コバルト粉の用途

コバルト粉末は、酸化コバルトの還元から生成される流動性のある灰色の金属粉末で、主に高性能工業用途の重要な結合剤および合金元素として使用されます。最も重要な用途は超硬合金（硬質金属）の製造であり、炭化タングステン粒子を結合させる結合相として作用し、必要不可欠な靭性と耐衝撃性を提供する。さらに、コバルト粉末は、ダイヤモンド工具（石材やコンクリートの切断用）のマトリックス材料として、リチウムイオン二次電池の正極の主要活物質として、航空宇宙用ジェットエンジンの高温超合金の添加剤として、高強度永久磁石の製造に広く使用されている。

コバルト粉末の組成と製造工程

流動性の良い灰色金属粉」と定義されていることから、「流動性」の3文字の裏には、多くの工程管理がある。コバルト粉の製造工程は、主に酸化コバルトの精密還元である。

粉末の流動性と嵩密度のため、その後の工業製造工程における合金成分としての性能に直接影響する。粒度分布（PSD）が基準から少しでもずれると、その後の焼結品質が大きく低下する。

超硬合金

この分野では現在、結合相としてのコバルト粉末の役割はほとんど代替不可能である。

• 結合機能：炭化タングステン粒子自体は非常に硬いが、もともと脆いため、単独では使用できない。コバルト粉末は、焼結過程で金属の「接着剤」の役割を果たし、粒子をしっかりとつなぎ合わせる。
• 靭性と耐衝撃性コバルトは、超硬合金の結晶粒間の空隙を埋め、完成品に必要な靭性と耐衝撃性を与えます。コバルトがなければ、タングステンカーバイドでできた工具は、高速加工や穴あけ加工の高い応力によって瞬時に崩れてしまう。したがって、切削工具、ドリル、鉱山機械にとって、コバルト粉末はその「骨格」なのである。

ダイヤモンド工具のマトリックス材料

バインダーと同様に、コバルト粉末もダイヤモンド工具のマトリックス材料として広く使用されている。この種の工具は通常、石材やコンクリートの切断などの重作業に使用される。

この用途では、コバルト粉末が金属マトリックスを形成し、工業用ダイヤモンドを物理的に「つかむ」。コバルト粉の耐摩耗性を計算式で調整し、その摩耗率とダイヤモンドの摩耗率が完全に一致するようにしなければならない。

このマッチングにより、ダイヤモンドがくすんできても、コバルト基板がそれに応じて摩耗し、新しい鋭いダイヤモンドエッジが現れ、工具の切削効率を維持することができる。同時に、重作業で高価なダイヤモンド粒子が早期に脱落しないよう、非常に高い保持力が必要です。

充電式リチウムイオン電池正極

コバルト粉末は、冶金学の分野を超えて、現代のエネルギー貯蔵においても厳しい役割を担っている。リチウムイオン二次電池の正極における重要な活物質である。

コバルトの化学的安定性により、電池のエネルギー密度を高めることができ、これは携帯電子機器や電気自動車の性能にとって決定的な意味を持つ。正極材料（コバルト酸リチウムなど）に加工すると、コバルトは充放電サイクル中にリチウムイオンを効率的に移動させることができる。この用途は直接的に、バッテリーのサイクル寿命の延長と安定した熱性能を保証します。つまり、デバイスを長持ちさせ、制御不能になりにくくします。

高温高温合金用添加剤

航空宇宙分野では、材料性能に妥協は許されない。コバルト粉末は、特に航空ジェットエンジンの製造において、高温超合金の重要な添加剤である。

ジェットエンジンの使用温度は非常に高く、通常の金属が入ると直接溶融したり変形したりする。コバルト基超合金やニッケルコバルト合金は、コバルト粉末の特性を利用し、以下の条件に対する材料の耐性を大幅に向上させます：

• 熱疲労：急激な温度変化に耐える能力（航空機の離着陸時にはこれが当たり前）。
• クリープ：高温・高熱下で、変形することなく機械的応力に長時間耐える能力。
• 酸化：高地や高温での腐食を防ぐ。

高強度永久磁石の製造

最後に、コバルトの磁気特性は、高強度永久磁石の製造に理想的である。

コバルト粉末は、他の金属（アルニコ磁石Alnicoやサマリウムコバルト磁石SmCoなど）と合金にすると、強力な磁場を持つ磁石の製造に役立ちます。さらに重要なのは、これらの磁石は高温でも減磁しにくいということです。私のキャリアを通じて、モーターやセンサー、さまざまな電子アクチュエーターが高温でも磁気的安定性を維持する必要がある場合、サマリウム・コバルト磁石が好まれることがよくあります。

執筆者：デビッド・ミラー

粉末冶金と工業材料の分野で10年以上の経験を持つ私は、金属粉末の用途分析を専門としています。コバルトのような重要な元素が現代の製造業をどのように動かしているかを説明することに専念しています。