A cosa serve la polvere di cobalto

La polvere di cobalto è una polvere metallica grigia a scorrimento libero prodotta dalla riduzione dell'ossido di cobalto, utilizzata principalmente come legante critico ed elemento di lega in applicazioni industriali ad alte prestazioni. Il suo uso più significativo è nella produzione di carburi cementati (metalli duri), dove agisce come fase legante per tenere insieme le particelle di carburo di tungsteno, fornendo una tenacità e una resistenza agli urti essenziali. Inoltre, la polvere di cobalto è ampiamente utilizzata come matrice negli utensili diamantati (per il taglio di pietra e cemento), come materiale attivo chiave nei catodi delle batterie ricaricabili agli ioni di litio, come additivo nelle superleghe ad alta temperatura per i motori a reazione aerospaziali e nella produzione di magneti permanenti ad alta resistenza.

Composizione e processo produttivo della polvere di cobalto

Poiché viene definita "polvere metallica grigia con buona fluidità", dietro la parola "fluidità" si nasconde una grande quantità di controllo del processo. Il processo di produzione della polvere di cobalto prevede principalmente la riduzione di precisione dell'ossido di cobalto.

In questo processo chimico, il produttore deve controllare rigorosamente la dimensione delle particelle e la purezza della polvere. La fluidità e la densità della polvere influiscono direttamente sulle sue prestazioni come elemento di lega nel successivo processo di produzione industriale. Se la distribuzione granulometrica (PSD) si discosta leggermente dallo standard, la qualità della sinterizzazione successiva sarà notevolmente ridotta.

Carburo cementato

In questo campo, il ruolo della polvere di cobalto come fase legante è attualmente quasi insostituibile.

• Funzione di legame: le particelle di carburo di tungsteno sono estremamente dure, ma sono naturalmente fragili e non possono essere utilizzate da sole. La polvere di cobalto funge da "colla" metallica durante il processo di sinterizzazione, tenendo le particelle saldamente unite.
• Tenacità e resistenza agli urti: Il cobalto riempie i vuoti tra i grani di carburo, conferendo al materiale finito la necessaria tenacità e resistenza agli urti. Senza il cobalto, gli utensili in carburo di tungsteno si sgretolerebbero istantaneamente sotto le forti sollecitazioni della lavorazione ad alta velocità o della foratura. Pertanto, per gli utensili da taglio, le punte e le attrezzature minerarie, la polvere di cobalto rappresenta il loro "scheletro".

Materiale della matrice degli utensili diamantati

Analogamente al legante, la polvere di cobalto è ampiamente utilizzata come matrice negli utensili diamantati. Questo tipo di utensili è tipicamente utilizzato per compiti gravosi, come il taglio di pietra e cemento.

In questa applicazione, la polvere di cobalto forma una matrice metallica che "afferra" fisicamente il diamante industriale. Ma non si tratta di un'affermazione così semplice, ecco un punto tecnico molto intelligente: la resistenza all'usura della polvere di cobalto deve essere regolata dalla formula, in modo che il suo tasso di usura e il tasso di usura del diamante corrispondano perfettamente.

Questo abbinamento può garantire che quando il diamante si opacizza, il substrato di cobalto si consuma di conseguenza, rivelando così un nuovo bordo diamantato affilato e mantenendo l'efficienza di taglio dell'utensile. Allo stesso tempo, deve avere una forza di tenuta molto elevata per evitare che le costose particelle di diamante si stacchino prematuramente nelle operazioni di costruzione pesante.

Batteria ricaricabile agli ioni di litio Elettrodo positivo

Al di là del campo della metallurgia, la polvere di cobalto ha un ruolo importante anche nel moderno accumulo di energia. È il materiale attivo chiave dell'elettrodo positivo delle batterie ricaricabili agli ioni di litio.

La stabilità chimica del cobalto consente alle batterie di avere una maggiore densità energetica, determinante per le prestazioni dell'elettronica portatile e dei veicoli elettrici. Quando viene trasformato in un materiale elettrodico positivo (come il cobalto di litio), il cobalto consente agli ioni di litio di muoversi in modo efficiente durante i cicli di carica-scarica. Questa applicazione garantisce direttamente una maggiore durata della batteria e prestazioni termiche stabili: in breve, fa sì che il dispositivo duri più a lungo e non vada facilmente fuori controllo.

Additivi per leghe ad alta temperatura ad alta temperatura

Nel settore aerospaziale, non c'è spazio per i compromessi nelle prestazioni dei materiali. La polvere di cobalto è un additivo importante nelle superleghe ad alta temperatura, soprattutto per la produzione di motori a reazione per l'aviazione.

La temperatura di esercizio del motore a reazione è estremamente elevata e i metalli ordinari si fondono o si deformano direttamente quando vi entrano. La superlega a base di cobalto o lega di nichel-cobalto sfrutta le caratteristiche della polvere di cobalto per migliorare significativamente la resistenza del materiale alle seguenti condizioni:

• Fatica termica: Capacità di resistere a bruschi cambiamenti di temperatura (è la norma quando gli aerei decollano e atterrano).
• Creep: in presenza di temperature e calore elevati, la capacità di resistere a lungo alle sollecitazioni meccaniche senza subire deformazioni.
• Ossidazione: Previene la corrosione ad alta quota e ad alte temperature.

Produzione di magneti permanenti ad alta resistenza

Infine, le proprietà magnetiche del cobalto lo rendono ideale per la produzione di magneti permanenti ad alta resistenza.

Quando è in lega con altri metalli (come il magnete Alnico o il magnete di Samario Cobalto SmCo), la polvere di cobalto aiuta a produrre magneti con forti campi magnetici. Ma soprattutto, questi magneti sono resistenti alla smagnetizzazione anche a temperature elevate. Nel corso della mia carriera, quando motori, sensori e vari attuatori elettronici devono mantenere la stabilità magnetica alle alte temperature, i magneti di samario-cobalto sono spesso l'opzione preferita.

Autore: David Miller

Con oltre dieci anni di esperienza nella metallurgia delle polveri e nei materiali industriali, sono specializzato nell'analisi delle applicazioni delle polveri metalliche. Mi dedico a spiegare come elementi critici come il cobalto siano alla base della produzione moderna.