코발트 분말은 어디에 사용되나요?

코발트 분말은 산화코발트의 환원으로부터 생성되는 자유 유동성 회색 금속 분말로, 주로 고성능 산업 응용 분야에서 중요한 결합제 및 합금 원소로 사용됩니다. 가장 중요한 용도는 초경합금(경금속) 제조에 사용되며, 텅스텐 카바이드 입자를 하나로 묶어주는 바인더 상으로 작용하여 필수적인 인성과 내충격성을 제공합니다. 또한 코발트 분말은 다이아몬드 공구(석재 및 콘크리트 절단용)의 매트릭스 재료, 충전식 리튬 이온 배터리의 음극의 핵심 활성 물질, 항공우주 제트 엔진용 고온 초합금의 첨가제, 고강도 영구 자석 생산에 광범위하게 사용됩니다.

코발트 분말의 구성 및 생산 공정

"유동성이 좋은 회색 금속 분말"로 정의되기 때문에 "유동성"이라는 세 단어 뒤에는 많은 양의 공정 제어가 있습니다. 코발트 분말의 생산 공정은 주로 산화 코발트의 정밀 환원을 포함합니다.

이 화학 공정에서 제조업체는 분말의 입자 크기와 순도를 엄격하게 제어해야 하며, 분말의 유동성과 부피 밀도로 인해 후속 산업 제조 공정에서 합금 원소로서의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 입자 크기 분포(PSD)가 표준에서 약간 벗어나면 후속 소결 품질이 크게 저하됩니다.

초경합금

이 분야에서 바인더 단계로서 코발트 파우더의 역할은 현재 거의 대체할 수 없습니다.

• 결합 기능: 텅스텐 카바이드 입자 자체는 매우 단단하지만 자연적으로 부서지기 쉬우므로 단독으로 사용할 수 없습니다. 코발트 분말은 소결 과정에서 금속 '접착제' 역할을 하여 입자를 단단히 고정합니다.
• 인성 및 내충격성: 코발트는 카바이드 입자 사이의 빈 공간을 메워 완성된 소재에 필요한 인성과 내충격성을 부여합니다. 코발트가 없으면 텅스텐 카바이드로 만든 공구는 고속 가공이나 드릴링의 높은 응력 하에서 순간적으로 부서질 수 있습니다. 따라서 절삭 공구, 드릴 및 채굴 장비의 경우 코발트 분말은 공구의 '골격'입니다.

다이아몬드 도구의 매트릭스 재질

바인더와 함께 코발트 파우더는 다이아몬드 공구의 매트릭스 재료로도 널리 사용됩니다. 이러한 유형의 공구는 일반적으로 석재 및 콘크리트 절단과 같은 고강도 작업에 사용됩니다.

이 응용 분야에서 코발트 파우더는 금속 매트릭스를 형성하여 산업용 다이아몬드를 제자리에 물리적으로 "잡아주는" 역할을 합니다. 하지만 코발트 파우더의 내마모성과 다이아몬드의 마모율이 완벽하게 일치하도록 공식에 따라 조정해야 한다는 매우 영리한 기술적 요점이 있습니다.

이 매치는 다이아몬드가 무뎌지면 코발트 기판이 그에 따라 마모되어 새롭고 날카로운 다이아몬드 모서리를 드러내고 공구의 절삭 효율을 유지할 수 있도록 보장합니다. 동시에 고가의 다이아몬드 입자가 무거운 건설 작업에서 조기에 떨어지는 것을 방지하기 위해 매우 높은 유지력을 가져야 합니다.

충전식 리튬 이온 배터리 양극

코발트 분말은 야금 분야를 넘어 현대 에너지 저장 분야에서도 중요한 역할을 하고 있습니다. 코발트는 충전식 리튬 이온 배터리의 양극에 사용되는 핵심 활성 물질입니다.

코발트의 화학적 안정성은 배터리의 에너지 밀도를 높여 휴대용 전자기기와 전기 자동차의 성능에 결정적인 역할을 합니다. 코발트를 양극 소재(예: 리튬 코발트산염)로 가공하면 충전-방전 주기 동안 리튬 이온이 효율적으로 이동할 수 있습니다. 이 소재를 적용하면 배터리의 수명이 길어지고 열 성능이 안정적으로 유지되므로 디바이스를 더 오래 사용할 수 있고 쉽게 고장 나지 않습니다.

고온 고온 합금용 첨가제

항공우주 분야에서는 소재 성능에 타협할 여지가 없습니다. 코발트 분말은 특히 항공 제트 엔진 제조에 사용되는 고온 초합금에서 중요한 첨가제입니다.

제트 엔진의 작동 온도는 매우 높기 때문에 일반 금속이 들어가면 바로 녹거나 변형됩니다. 코발트 기반 초합금 또는 니켈-코발트 합금은 코발트 분말의 특성을 사용하여 다음 조건에 대한 재료의 저항성을 크게 향상시킵니다:

• 열 피로: 급격한 온도 변화를 견딜 수 있는 능력(항공기가 이착륙할 때 주로 발생하는 현상).
• 크리프: 고온 및 고열에서 변형 없이 장시간 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 능력입니다.
• 산화: 높은 고도 및 고온에서 부식을 방지합니다.

고강도 영구 자석 생산

마지막으로 코발트의 자기적 특성은 고강도 영구 자석을 제작하는 데 이상적입니다.

코발트 분말을 다른 금속(예: 알니코 자석 알니코 또는 사마륨 코발트 자석 SmCo)과 합금하면 강한 자기장을 가진 자석을 만드는 데 도움이 됩니다. 하지만 더 중요한 것은 이 자석이 고온에서도 자성을 잃지 않는다는 점입니다. 모터, 센서 및 다양한 전자 액추에이터가 고온에서 자기 안정성을 유지해야 하는 경우 사마륨-코발트 자석이 선호되는 경우가 많습니다.

저자: 데이비드 밀러

분말 야금 및 산업 재료 분야에서 10년 이상의 경력을 쌓은 저는 금속 분말의 응용 분야를 전문적으로 분석합니다. 저는 코발트와 같은 핵심 원소가 현대 제조업을 어떻게 주도하는지 설명하는 데 전념하고 있습니다.