モリブデン・チタン粉末

モリブデン・チタン粉末の概要

モリブデンチタン粉 アトマイズ処理によって生成される各元素の微細な金属粒子を指す。高い強度、硬度、耐熱性を示す。

このパウダーは、高性能合金を製造するために単独で、あるいはブレンドとして使用される。粒度分布が制御されているため、金属3Dプリンティングで複雑なニアネットシェイプのコンポーネントを層から構築することができます。

モリブデン粉末とチタン粉末の主な特徴：

モリブデンパウダー

• 優れた耐クリープ性と高温安定性
• 低熱膨張係数
• 高い硬度と耐摩耗性
• 鋼や超合金を強化する合金添加物として使用される。

チタンパウダー

• 構造用金属として極めて強靭でありながら軽量
• 優れた耐食性
• 医療用インプラントの生体適合性
• 反応性があり、制御された処理が必要

ブレンド/合金粉末

• 各元素の有益な特性を組み合わせる
• 材料性能のカスタマイズが可能
• 最適化された3Dプリントパラメータが必要

AMによって組成を操作することで、極限環境に適した優れた特性を持つ革新的な合金を作り出すことができる。

モリブデンとチタン粉末の種類

モリブデンとチタンの粉末は、金属積層造形用に様々な種類が市販されている：

パウダーバリエーション	特徴	一般的な用途
モリブデン	純および合金グレード	モリ合金、触媒のAM
チタン Ti-6Al-4V	航空宇宙合金	耐荷重航空構造
チタン Ti-6Al-7Nb	生体適合性α-β合金	医療用インプラント、補綴物
Mo-Ti元素ブレンド	カスタム合金組成	高度なエンジニアリング・アプリケーション
Mo-Tiマスター合金	プレアロイブレンド	簡素化されたAM処理

元素の形では、モリブデンは高温硬度を提供し、チタンは強度と耐食性に寄与する。AMによって両者を組み合わせることで、総合的な性能が向上した革新的な合金を作り出すことができる。

組成/合金

モリブデン粉末とチタン粉末の公称組成は以下の通り：

モリブデンパウダー

エレメント	組成範囲
モリブデン (Mo)	99%以上
酸素 (O)	0.01%以下
カーボン（C）	0.01%以下
鉄（Fe）	0.01%以下
その他の金属	0.01%以下

AMや下流工程での再現性には高純度が要求される。汚染は材料特性に悪影響を及ぼします。

チタン Ti-6Al-4V

エレメント	重量 %
チタン（Ti）	バランス
アルミニウム（Al）	5.5-6.75
バナジウム (V)	3.5-4.5
鉄（Fe）	< 0.3
酸素 (O)	<0.2
その他の金属	<0.1

アルミニウムとバナジウムの少量の合金添加は、荷重を支える軽量構造物のためのチタンの強度を著しく向上させる。

Mo-Tiブレンド粉末の場合、相対比率を100% Moから100% Tiまで変化させることができ、カスタマイズされた合金を作ることができる。元素混合粉末とプレアロイ混合粉末の両方を使用することで、組成の無制限の自由度により、これまで未開拓の合金をAMで開発することができる。

の性質 モリブデンチタン粉

モリブデンパウダー

物理的性質
密度	10.22g/cm3
融点	2610°C
熱伝導率	138W/mK
電気抵抗率	5.5 μΩ-cm
熱膨張係数	5.3 μm/m-°C

機械的特性
硬度	~300 HV
極限引張強さ	600-800 MPa
降伏強さ（0.2%オフセット）	500+ MPa
伸び	30-50%
弾性係数	325 GPa

モリブデン粉末は、AM技術を使って非常に硬く耐熱性のある合金を製造することを可能にします。部品は、1000℃を超える高温での酸化、腐食、摩擦摩耗の条件下でも高い強度を維持します。

チタンTi-6Al-4Vパウダー

物理的性質	価値観
密度	4.43 g/cm3
融点	1604-1660°C
熱伝導率	7.2 W/mK
電気抵抗率	170 μΩ-cm
熱膨張係数	8.6 μm/m-°C

機械的特性	建設中	アニール
引張強度	1050 MPa	950 MPa
降伏強さ（0.2%オフセット）	900 MPa	850MPa
伸び	~15%	~20%
硬度	~350 HV	~300 HV

