子の大きさがわかります。高速かつ正確であるため、優れた粉体サプライヤーはすべてこれを使用しています。また、さまざまなメッシュ サイズで粉末をふるいにかけ、粒子を特定の範囲に分離します。たとえば、15 ～ 45 ミクロンのみが必要な場合は、15 未満と 45 を超えるものはすべてふるい分けします。粉末が現場に到達したときに予期せぬ事態が発生しないように、レーザー回折とふるい分析の両方を行って再確認することもあります。
よくある質問は次のとおりです。「より細かい」ということは「より良い」という意味ですか?短い答え: いいえ。強度が必要な部分にパウダーを使用する場合は、粗めの方が良いかもしれません。滑らかな仕上げや厳しい公差が必要な場合は、より細かい方が適しています。それはすべてプロセスとその部分が何を行うかによって異なります。以前、より強力な 3D プリント部品が作れると考えて、超微粒子のチタン粉末を注文したクライアントがいましたが、最終的にはプリンタ内で流れに問題が発生し、より多孔性の部品が作成されてしまいました。私たちは彼を 20 ～ 63 ミクロンの範囲に調整しました、そして彼の部品ははるかに良くなりました。だからこそ、サイズについて語るのは単なる数字の話ではなく、その数字を特定のニーズに合わせることが重要なのです。
もう 1 つ留意すべき点は、粒子の形状もサイズに関係する可能性がありますが、それはまったく別の話です。丸い粒子は流れが良いため、大量の粉末が噴霧されます (小さな液滴にスプレーされ、球に固まります)。不規則な粒子はサイズ分布が異なる場合がありますが、金属射出成形などの特定の用途では機能します。しかし、たとえ形があったとしても、サイズがすべての基本であることに変わりはありません。丸いパウダーのサイズが間違っていても、正しく機能しない場合があります。
したがって、合金粉末を探している場合は、単に「合金粉末」と尋ねるのではなく、粒子サイズの範囲について尋ねてください。 3D プリント用のチタン、コーティング用の合金鉄、切削工具用の炭化タングステン コバルト、装飾部品用のアルミニウム青銅、または高温作業用のニッケル合金が必要な場合でも、そのサイズがプロジェクトの成否を左右します。ちなみに、カスタム範囲も用意しています。既製ではないものが必要な場合は、必要な正確なサイズを調整することができます。
結局のところ、私はこれを長く続けてきて、人々は信頼できるパウダーを求めているだけだということを知りました。彼らは、粉末のサイズが間違っていたために部品が故障したり、間違った範囲を選択したためにバッチ全体を再加工する必要が生じたりすることを望んでいません。だからこそ、私たちはここで透明性を重視しており、どのようなサイズが得られるのか、その測定方法、そしてその範囲がアプリケーションに適している理由を正確に説明します。詳細を説明せずに「粉末」だけを販売するサプライヤーとの取引にうんざりしている場合は、当社までご連絡ください。私たちは喜んでお客様のプロジェクトを詳しく説明し、粒子サイズに関するすべての質問に答え、お客様の仕事に適した合金粉末をご紹介します。粒子サイズなどの小さな詳細が次の大きなプロジェクトを台無しにしないように、私たちにご連絡ください。必要なものが正確に揃っていることを確認します。
参考文献:
- ASTM B821-21、レーザー回折による金属粉末および関連化合物の粒度分布の標準試験方法
- パウエル、GL、エディントン、JW (1980)。焼結合金の特性に対する粉末粒子サイズの影響。材料科学ジャーナル、15(10)、2570-2578。
- 溶射学会。 （2020年）。溶射技術ハンドブック (第 2 版)。 ASMインターナショナル。
- Kruth、JP、Levy、G.、Klocke、F.、および Childs、THC (2007)。レーザーおよび粉末床ベースの積層製造における圧密現象。 CIRP 年報 - 製造技術、56(2)、730-759。