F75 CoCrMoの概要

 

発売日：[2023/12/21]
 

1.1共通特性
コバルト基合金は、工業(yè)化可能な製造工程として溶融鋳造を用いた過酷な分野で広く使用されてきた。Arcam社の電子ビーム溶融は鋳造技術(shù)と直接競(jìng)爭(zhēng)相手となり、コバルト基合金で複雑な部品を製造するためのもう一つの実行可能性の選択となる。コバルト基超合金鋳造の溶融鋳造の多くは開放的な大気雰囲気中で鋳造されているが、Arcam社の電子ビーム溶融プロセスは真空環(huán)境下で制御可能な環(huán)境を提供し、加工部品の材料性能をより優(yōu)れたものにしている。コバルトクロムモリブデン合金は醫(yī)療用インプラント裝置に広く用いられ、特に高硬度または高研磨、極耐摩耗材料の合金に適している。膝関節(jié)インプラントなどのコバルトクロムモリブデン合金のアプリケーションの第一選択材料、金屬対金屬股関節(jié)および口腔修復(fù)中の部品。
コバルト合金の性能は航空や陸上ガスタービンにおいても重要な役割を果たしており、真空鋳造ニッケル合金は現(xiàn)代航空タービンエンジンの耐熱部品の中で主導(dǎo)的な地位を占めているが、コバルト合金は通常、工業(yè)ガスタービンの燃料ノズルや羽根など、特に過酷な用途に指定されている。Arcam社のASTM F 75は非磁性のコバルトクロムモリブデン合金であり、高強(qiáng)度、耐食性、耐摩耗性の特性を持ち、骨科と歯科インプラントに広く応用されている。また、高度に研磨された部品は大腿骨柄置換股関節(jié)と膝関節(jié)顆を含み、その他にもコバルト醫(yī)療インプラントは寛骨臼カップと脛骨トレイを含む。すべての場(chǎng)合、特に股関節(jié)部品では、これらのインプラント部品は重荷重と反復(fù)疲労に耐えるため、材料の品質(zhì)が重要である。
1.2特性
Arcam社のASTM F 75 CoCrMo合金はプラスチック部品の射出成形生産用の高速射出用金型にも適用され、その高硬度の材質(zhì)と優(yōu)れた材料品質(zhì)は研磨ユニットが光學(xué)または鏡面等級(jí)に達(dá)することができ、金型の壽命を確保することができる。これらの金型は複雑な幾何形狀に作ることができ、そして形に合わせて冷（冷卻水路が製品の表面に近づく）を作ることができ、金型の壽命をさらに高め、生産性を高め、部品とその表面の品質(zhì)を高めることができる。
1.3応用
コバルトクロムモリブデン合金の典型的な応用
-ガスタービン
–整形外科インプラント
-歯科インプラント
1.4粉末規(guī)格
Arcam社のASTM F 75 CoCrMo合金粉末はガス霧化と化學(xué)成分がASTM F 75標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格に適合して生産され、電子ビーム堆積のために使用され、粉末の粒子サイズは45-100ミクロン（mm）であり、最小粒子サイズの制限は粉末の安全処理（小さすぎる粉末は黃砂の危険性がある）を保証した。Arcam社のMSDS（材料安全データシート）Arcam ASTM F 75 CoCrMo合金の取り扱いと安全に関する詳細(xì)情報(bào)を參照してください。
1.5化學(xué)成分

次の表1.Arcam ASTM F 75とASTM F 75に関する比較表では、殘量がコバルト元素であることに注意してください

材料に含まれるコバルトとクロム（Co，Cr）はいずれも低蒸気圧材料であり、焼結(jié)過程で蒸発しやすい
計(jì)算密度：熱等靜圧（HIP）>8.29 g/cc（MIM焼結(jié)有孔はこの數(shù)字より低い可能性がある）
1.6機(jī)械的性能

