概要
黒色めっきタングステンカーバイド 炭化タングステン(WC)粉末を様々な部品形状に冶金加工し、耐食性メッキ層を追加したものです。黒い外観は、油性の環境での摩耗寿命を向上させる酸化層変換コーティングによるものです。一般的な形状には、ロッド、プレート、ベアリング、ブッシングなどがあり、石油・ガス掘削、採鉱、機械加工、その他、従来の金属や合金を上回る硬度、強度、耐薬品性が要求される過酷な使用条件の産業で使用されています。
構成
タングステンカーバイドの重量組成は以下の通りである：
| エレメント | 重量 % | 役割 |
|---|---|---|
| タングステン（W） | 通常88-97% | 硬度と強度を提供する主成分 |
| カーボン（C） | 3-12% | Wと結合して非常に硬いWCセラミックを形成する。 |
| コバルト | 3-12% | 靭性を高めるバインダー金属 |
| タンタル/チタン炭化物 | 1-2% | 穀物成長抑制剤 |
外表面の耐食性黒色酸化メッキ層の厚さはわずか～1～10ミクロンであるため、バルク組成はコバルトマトリックス中のWCのままである。
製造工程
黒色めっきタングステンカーバイド部品は、以下の粉末冶金工程を経て製造される：
- WとCの元素粉末にコバルト・バインダーと粒成長抑制剤をブレンド
- 冷間／熱間等方圧加圧により、粉末を「グリーン」な形状に圧縮する。
- WCの形成を開始し、形状を設定するための熱処理
- 最終寸法公差仕様に部品を研削する。
- 化成皮膜の酸化皮膜を形成する独自の浴化学を部品に施す。
- 黒染め外装＋浸漬浴による気孔／表面欠陥のシール
メッキの順序により、pH4～9の液体中での腐食に耐性のある密着性の高い黒色仕上げが施される。
機械的特性
| パラメータ | 仕様 | 試験方法 |
|---|---|---|
| 硬度 | 88-93 HRA（～1600ビッカース） | ASTM E18 |
| 密度 | 13.5-15.1 g/cm3 | ASTM B311 |
| 横方向の破断強度 | 550-650 MPa | ASTM B406 |
| 破壊靭性 | 7-12 MPa√m | ASTM B771 |
| ヤング率 | 530-700 GPa | ASTM E111 |
1500ビッカースに迫る超高硬度と高密度により、高荷重下でも優れた耐摩耗性を発揮します。コバルト結合相は、もろいWC粒子を強化します。これらの特性により、黒色メッキ炭化タングステンは、採鉱、掘削、機械加工、およびその他の過酷な環境において、工具鋼、ステンレス鋼、およびベアリンググレードの材料と置き換えるのに適しています。
耐薬品性
油田のダウンホールツールや掘削装置のために設計され、黒色メッキされたタングステンカーバイドは、水没または暴露されたときに耐食性を提供します：
- H2Sを含む酸性の原油および天然ガス、塩化物／硫酸塩を含む塩水
- 酸：炭酸（H2CO3）、クエン酸（C6H8O7）、酢酸（CH3COOH）
- アルカリ/塩基：水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化カルシウム[Ca(OH)2］
- 有機酸：ギ酸（HCO2H）、乳酸（C3H6O3）、オレイン酸（C18H34O2）およびアミン溶液
- 炭化水素油、潤滑油、トランスミッション液
この耐薬品性により、塩類、有機酸、H2S、CO2、または通常の鋼を急速に劣化させる他の種を含む液体が存在する腐食性の坑内環境で、優れた長寿命を実現します。
コンポーネントの種類
様々な黒色メッキを施したタングステンカーバイトコンポーネント形状は、鉱業、材料加工、石油化学産業にわたるニーズを満たします：
| タイプ | 説明 | 主な特徴 |
|---|---|---|
| ベアリングとブッシュ | 泥モーター、方向性掘削ツールの金属ベアリングを交換する。 | 摩擦を最小限に抑えながら、20,000 psiを超える泥水圧に耐える |
| スリーブ | ドリリングアセンブリに方向センサーを封入 | 掘削泥水中の研磨性岩石から電子機器を保護 |
| ノズル | 高圧水/砥粒ジェット切断ノズル | 最小限のテーパーで正確な切断を可能にする耐食性 |
| プレート | ボールミル内部のボルトイン耐摩耗ライナープレート | 鉱物の粉砕機で金属ライナーを10倍長持ちさせる |
| 伸線ダイス | タングステン、スチール、チタンのフィラメント用ワイヤーを押し出す | ダイスの摩耗や欠陥なしに高速で均一な線径を伸線 |
超硬度、強度、耐薬品性という独自の組み合わせにより、黒色メッキタングステン・カーバイドは、過酷な圧力、速度、温度にさらされる過酷な石油・ガスハードウエア用途で、長い機器寿命にわたって使用することができます。
品質基準
炭化タングステン粉末の供給、機械的特性、技術部品供給に関する国際品質基準：
| スタンダード | スコープ | 対象パラメータ |
|---|---|---|
| ISO 4499 | 超硬合金粉末 | 化学、粒子径、純度基準 |
| ASTM B693 | WC製品のグレードとスペック | 耐摩耗性、微細構造、化学的・物理的特性の閾値 |
