コバルトクロムCoCrMoパウダー
コバルトクロムCoCrMo粉末、特にCoCrMoは、金属射出成形（MIM）や積層造形（AM）などの様々な金属粉末用途に使用されるコバルトベースの合金粉末である。
コバルトクロムCoCrMo合金粉末に関するいくつかの重要な詳細：
- 組成 - コバルトを主成分とし、クロム、モリブデン、その他少量のタングステン、ニッケル、鉄、ケイ素、マンガン、炭素を含む。
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目次
概要
コバルトクロムCoCrMo粉末、特にCoCrMoは、金属射出成形（MIM）や積層造形（AM）などの様々な金属粉末用途に使用されるコバルトベースの合金粉末である。
コバルトクロムCoCrMo合金粉末に関するいくつかの重要な詳細：
- 組成 - コバルトを主成分とし、クロム、モリブデン、その他少量のタングステン、ニッケル、鉄、ケイ素、マンガン、炭素を含む。
- 特性 - 優れた機械的特性、耐食性、耐摩耗性、生体適合性
- 製造プロセス - 通常はガスアトマイズ法で製造される。
- 粒子径 - 通常10ミクロンから45ミクロンまで
- 用途 - 医療用インプラント、歯科用インプラント、航空宇宙および自動車部品
コバルトクロムCoCrMo粉末の種類
| タイプ | 構成 | 特徴 |
|---|---|---|
| CoCrMo合金 | Co - バランス/リマインダCr - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C, Fe - <1% | 優れた強度、硬度、耐食性金属射出成形に適しています良好な耐摩耗性 |
| 低炭素CoCrMo | Co - バランス/リマインダCr - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C - <0.05% Fe - <0.75% | 低炭素による延性の向上融着欠陥の低減の改善亀裂の発生しにくさAM/3Dプリンティングに最適 |
コバルトクロムCoCrMo粉末の特性
コバルトクロム合金粉末は、機械的特性、耐食性、生体適合性をバランスよく兼ね備えているため、要求の厳しい用途に適しています。
| プロパティ | 詳細 |
|---|---|
| 強さ | 引張強さ：120～230ksi降伏強さ：110～150ksi |
| 硬度 | ロックウェル硬度：25～35HRCビッカーズ硬度：350から450HV |
| 密度 | 8.3 g/cc |
| 融点 | 1260～1350°C (2300～2460°F) |
| 熱伝導率 | 9～12W/m・K |
| 電気抵抗率 | 94～108μΩ・cm |
| 熱膨張係数 | 14～16 μm/m-°C |
| 弾性係数 | 230～253 GPa |
| 伸び | 8～35%まで |
コバルトクロムCoCrMo粉末の用途
その汎用性のおかげで、コバルトクロム合金粉末は、医療、歯科から航空宇宙、自動車に至るまで、いくつかの主要産業で使用されている。
| 産業 | 申し込み | コンポーネント |
|---|---|---|
| 医療/歯科 | インプラント、補綴 | 股関節インプラント、膝関節インプラント、骨プレート、スクリュー |
| 航空宇宙 | タービンブレード、着陸装置 | ブレード、シャフト、ディスク、ギア |
| 自動車 | バルブ、ポンプ、工具 | エンジンバルブ、バルブシート、リングギア |
| インダストリアル | 摩耗および腐食部品 | シール、バルブ、ポンプ部品 |
コバルトクロムCoCrMoパウダー仕様
コバルトクロム合金粉末は、粒度分布や特性だけでなく、組成限界に関してもいくつかの国際規格や地域規格に準拠しています。一般的に使用されるグレードはASTM F75、F799、F1537仕様の粉末です。
| 規格/仕様 | 地域 | 許可された要素 | 粒子径 | プロパティ |
|---|---|---|---|---|
| ASTM F75 | アメリカ | Co、Cr、Mo、Si、Mn、C、Fe、Ni | 10～45ミクロン | O, N限界管理コバルト≥58% Cr 27～301TP3 硬さ 35HRC（分）UTS 120ksi（分）降伏強さ 80ksi（分）伸び 15%（分） |
