초경 복합 분말의 구성 및 시너지 이해
초경복합분말 텅스텐 카바이드(WC), 티타늄 카바이드(TiC) 또는 크롬 카바이드(Cr3C2)와 같은 경질 카바이드 상과 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 철(Fe)과 같은 연성 금속 바인더를 결합하여 엔지니어링된 특수 클래스의 재료를 나타냅니다. 이러한 복합재의 주요 목적은 세라믹의 극도의 경도와 금속의 파괴 인성 사이의 격차를 해소하는 것입니다. 이러한 분말에서 탄화물 입자는 마모 및 변형에 대한 필수적인 저항력을 제공하는 반면, 금속 매트릭스는 충격 에너지를 흡수하고 스트레스가 심한 산업 작업 중에 치명적인 균열을 방지하는 "접착제" 역할을 합니다.
최종 구성 요소의 성능은 주로 이러한 분말의 형태와 분포에 따라 결정됩니다. 분무 건조 및 클래딩과 같은 고급 제조 기술을 통해 각 개별 분말 입자에 경질상과 바인더가 모두 균일하게 분포되어 있습니다. 이러한 미세한 균일성은 열 분사 또는 레이저 클래딩 공정에서 매우 중요합니다. 이는 국부적인 취약 지점을 방지하고 전체 처리 영역에 걸쳐 일관된 내마모성 표면을 보장하기 때문입니다.
주요 산업 응용 분야 및 성능 지표
초경 복합 분말은 공격적인 침식, 고온 및 부식성 화학 물질이 특징인 환경에 없어서는 안 될 요소입니다. 석유 및 가스 산업에서 이러한 분말은 모래와 암석의 지속적인 마찰에 직면하는 드릴 비트와 밸브를 코팅하는 데 사용됩니다. 마찬가지로 광산 부문에서는 중장비 부품을 텅스텐 카바이드 기반 복합재로 강화하여 처리되지 않은 강철에 비해 작동 수명을 최대 5배까지 연장합니다. 복합재 선택은 아래 표에 설명된 것처럼 특정 환경 문제에 따라 크게 달라집니다.
| 초경 종류 | 일반적인 바인더 | 기본 속성 | 일반적인 사용 사례 |
| 텅스텐 카바이드(WC) | 코발트(Co) | 최대 경도 | 절단 도구 및 드릴 비트 |
| 크롬탄화물(Cr3C2) | 니켈크롬(NiCr) | 산화 저항 | 보일러 튜브 및 가스 터빈 |
| 티타늄 카바이드(TiC) | 강철/니켈 | 고강도/무게 | 항공우주 부품 |
분말 선택 및 가공의 중요한 요소
입자 크기 분포(PSD)
카바이드 복합 분말의 입도는 생성된 코팅의 밀도와 부드러움을 결정합니다. 일반적으로 미세 분말(15-45 마이크론)은 다공성이 낮은 고밀도 코팅을 달성하기 위해 HVOF(고속 산소 연료) 스프레이에 선호됩니다. 더 거친 분말은 PTA(플라즈마 전사 아크) 용접이나 레이저 클래딩에 종종 사용되며, 여기서는 강한 충격을 견디기 위해 더 두꺼운 보호 층이 필요합니다. 좁은 PSD를 유지하는 것은 피더 시스템을 통한 안정적인 유속과 화염의 일관된 용융 동작을 보장하는 데 중요합니다.
바인더 함량 및 연성
탄화물과 바인더의 비율을 조정하면 엔지니어는 특정 요구 사항에 맞게 재료 특성을 "조정"할 수 있습니다. 탄화물 비율이 높을수록(예: 88% WC / 12% Co) 경도는 극도로 높아지지만 충격 저항성은 낮아집니다. 반대로, 바인더 함량을 높이면 박리 없이 기계적 진동과 열 순환을 견딜 수 있는 재료의 능력이 향상됩니다. 이 균형은 변동하는 하중에서 작동하는 도구에 매우 중요합니다.
모놀리식 재료에 비해 초경 복합재 사용의 장점
표준 합금강 또는 순수 세라믹에서 초경 복합 분말로 전환하면 산업 유지 관리 및 제조에 몇 가지 전략적 이점이 제공됩니다.
- 향상된 내마모성: 경질 초경 입자가 존재하여 연마 마모를 크게 늦추고 부품 교체 빈도를 줄입니다.
- 맞춤형 열팽창: 적절한 바인더 금속을 선택하면 복합재의 열팽창 계수가 기판과 일치하여 가열 중 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.
- 탁월한 화학적 안정성: 크롬 카바이드 기반 분말은 산성 또는 황이 풍부한 환경에서 부식을 방지하는 보호 수동층을 제공합니다.
- 자원 효율성: 값비싼 재료로 공구 전체를 만드는 대신 얇은 초경 복합 분말 층을 마모되기 쉬운 부분에만 적용할 수 있어 생산 비용이 크게 절감됩니다.
