Wozu wird Kobaltpulver verwendet?

Kobaltpulver ist ein frei fließendes, graues Metallpulver, das durch Reduktion von Kobaltoxid hergestellt wird und in erster Linie als wichtiges Bindemittel und Legierungselement in industriellen Hochleistungsanwendungen eingesetzt wird. Am häufigsten wird es bei der Herstellung von Hartmetallen verwendet, wo es als Bindemittel die Wolframkarbidpartikel zusammenhält und für die nötige Zähigkeit und Schlagfestigkeit sorgt. Darüber hinaus wird Kobaltpulver in großem Umfang als Matrixmaterial in Diamantwerkzeugen (zum Schneiden von Stein und Beton), als aktives Schlüsselmaterial in den Kathoden wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Batterien, als Zusatzstoff in Hochtemperatur-Superlegierungen für Triebwerke in der Luft- und Raumfahrt sowie bei der Herstellung hochfester Dauermagnete verwendet.

Zusammensetzung und Herstellungsverfahren von Kobaltpulver

Da es als "graues Metallpulver mit guter Fließfähigkeit" definiert ist, verbirgt sich hinter den 3 Worten "Fließfähigkeit" ein hohes Maß an Prozesskontrolle. Der Herstellungsprozess von Kobaltpulver umfasst hauptsächlich die Präzisionsreduktion von Kobaltoxid.

Bei diesem chemischen Verfahren muss der Hersteller die Partikelgröße und die Reinheit des Pulvers streng kontrollieren, denn die Fließfähigkeit und die Schüttdichte des Pulvers wirken sich direkt auf seine Leistung als Legierungselement im anschließenden industriellen Fertigungsprozess aus. Weicht die Partikelgrößenverteilung (PSD) geringfügig von der Norm ab, wird die spätere Sinterqualität stark beeinträchtigt.

Sinterkarbid

In diesem Bereich ist die Rolle von Kobaltpulver als Bindemittelphase derzeit nahezu unersetzlich.

• Bindungsfunktion: Die Wolframkarbidteilchen selbst sind extrem hart, aber sie sind von Natur aus spröde und können nicht allein verwendet werden. Das Kobaltpulver wirkt während des Sinterprozesses als metallischer "Klebstoff", der die Partikel fest zusammenhält.
• Zähigkeit und Schlagfestigkeit: Kobalt füllt die Hohlräume zwischen den Hartmetallkörnern und verleiht dem fertigen Material die erforderliche Zähigkeit und Schlagfestigkeit. Ohne Kobalt würden die aus Wolframkarbid hergestellten Werkzeuge unter den hohen Belastungen bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung oder beim Bohren sofort zerbröseln. Für Schneidwerkzeuge, Bohrer und Bergbauausrüstungen ist Kobaltpulver daher das "Skelett".

Matrixmaterial von Diamantwerkzeugen

Ähnlich wie das Bindemittel wird Kobaltpulver auch häufig als Matrixmaterial in Diamantwerkzeugen verwendet. Diese Art von Werkzeugen wird in der Regel für schwere Aufgaben wie das Schneiden von Stein und Beton verwendet.

Bei dieser Anwendung bildet das Kobaltpulver eine Metallmatrix, die den Industriediamanten physikalisch "festhält". Aber das ist nicht nur so einfach zu verstehen, hier ist ein sehr cleverer technischer Punkt: die Verschleißfestigkeit von Kobaltpulver muss durch die Formel angepasst werden, so dass seine Verschleißrate und die Verschleißrate von Diamant perfekt übereinstimmen.

Durch diese Übereinstimmung kann sichergestellt werden, dass sich das Kobaltsubstrat entsprechend abnutzt, wenn der Diamant stumpf wird, so dass eine neue, scharfe Diamantkante zum Vorschein kommt und die Schneidleistung des Werkzeugs erhalten bleibt. Gleichzeitig muss es eine sehr hohe Haltekraft haben, damit die teuren Diamantpartikel bei schweren Bauarbeiten nicht vorzeitig abfallen.

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie Positive Elektrode

Über den Bereich der Metallurgie hinaus spielt Kobaltpulver auch bei der modernen Energiespeicherung eine wichtige Rolle. Es ist das wichtigste aktive Material in der positiven Elektrode von wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien.

Die chemische Stabilität von Kobalt ermöglicht Batterien mit höherer Energiedichte, was für die Leistung von tragbarer Elektronik und Elektrofahrzeugen entscheidend ist. Wird Kobalt zu einem positiven Elektrodenmaterial (wie Lithiumkobaltat) verarbeitet, können sich die Lithiumionen während der Lade-/Entladezyklen effizient bewegen. Diese Anwendung sorgt direkt dafür, dass die Batterie eine längere Zykluslebensdauer und ein stabiles thermisches Verhalten aufweist - kurz gesagt, sie sorgt dafür, dass Ihr Gerät länger hält und nicht so leicht außer Kontrolle gerät.

Zusatzstoffe für Hochtemperatur-Hochtemperatur-Legierungen

In der Luft- und Raumfahrt gibt es keinen Platz für Kompromisse bei der Materialleistung. Kobaltpulver ist ein wichtiger Zusatzstoff in Hochtemperatursuperlegierungen, insbesondere für die Herstellung von Flugzeugtriebwerken.

Die Betriebstemperatur des Düsentriebwerks ist extrem hoch, und gewöhnliche Metalle schmelzen oder verformen sich direkt, wenn sie in das Triebwerk gelangen. Die Superlegierung auf Kobaltbasis oder die Nickel-Kobalt-Legierung nutzt die Eigenschaften des Kobaltpulvers, um die Beständigkeit des Materials gegenüber den folgenden Bedingungen erheblich zu verbessern:

• Thermische Ermüdung: Fähigkeit, starken Temperaturschwankungen standzuhalten (dies ist die Norm beim Starten und Landen von Flugzeugen).
• Kriechen: Bei hohen Temperaturen und großer Hitze die Fähigkeit, mechanischen Belastungen lange Zeit ohne Verformung standzuhalten.
• Oxidation: Verhindert Korrosion in großen Höhen und bei hohen Temperaturen.

Herstellung von hochfesten Dauermagneten

Schließlich eignet sich Kobalt aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften hervorragend für die Herstellung hochfester Dauermagnete.

Durch Legierung mit anderen Metallen (z. B. Alnico-Magneten oder Samarium-Cobalt-Magneten SmCo) lassen sich mit Hilfe von Kobaltpulver Magnete mit starken Magnetfeldern herstellen. Noch wichtiger ist jedoch, dass diese Magnete selbst bei hohen Temperaturen nicht entmagnetisiert werden können. In meiner beruflichen Laufbahn habe ich immer wieder festgestellt, dass bei Motoren, Sensoren und verschiedenen elektronischen Stellgliedern, die auch bei hohen Temperaturen magnetisch stabil bleiben müssen, Samarium-Kobalt-Magnete die bevorzugte Lösung sind.

Autor：David Miller

Mit mehr als zehn Jahren Erfahrung in der Pulvermetallurgie und bei industriellen Werkstoffen habe ich mich auf die Analyse der Anwendungen von Metallpulvern spezialisiert. Ich erkläre gerne, wie kritische Elemente wie Kobalt die moderne Fertigung vorantreiben.