次の表2.Arcam ASTM F 75とASTM F 75の機(jī)械的性能比較表

【図2】Arcam ASTM CoCr F 75耐疲労試験の基準(zhǔn)上図はメートルMPaである。下図は米國(guó)製KSI

2.後処理
2.1金屬射出成形を採(cǎi)用する
POMフィードシステムの使用を推薦し、そして酸觸媒脫脂を採(cǎi)用し、CoCrMo三元合金の炭素に対する感受性のため、必ず脫離接著剤を清潔に確保し、そして炭素含有量を厳格に制御して基準(zhǔn)値を超えてはならないことを制御して、寸法変異と性能の劣化を防止しなければならない。しかし、炭素含有量が低すぎると硬度も足りなくなり、強(qiáng)度が悪くなり、焼結(jié)曲線の設(shè)定は高真空段に走りすぎないことをお?jiǎng)幛幛筏蓼?。焼結(jié)の最高溫度は、少なくとも1250?1300℃の範(fàn)囲內(nèi)であることが推奨され、材料の密度を高めるために少なくとも3時(shí)間以上保溫される。大中華區(qū)の焼成爐の條件が異なるため、Dr.Q正しい焼結(jié)條件を正確に伝えることはできませんが、BASF Panaceaという材料を処理したメーカーは、MIM部品の密度を確保するために緻密化された最高焼結(jié)溫度が6時(shí)間にも達(dá)することに注意してください。
2.2熱処理
3 D印刷された製品は、次の2つの熱処理方式を採(cǎi)用しなければならない
1.必要に応じて、熱等靜圧は密度を高めるプロセスであり、1200℃、1000 ba、アルゴン保圧240分に従ってください。
2.均質(zhì)化熱処理（HOM）は以下のパラメータに従ってください：1220℃、0.7 ~ 0.9 mba、アルゴン保圧240分、その後、急冷は1220℃?760℃であり、8分以內(nèi)でなければならない。この急速冷卻の目的は、基地に溶解した炭素の凝集を防止し、微細(xì)構(gòu)造の均質(zhì)性を改善し、印刷堆積によるEBM材料の不均一現(xiàn)象を低減することである（金屬粉末の射出成形にもこのプロセスを採(cǎi)用）
2.3切削
3 D堆積F 75は良好な切削性能を有し、部品は伝統(tǒng)的な機(jī)械加工を用いて材料を除去することができる。同時(shí)に、鏡面または光學(xué)的等級(jí)に達(dá)した滑らかな表面を研磨することもできます。（もちろんHIPによって內(nèi)部ボイドを除去しなければならないが、これはMIM部品の先天的な欠損と同じであり、3 D印刷と堆積方式にはこのような階層とボイドがある）
2.4ミクロ構(gòu)造
熱処理及び調(diào)質(zhì)処理（HIP＋HOM）が施されていなければ、炭素が粒界の位置に堆積しているため、電子ビーム堆積の3 Dプリント方式のF 75部品の微細(xì)構(gòu)造が容易に観察できる。熱処理はこのような不均一な現(xiàn)象を変化させて炭素を構(gòu)造に再溶解させることができる。
以下のミクロ構(gòu)造は、熱処理及び熱処理を経ていない後、Z方向のミクロ構(gòu)造が変化し、炭素含有量が多い地域では高い硬度を示す。

【図3】堆積が完了した直後の部品Z方向斷面の微細(xì)構(gòu)造。左50 x（赤色スケール表示200 um）、右100 x（赤色スケール表示100 um）

熱等均圧と均質(zhì)処理を経て顕微構(gòu)造は均一な狀態(tài)（等軸結(jié)晶）に変化し、炭素が基地結(jié)晶粒に再溶解して部品の脆性を低下させて延性を良くし、ここにも穴が見えない。

【図4】熱処理後の部品Z方向斷面の微細(xì)構(gòu)造左50 x（赤スケールは200 um）、右100 x（赤スケールは100 um）