| ASTM F799 | アメリカ | Co、Cr、Mo、Si、Mn、C、Fe | 15～45ミクロン | 低C含有量AM特性の改善コバルト≥58% Cr 19～21% |
| ASTM F1537 | アメリカ | Co、Cr、Mo、Si、Mn、C | 10～45ミクロン | MIM用途に使用修正F75組成 |
コバルトクロムCoCrMoパウダー メーカー サプライヤー
主要産業のMIMやAMのニーズに応えるコバルトクロムパウダーを製造する大手グローバルサプライヤーが数社ある。これらのサプライヤーは、各地域の規格に準拠した様々なグレードを提供しています。
| サプライヤー | グレード | 許可された要素 | 粒子径 | 追加情報 |
|---|---|---|---|---|
| サンドビック・オスプレイ | アストム F75 | Co、Cr、Mo、Si、Mn、C、Fe、NiW、N | 15～45ミクロン | 球状ガスアトマイズ粉末カスタム合金低O、N含有量 |
| プラクセア | F75F1537F799 | Co、Cr、Mo、Si、Mn、C、Fe、Ni | 15～45ミクロン | AMとMIMのグレードを選択高純度 |
| カーペンター添加剤 | F75F799 | Co、Cr、Mo、Si、Mn、C、Fe、Ni | 15～45ミクロン | 低O、高タップ密度球状形態 |
| エラスティール | F799F75カスタム | Co、Cr、Mo、Si、Mn、C、Fe、Ni | 10～45ミクロン | テーラー酸素/窒素高純度霧化 |
コバルトクロムCoCrMoパウダー価格
| サプライヤー | グレード | 粒子径 | 価格 |
|---|---|---|---|
| サンドビック・オスプレイ | ASTM F75 | 15-45ミクロン | $75/キロ |
| プラクセア | ASTM F799 | 25～45ミクロン | $60/キロ |
| カーペンター添加剤 | カスタムF75 | 25～45ミクロン | $90/キロ |
| エラスティール | ASTM F1537 | 15-45ミクロン | $70/キロ |
価格は、サプライヤー、グレードと仕様の順守、粒度範囲、購入数量／量、地域などの要因によって異なる。
コバルトクロムCoCrMoパウダーの利点
- UTSが200ksiを超える高強度
- 高温下でも強度と延性を維持
- 優れた耐摩耗性と耐摩耗性
- 特に塩化物環境での優れた耐食性
- 低い透磁率
- 優れた生体適合性と生体不活性
- オーダーメイドの機械的特性
コバルトクロムCoCrMo粉末の限界
- 鉄粉に比べて比較的高価
- 他の合金より低い熱伝導率
- 特性を最適化するための熱処理が必要
- 加工が不適切な場合、製造上の欠陥を生じやすい。
- 内部酸化や窒化物を完全に避けるのは難しい
- 生体適合性に影響を与える金属イオンを放出する。
コバルトクロムとステンレス鋼粉末の比較
| パラメータ | コバルト・クローム | ステンレス鋼 |
|---|---|---|
| 強さ | より高い | より低い |
| 硬度 | より高い | 低～中 |
| 耐食性 | 大幅に改善 | 中程度 |
| 生体適合性 | 純合金による優れた性能 | 組成により異なる |
| コスト | より高価 | 安価 |
| 加工性 | 急速冷却が必要なため、より困難 | 処理が容易 |
| アプリケーション | より重要な、荷重を支えるインプラント | あまり重要でない一時的なインプラント |
コバルトクロムとチタン粉末の比較
| パラメータ | コバルト・クローム | チタン |
|---|---|---|
| 密度 | より重い | ライター |
| 強さ | 同等かやや高い | やや低い |
| 硬度 | より高い | 低～中 |
| 生体適合性 | 長期的な問題は確認されていない | 安定した酸化皮膜により優れている |
| 耐食性 | 酸化被膜の安定性が大幅に向上 | 中程度、環境によっては影響を受けやすい |
| コスト | より高価 | 安価（cpチタン） |
| 製作の難しさ | より高く、制御された急冷が必要 | より低く、より多くのプロセス変動の余地 |
| アプリケーション | 人工関節用永久インプラント | 永久インプラントと一時インプラントの両方 |
金属射出成形用コバルトクロムCoCrMoパウダー
金属射出成形は、微細なコバルトクロム粉末と熱可塑性バインダーのブレンドを使用します。均質な原料は、ポリマー射出成形の精密な形状形成能力を利用して、複雑なネットシェイプ部品に成形されます。