| ASTM E112 | 平均粒径の決定 | 1mm2あたりの粒数またはASTM粒度番号1～8（大きいほど粒が小さいことを意味する |
| APIスペック7-1 | 回転式掘削装置 | プレート硬度、ベアリング形状、定格圧力、定格速度 |
これらは、岩石切断くず、H2S、CO2、刺激性の高い坑井液などを含む混相流を長い区間にわたって観察する油田用具に要求される耐腐食性と耐摩耗性を検証するのに役立つ。
他の素材にはない利点
代替品と比較して、黒色メッキタングステン・カーバイドは優れた性能を発揮します：
- 硬化440Cステンレスの10倍の耐浸食性
- 耐腐食性メッキを施していない通常のタングステンカーバイドの4倍の長寿命
- メッキ再塗布後、コンポーネントを複数回再利用可能
- ダイヤモンド強化複合材の5倍のコスト削減
- 熱／機械的ストレスの影響を受けやすい脆性セラミックスと比較して信頼性が向上
- コバルトフリータングステンカーバイドグレードよりも軽量で、設計の統合を簡素化
そのため、適切に適用された黒色めっきタングステンカーバイドは、耐摩耗性、化学的適合性、重量、および石油、ガス、鉱業、およびその他の最も過酷な産業機器の動作条件に対処する経済性のバランスを最適化します。
コスト分析
| パラメータ | 黒メッキWC部品 | 同等スチール部品 |
|---|---|---|
| 材料費 | $125/キロ | $15/キロ |
| 寿命 | 5000～8000時間 | 1000時間 |
| 時間あたりのコスト | $0.02 | $0.02 |
高い材料費にもかかわらず、黒色メッキされた超硬合金は、交換までの耐用年数が非常に長いため、継続的な操業プロセスにおける全体的な所有コストが低くなり、最初の価格プレミアムを容易に正当化できます。
サプライヤー
黒色メッキタングステン・カーバイドの主要メーカーとメッキ業者には以下のようなものがある：
| 会社概要 | 所在地 | 製品能力 |
|---|---|---|
| 真空炉工学 | ドイツ | ベアリング、ブッシング、プレート、メカニカルシール、プロトタイプ |
| 中西部タングステン・サービス | アメリカ | プレート、ロッド、ワイヤーフォームを印刷用にカット |
| ライングループ・プレシジョン | 中国 | ノズルセット、リング、チョークチューブ |
| 株洲加特工業 | 中国 | 耐摩耗プレート、ライナー、スクリーン |
| ケナメタル | アメリカ | 超硬チップ、絞りダイス |
設計段階におけるカスタム・エンジニアリングの協力により、あらゆる動作荷重、圧力、流体の化学的性質、摩擦点を考慮した黒色メッキ炭化タングステンの適切な適用が保証され、腐食性の高い流れに遭遇する鉱山機械や坑内掘削工具において、機器の寿命を最大限に延ばすことができます。
よくあるご質問
油田の坑内掘削作業では、黒色メッキを施した超硬合金はどの程度の硬度を持つべきでしょうか？
88～92.5HRA（～1500～1600ビッカース）は、過度に脆くなることなく、耐摩耗性の最適な組み合わせを提供します。これにより、孔壁圧力による高い圧縮荷重と、岩石切断くずを運ぶ掘削流体の流れによるせん断応力の両方に、亀裂の破損なしに耐えることができます。
黒色メッキされた超硬合金は、水や湿気の多い環境で錆びたり腐食したりしませんか？
保護酸化層は、酸性または弱塩基性のpH下でも酸化やその他の水腐食に耐えるように設計されており、裸の超硬合金よりも優れた性能を発揮します。ダイナミックシールエレメントを適切に統合することで、界面への水分の浸入を防ぎ、赤さびの汚れや電気化学反応を防ぎます。
時間の経過とともにメッキが剥がれたり、使い古されたりするのですか？
厚さ1～10ミクロンの黒色メッキは徐々に減っていきますが、炭化物部分が露出するまでには何年もかかります。その時点で、部品は再メッキのために送り返し、再び使用することができます。そのため、再生可能な摩耗コーティングの利点があります。
黒色メッキを施した超硬部品を機械加工や研削加工して、厳しい公差にすることはできますか？
耐食性を維持するため、めっき深さを損なうような過度の機械的除去は避けるべきである。精密研削と研磨は可能だが、一般的な油田用途では少なくとも2ミクロンのめっき厚を残す必要がある。メッキの前に放電加工を行うことを推奨する。
概要
黒色めっきタングステンカーバイドは、コバルトマトリックス中の超硬質で高密度のタングステンカーバイドを冶金学的に加工したもので、ベアリング、ブッシング、プレート、ノズル、その他の形状に最適化されており、特に石油/ガス掘削や採掘において、極度の圧力、速度、腐食性化学物質にさらされる機器に適しています。特殊な化成処理により、従来の工具鋼を急速に侵食する高温の酸、アルカリ、塩化物、H2S、CO2に対しても、黒色の外面酸化皮膜を形成し、耐食性を飛躍的に向上させます。1500ビッカースを超える硬度、550MPaを超える強度、およびカスタマイズされた耐薬品性の最適な組み合わせを提供する黒色めっきタングステンカーバイドは、最も過酷な産業用動作条件において、代替品よりも5～10倍長持ちする再生可能で費用対効果の高い材料オプションとして機能します。