高強度と適度な延性の絶妙なバランスにより、この合金はロケットエンジン、機体、タービンなどの重要な印刷部品として非常に人気の高い航空宇宙用合金となっている。

モリブデン粉末とチタン粉末を異なる比率でブレンドすることで、それぞれの特性を組み合わせたカスタマイズ合金を実現することができる。

モリブデン・チタン粉末の用途

アプリケーションエリア	レバレッジ物件	例
航空宇宙・防衛	高い強度対重量比、優れた耐熱性	- 航空機エンジン部品（ディスク、ブレード） <br> - ミサイル薬莢 - ヒートシールド
バイオメディカル	生体適合性、良好な耐食性、高強度	- 整形外科用インプラント（人工股関節、膝関節） - 歯科インプラント - 手術器具
化学処理	耐食性、良好な加工性	- 化学反応器および容器 - 熱交換器 - 攪拌機シャフト
電子・電気	高い導電性、良好な熱安定性	- 電気接点およびコネクタ - ハイパワー抵抗器 - 放電加工用電極
アディティブ・マニュファクチャリング	カスタマイズ可能な特性、複雑な形状も可能	- 航空宇宙および自動車用軽量高性能部品 - カスタマイズされた構造を持つ生体適合性インプラント - 効率的な熱管理のための複雑な熱交換器

モリブデン・チタン粉末の仕様

モリブデンとチタンの粉末は、業界で認められている規格に従って、正確な化学的要件と積層造形用の厳しい品質仕様を満たす必要があります：

化学純度標準

パウダーグレード	スタンダード
モリブデン	ASTM B393
チタン Ti-6Al-4V	ASTM F2924
チタン Ti-6Al-7Nb	ASTM F3001

代表的な粉体特性

属性	必要条件	試験方法
粒子形状	主に球形	ASTM B822によるSEMイメージング
見かけ密度	2～5 g/cc	MPIF 04またはASTM B212
流量	>ホールフローテストで30秒以上	ASTM B213
粒度分布	AMプロセスに最適化されたD10、D50、D90	ASTM B822
発火損失（LOI）	低酸素／窒素	不活性ガス融解分析
微細構造	欠陥なし、衛星なし	高倍率SEM

この要件は、均一な溶融挙動、欠陥のない製造、再現可能な最終部品の特性を保証することを目的としている。

グローバルサプライヤー

多くの老舗メーカーがAM用途にモリブデンやチタンの粉末を提供している：

モリブデンパウダー

会社概要	ブランド名	製造方法
H.C.スタルク	モ	電解
モリメット	ピュアモ	水素還元
プランゼー	モリパウダー	カルシウム減少
中西部タングステン	テロモリ	カルシウム減少

チタンパウダー

会社概要	対象学年	生産方法
エーピーアンドシー	Ti-6Al-4V、その他のTi合金	プラズマ霧化
カーペンター添加剤	Ti-6Al-4V	プラズマ霧化
サンドビック	Ti6Al4V ELI, Ti6Al4V ELI-0406	プラズマ霧化
テクナ	Ti-6Al-4V, Ti 6Al-7Nb	プラズマ霧化
TLSテクニーク	Ti6Al4V、Ti6Al4V ELI、Tiグレード23	ガス、プラズマ霧化