MIM用CoCrMo合金組成物
- 代表的なコバルト - バランス/リマインダ
- クロミナム - 28～30wt%
- モリブデン - 5～7 wt%
- 炭素 - 0.05wt%未満と低く抑える
- 鉄、マンガン-少量
- ニッケル、窒素 - 最小限
CoCrMo粉末によるMIMの利点
- 他の方法では不可能な複雑なネットシェイプの部品を提供
- ほぼ完全な密度と均質な微細構造
- 鋳造または鍛造合金と同等以上の特性
- 高価な二次加工を最小限に抑える
- 小さくて繊細な特徴と薄い壁が可能
- 一貫した寸法公差と表面仕上げ
- 中量生産に適したコスト効率
CoCrMo粉末を使用したMIMプロセスステップ
特殊なMIMプロセスでは、複数の重要な工程を経て、原料を最終用途に適した特性を持つ高密度の部品に加工する。
| ステップ | 詳細 |
|---|---|
| ミキシング | CoCrMo粉末をバインダーとブレンドして原料を製造 |
| 射出成形 | 原料をネットシェイプに近い複雑な部品に正確に成形 |
| 脱脂 | 溶剤と熱サイクルによるポリマーバインダーの除去 |
| 焼結 | CoCrMo粉末を高温で緻密化する制御炉プロセス |
| ポスト処理 | 二次熱処理や熱間静水圧プレスがよく施される |
| 仕上げ | 必要に応じて、追加の機械加工、研削、研磨を行う。 |
MIMコバルトクロム材料特性
MIMは、達成可能な範囲の機械的特性と耐食性を持つCoCrMo合金を可能にする。特性は、焼結後の熱処理によってさらに向上させることができます。
| プロパティ | 焼結状態 | 熱処理状態 | 鍛造CoCrMo合金 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 8.20-8.30 g/cc | 8.25-8.35 g/cc | 8.3 g/cc |
| 硬度 | 25-35 HRC | 38-55 HRC | 35-55 HRC |
| 極限引張強さ | 75-100 ksi | 120-220 ksi | 120-300 ksi |
| 降伏強度 | 50～85キロ・シー | 110-200 ksi | 110-250 ksi |
| 伸び | 8-25% | 3-30% | 8-35% |
MIM CoCrMoアプリケーション
MIMは、整形外科や航空宇宙産業における重要な用途向けに、薄肉、アンダーカット、隠れた溝を持つ軽量で高強度のCoCrMo部品を可能にする。
| 産業 | 申し込み | コンポーネント |
|---|---|---|
| メディカル | 人工関節インプラント | 股関節ステム、膝脛骨トレイ、脊椎ケージ |
| 航空宇宙 | スラストノズル、ランディングギア | ステータ、ブラケット、アクチュエータ |
| 自動車 | 燃料システム | インジェクターボディ、ポンプ |
| 石油・ガス | 掘削 | スイベルハウジング、バルブプレート、シール |
積層造形用コバルトクロムCoCrMo粉末
コバルトクロムCoCrMo粉末を利用した積層造形は、骨の内部成長を可能にする多孔質構造を作り出す能力によって、金属インプラントの製造に革命をもたらしている。
CoCrMoによる積層造形の利点
- 患者に合わせてカスタマイズされた整形外科用インプラント
- オッセオインテグレーションのための制御された多孔質構造
- 従来の減法技術に比べて廃棄物を削減
- 在庫削減によるサプライチェーンの合理化
- 鋳造では不可能な、複雑で有機的な形状の設計自由度
- 高価なカスタム工具の排除
- 溶製材に匹敵する緻密で高強度な部品
CoCrMoの最も一般的なAMプロセス
バインダージェッティングやDEDのような複数の金属AM技術が存在する一方で、レーザー粉末床融合（L-PBF）はコバルトクロム整形外科インプラントに最も広く採用されているプロセスである。
レーザー粉末床融合AMプロセスの概要
| ステップ | 詳細 |
|---|---|
| 3Dモデル | 患者のスキャンデータを基にCADソフトでインプラントのデザインを作成 |
| スライシング | システムを構築するための指示書として、レイヤーにデジタルスライスされたモデル |
| 粉末蒸着 | CoCrMo粉末をビルドプレートに均一に散布 |
| レーザー溶融 | 集束レーザーがスライスごとに粉体を選択的に溶かす |
