大量生産のためのMIM F75(Co-Cr-Mo)焼結条件が微細構造と特性に与える影響

発売日：[2024/3/19]

電子デバイス産業は20年代に出現しました番目世紀は今日世界的に最も大きい企業の1つであり。社会では、自動化または半自動の工場で製造された膨大な数の電子機器が使用されています。これらのデバイスは今やユビキタスであり、何十億人もの人々が日常生活で使用しています。

スマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、ラップトップコンピュータなどの通信およびコンピューティングデバイスは、コンポーネントの複雑な組み合わせで構築されており、その多くは電子機器製造用に最適化された材料を使用しています。これらの材料は、現在の電子・情報通信技術の基盤となり、世界の経済成長に大きく貢献してきました。

これらの材料で作られた部品は、数え切れないほどのデバイスに組み込まれており、ほぼすべての分野で広く使用されています。これらには、情報通信技術、ヘルスケア、製造、自動化および制御、ロボット工学、プロセス産業、計装、エネルギーおよび電力システム、防衛およびセキュリティが含まれます。

高度な金属材料をベースにした電磁部品は、現代の3C産業(コンピューター、通信、家電製品)における最も重要な開発の1つです。これらの材料は、優れた機械的強度と、適度に高い耐食性、耐摩耗性、および特定の磁気特性(製品の設計と機能に応じて強磁性または常磁性)を兼ね備えています。それらには、ステンレス鋼、コバルト合金、その他の最先端の合金が含まれます。

これらの高度な合金のよく知られた3C電子アプリケーションの例としては、カメラ部品(スイッチやボタン)、ウェアラブル機器(時計ケース)、軟磁性デバイス、電子パッケージ、電子冷却用のヒートシンク/ヒートスプレッダ、ラップトップのヒンジやUSBコネクタなどがあります。

上記のようなデバイスの部品を作るには、相当な技術と精密なエンジニアリングが必要であり、乗り越えるべきハードルは山積しています。製品設計者は、ペースの速い開発に追いつくために、適切な材料を迅速かつ効率的に見つけて選択できることが重要です。

図2 Chenming Electronic Technology Corp.が製造したMIM部品の例(UNEEC提供)

コバルト合金の魅力

コバルト基合金は、埋め込み型医療機器向けに長い間開発されてきましたが、最近では3Cエレクトロニクス産業にも適用されています。耐摩耗性、耐食性、耐熱性があります。コバルト基合金の最も効果的な用途は、耐摩耗性部品です。

コバルトは、ニッケル基超合金の耐熱用途の合金元素としてより広く使用されており、コバルトトン数はコバルト基耐熱合金で使用されるトン数を超えています。さらに、コバルト基合金は、酸化、硫化、浸炭反応など、さまざまな形態の高温腐食攻撃に対して優れた耐性を示します。

Co-Cr-WおよびCo-Cr-Mo三元に由来する市販のコバルト基合金の多くは、1907年にクロムによってコバルトに付与される強化効果と耐食性を発見したエルウッド・ヘインズによって最初に調査されました。彼は後に、タングステンとモリブデンがコバルトクロム系内の強力な強化剤であることを特定しました。高度なコバルト基合金の1つであるCo-Cr-Mo合金は、航空機エンジン、医療用人工股関節全置換術、歯科用機器、心臓弁のサポート構造などに広く適用されています。Co-Cr-Mo合金は、強力な機械的性能、耐摩耗性、耐食性、および許容可能な生体適合性の組み合わせでよく知られています。ただし、それらの主な属性は、塩化物環境での耐食性です。

前述のCo-Cr-Mo合金の用途に加えて、最近では3C通信業界での使用に多くの注意が払われています。たとえば、スマートフォンのカメラブラケットコンポーネントは、強度、耐食性、摩耗性能、および非磁性特性の組み合わせにより、これらの合金の有望な用途です。

コバルト合金の概要

コバルト基合金は、主に「ビタリウム」と名付けられたCo-Cr-Mo合金が精密ロストワックス鋳造によって複雑な形状を再現するのに適しているため、現在超合金分野と呼ばれているものに導入されました[1]。コバルト基合金の特性の多くは、コバルト元素の結晶学的性質に起因します。これらの特性には、クロム、タングステン、およびモリブデンのコバルトおよび固溶体強化効果が含まれます。金属炭化物の形成そしてクロムによって与えられる耐食性。コバルト基合金は、炭素、クロム、モリブデンを添加して固溶硬化および炭化物析出硬化によって強化されます。

クロムとモリブデンは、合金の耐食性を高め、アブレシブ摩耗を減らし、積層故障エネルギーを下げることにより、機械的特性を向上させます。高度なコバルト基合金であるCo-Cr-Mo合金は、原子力発電所、航空宇宙エンジンベーン、および生物医学外科用インプラントで広く使用されています。後者の場合、人工金属対金属の股関節と膝関節を作るために使用されます。これらのCo-Cr-Mo合金は、強力な機械的性能、耐疲労性、低クリープ性、耐摩耗性/耐食性、および生体適合性の組み合わせで知られていますが、その主な属性は塩化物環境での耐食性です。この特性は、それらのバルク組成(主に高いクロム含有量)および保護表面酸化物層(名目上Cr2O3).

Co-Cr-Mo合金は、人工関節置換術(人工膝関節全置換術では大腿骨部品、人工股関節全置換術では大腿骨頭)、肘、指、骨プレート、ネジ、ロッド、歯科インプラントなどの外科用インプラントに広く適用されてきました。しかし、コバルトは多くの地域で戦略的な鉱物/金属に分類されているため、世界的な供給不足と金属価格の変動が長期的な生産にとって重要な要素となる可能性があります。

コバルト基合金インプラントは、従来、鍛造または鋳造技術を使用して製造することができます。鍛造コバルト合金は、高温高圧下で材料を鍛造することによって作られます。さらに、金属射出成形(MIM)を介して金属粉末から部品をニアネットシェイプ成形する新しい方法が現在研究されています。MIMコンポーネントの新しい用途は、低侵襲手術用のより小型で複雑なデバイス、特に組織の把持、切断、縫合のための腹腔鏡器具に向かう傾向にあります。このようなデバイスは、より自由な動きのために設計されており、アセンブリに使用される金属部品の数が増えています。

MIMは、このような部品をコスト効率よく製造するための設計の自由度を提供しました。このプロセスの新たな探求分野は、マイクロサイズの部品の製造であり、低侵襲手術のために部品が縮小し続ける中、将来の医療基準を満たすのに役立つはずです。