定評のある金属粉末メーカーも、AM粉末の専門メーカーも、要求の厳しい業界仕様に合わせてこれらの材料を提供している。

価格 モリブデンチタン粉

金属AMで広く使用されている材料として、モリブデンとチタン粉末の価格指標が公表されている：

モリブデンパウダー

粒子径	価格帯
10-45 μm	1kgあたり$40～$60
15-53 μm	1kgあたり$50～$70
カスタムサイズ	> kgあたり$100

チタンTi-6Al-4Vパウダー

粒子径	価格帯
15-45 μm	$150〜$450/kg
45-100 μm	$100〜$350/kg
カスタムサイズ	> kgあたり$500

価格は、品質等級、ロットサイズ、流通範囲、プラズマとガスの霧化、購入量によって異なる。大口および契約価格は通常、サプライヤーと直接交渉される。

AMによるモリブデンとチタン合金の長所と短所

特徴	モリブデン合金 (AM)	チタン合金（AM）
強さ	高温での強度と耐クリープ性が非常に高い。航空宇宙やエネルギー分野での高性能用途に最適。	優れた強度対重量比。鋼鉄よりも軽く、同等の強度を持つため、航空宇宙、自動車、生物医学の分野で重宝されている。
重量	チタンに比べると比較的密度が高いが、他の多くの高性能金属に比べるとまだ軽い。	スチールより大幅に軽く、重量が重要な用途で大幅な軽量化を実現。
耐食性	一般に耐食性に優れ、特に還元性環境ではその傾向が強い。しかし、高温では酸化の影響を受けやすい。	海水や人体体液を含む様々な環境下で優れた耐食性を発揮。海洋用途や生物医学インプラントに適した素材。
生体適合性	体内でモリブデンイオンが放出される可能性があるため、生体適合性には限界がある。ほとんどの医療用インプラントには不向き。	生体適合性に優れ、インプラントや補綴物に適している。
高温性能	高温下でも強度と耐クリープ性を維持し、ジェットエンジンの高温部やその他の過酷な環境での使用を可能にする。	高温でも良好な機械的特性を維持できるが、モリブデン合金ほどではない。
熱伝導率	熱伝導率が非常に高く、高温用途での効率的な放熱が可能。	熱伝導率は中程度で、モリブデンよりは低いが、多くの用途には十分。
アディティブ・マニュファクチャリング（AM）の印刷可能性	モリブデン粉末は融点が高く反応性が高いため、加工が難しい場合があります。電子ビーム溶解（EBM）のような特殊なAM技術を必要とする。	選択的レーザー溶融(SLM)や電子ビーム溶融(EBM)のような様々なAM技術を使用して、より容易に印刷可能です。粉末特性と印刷性は、特定のチタン合金によって異なる場合があります。
コスト	モリブデンは比較的豊富な元素だが、特殊な装置や取り扱いが必要なため、AMプロセスは高価になりやすい。	チタン自体はモリブデンよりも高価な元素である。しかし、AM技術の進歩により、チタン部品のコストは下がりつつある。
表面仕上げ	AMで製造されたモリブデン部品は、表面仕上げが粗くなることがあり、追加の後処理工程が必要になる。	AMチタン部品は、使用される特定のAMプロセスとパラメータに応じて、良好な表面仕上げを達成することができます。
アプリケーション	- ジェットエンジンおよびロケットエンジンの高温部品 - 熱交換器 - 高温溶解プロセス用モリブデンるつぼ	- 航空宇宙部品（航空機部品、着陸装置） - バイオメディカルインプラント（人工膝関節、人工股関節） - 自動車部品（コネクティングロッド、サスペンション部品） - スポーツ用品（ゴルフクラブ、自転車フレーム）

モリブデンとチタンの粉末はどのように作られるのか？

高度なガスアトマイズプロセスは、粒子形状、粒子径範囲、化学的純度などの重要な特性を正確に制御しながら、微細な金属粉末を製造する。

ガス噴霧

高純度のインゴットを不活性雰囲気中で誘導溶解し、液体金属流を専用のアトマイズ容器に注ぎます。強力なアルゴンまたは窒素ガスジェットが金属を微細な液滴に霧化し、急速に凝固して粉末にします。

ガスフローパラメーターと冷却速度を最適化することで、所望の粒度分布を持つ球状粒子が得られる。その後、粉末はさまざまなAMプロセスに必要なさまざまなサイズ分類にふるい分けられる。

追加処理

酸素レベルを下げるための脱ガス、急速な凝固による内部応力を低減するためのアニール、特定のサイズ範囲を得るための他の粉末分画とのブレンドなど、粉末特性を向上させるためのさらなるステップが取られることもある。

粉末は最終的に不活性雰囲気下で包装され、顧客への出荷前に酸化を防ぐ。取り扱いと保管のプロトコルは、下流の金属AM加工中の吸湿や汚染を防ぎます。

モリブデンとチタンのバインダージェットと粉体ベッド融合の比較

モリブデンおよびチタン合金は、バインダージェットとパウダーベッド融合の両方のカテゴリーを使用して印刷することができる：

アスペクト	バインダー・ジェット	パウダーベッド・フュージョン
ビルド方法	液体結合剤	レーザー／電子ビーム溶解
決議	~100 μm	~50 μm
多孔性	より高く、浸透が必要	より低い、99%+密度
表面仕上げ	粗い、加工が必要	中程度、仕上げが必要な場合あり
機械的特性	低い。	より高く、より均一
寸法精度	収縮を伴う±0.3%	±0.1%以上
後処理	脱バインダー、焼結、HIP	サポート除去、熱処理
ビルド・サイズ	工業規模	小型チャンバー
所要時間	日々	時間～1～2日
経済学	より低い部品コスト、より高い生産量	数量が少なく、高価なハードウェア

バインダージェッティングは、スピードと低コストのため、デザインコンセプトモデルに適しています。粉末床溶融は、優れた特性を持つ忠実度の高い最終使用部品を作成します。