| リコート | CoCrMoパウダーを敷き詰める |
| リピートステップ | 全パーツができるまで、レイヤーごとにステップを繰り返す |
| ポスト処理 | 余分なパウダーを除去し、熱処理を施す |
AM用の代表的なCoCrMo組成物
- コバルト - バランス／リマインダ
- クロム - 26～30wt%
- モリブデン - 5～7wt%
- 炭素、窒素 - 最小化
- シリコン、マンガン - <1wt%
- タングステン、鉄 - <0.75 wt%
CoCrMo AMのパラメータ最適化
従来の製造に近い完全な密度と特性を達成するには、コバルトクロム粉専用のAMパラメータを最適化する必要がある。
| パラメータ | 典型的な範囲 | 役割 | 効果 |
|---|---|---|---|
| レーザー出力 | 100-500 W | 各層を溶かす | ビルドレート、ポロシティ、クラッキングに影響 |
| スキャン速度 | 100-1000 mm/s | エネルギー入力を制御 | メルトプールの深さ、加熱／冷却速度に影響 |
| ハッチの間隔 | 50-200 μm | スキャンされた領域のオーバーラップを決定する | 溶融と接着の体積分率を支配する |
| 層厚 | 20-100 μm | Z解像度を設定する | より薄いレイヤーが階段効果を低減する |
AM CoCrMoコンポーネントの後処理
さらに、疲労性能を向上させながら、AMプロセスによる内部応力を緩和するためのステップも追加されている。
- ストレス解消ヒートトリートメント
- 熱間静水圧プレス（HIP）
- 表面仕上げ - 研削、研磨
- 必要に応じてネットシェイプ加工
機械的特性 - AMと鋳造CoCrMoの比較
| プロパティ | 工場出荷時のAM | ヒップAM | キャスト |
|---|---|---|---|
| 密度 | 8.15-8.25 g/cc | 8.20-8.30 g/cc | 8.25-8.35 g/cc |
| 硬度 | 35-50HRC | 35-45 HRC | 35-45 HRC |
| 極限引張強さ | 120-205 ksi | 130-220 ksi | 120～150キロ・シー |
| 降伏強度 | 110-185 ksi | 115-200 ksi | 80-130 ksi |
| 伸び | 8-35% | 15-40% | 15-50% |
要するに、慎重に最適化されたAMパラメータとHIPを組み合わせることで、従来から製造されているコバルトクロム部品の機械的性能に匹敵することができる。
よくあるご質問
Q: コバルトクロムパウダーは高温形状記憶合金としてニチノールに適していますか？
A: いいえ、ニチノールは特殊な形状記憶と超弾性特性を示す、ニッケ ルとチタンの合金系です。CoCr合金は形状記憶合金とはみなされません。
Q: CoCrMo粉末の粒度範囲はどの程度ですか？
A: CoCrMoのバインダージェッティングAMでは、充填密度と焼結速度のバランスをとるため、通常15～45ミクロンの粒度範囲が推奨されます。25ミクロン以下の微細な粉末は、気孔率を増加させる可能性があります。
Q: CoCrMo合金の耐食性は、溶製材と鍛造材とで大きく異なりますか？
A: 適切に加工されたAM CoCrMoは、展伸合金の耐食性に近づきます。重要なのは、最適化された加工で内部気孔とマイクロクラックを最小化し、表面酸化層から同等の保護を達成することです。
Q: 3DプリントしたCoCrコンポーネントの熱間静水圧プレス（HIP）と真空焼結の違いは何ですか？
A: HIPは、あらゆる方向から高熱と等方圧を加え、真空焼結よりも効果的に内部空隙を除去します。これにより、荷重を支えるインプラントに重要な密度と疲労性能が最大限に引き出されます。
Q: MIMコバルトクロム合金の強度は、チタンやステンレス合金と比べてどうですか？
A: MIM CoCrMoは一般的に、より高い硬度と炭化物形成により、Ti6Al4Vや316L SSのような模倣可能なチタンやステンレス鋼合金で達成される強度レベルに匹敵するか、それ以上です。
Q: 粉末床溶融積層造形後にCoCrMo粉末を再利用できますか？
A: AMパウダーの再利用は可能ですが、可能な限り新しいバージンパウダーを使用することをお勧めします。
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