モリブデンチタン合金 - 展望

特徴	説明	メリット	潜在的な課題
優れた機械的特性	モリブデン(Mo)はチタン(Ti)を強化し、卓越した強度重量比、高い耐クリープ性(高温での応力下での変形に対する耐性)、優れた疲労強度(繰り返し荷重下での破壊に対する耐性)を持つ合金を作り出す。	- 軽量でありながら堅牢な部品を必要とする用途、特に高温下での使用に最適。- 重い代替品に比べ、同レベルの強度に必要な材料が少ないため、効率的な設計が可能。	- モリブデンの添加は合金の延性(塑性変形する能力)を低下させ、複雑な形状の成形性を制限する可能性がある。- これらの合金の加工は複雑で特殊な技術を必要とする場合があり、費用対効果に影響を与える可能性がある。
強化された高温性能	モリブデンの高い融点は、合金化されていないチタンと比較して、Ti-Mo合金の最高使用温度を上昇させます。	- ジェットエンジン、ロケット部品、高性能炉などの極端な高温環境での使用を可能にします。- 要求の厳しい熱的用途において、部品寿命の延長を実現します。	- Ti-Mo合金の中には、高温で酸素と反応しにくい耐酸化性が懸念されるものがある。合金添加や表面処理によって酸化挙動を改善する研究が進行中である。
電気伝導度アプリケーション	特定のTi-Mo合金、特にMo含有量の多い合金は、良好な導電性を示す。	- 電極、電気接点、高電力抵抗器など、電流伝送を必要とする用途に有用。- 特定のシナリオにおいて、銅のような従来の導体に代わる可能性のある材料を提供する。	- チタン・モリブデン合金の電気伝導率は、純銅の電気伝導率とは必ずしも一致しない場合がありま す。- 低温では脆くなるため、極低温での使用は制限されます。
新たな積層造形の可能性	3Dプリンティングのような積層造形技術に適合するTi-Mo合金粉末の開発は、複雑な部品設計や軽量構造の新たな可能性を開く。	- 複雑な形状や格子構造の作成が可能で、軽量化や性能向上につながる可能性がある。- 従来の製造方法に比べ、設計の自由度が高い。	- Ti-Mo合金の粉末製造と印刷適性の最適化は、現在進行中の研究分野である。- 積層造形プロセス全体で一貫した材料特性と品質管理を確保するには、さらなる開発が必要です。
市場の成長と発展	Ti-Mo合金の世界市場は、航空宇宙、生物医学、エネルギー分野での需要増加により、安定した成長が予測されている。	- これらの産業における軽量で高性能な材料への需要の高まりが、市場拡大の原動力となっている。- 加工と製造方法における技術的進歩は、費用対効果をさらに改善し、応用の可能性を広げることができる。	- アルミニウムや高性能鋼のような確立された材料との競争は、特定の分野での市場シェアを制限する可能性がある。- モリブデンとチタンの価格の変動は、Ti-Mo合金の全体的なコストに影響を与える可能性がある。

よくあるご質問

Q：モリブデンは何に使われるのですか？

A: 優れた高温特性を持つモリブデンは、航空宇宙、発電、炉の建設、ミサイル部品など、要求の厳しい用途で使用される耐熱鋼や超合金を強化する合金添加物として主に使用されている。

Q：モリブデンに毒性はありますか？

A: 元素モリブデンとその合金は一般的に毒性レベルが低く、工学的用途には安全である。しかし、一部のモリブデン化合物は、長時間吸入した場合、発ガン性の可能性があり、取り扱いや機械加工時に保護具を使用する必要があります。

Q: チタンは高価ですか？

A: チタン合金は、鋼やアルミニウム合金に比べて原材料費が高いです。しかしながら、AM製造におけるBuy-to-Fly比は1に近づいており、完成したチタン部品のコストは、新しい技術や設計を採用する意欲のある航空宇宙のような産業にとって経済的なものとなり得ます。

Q: チタンがインプラントに理想的な理由は何ですか？

A: チタン合金の生体適合性は、その高い強度対重量比と相まって、人骨の代替に理想的です。NbやTaのような生体適合性のあるβ安定剤と合金化することで、弾性率を骨の弾性率に近づけることができ、荷重を支えるインプラントの寿命を向上させることができます。

Q: モリブデンとチタンにはどの3Dプリント工程が使われますか？

A: 最終用途の高性能部品には、選択的レーザー溶解（SLM）や電子ビーム溶解（EBM）のような粉末溶融技術が主に使用されています。高温の熱源により、エンジニアリング用途に適した優れた特性を持つ完全密度に近い造形を実現します。

Q: なぜモリブデンとチタン粉末をブレンドするのですか？

A: モリブデンは高温硬度、耐クリープ性、工具鋼のような特性を高め、チタンは優れた耐食性と低密度の特性をもたらします。これらの粉末をAMで直接ブレンドして作られたカスタム合金は、高度な用途に理想的な組み合わせです。

より多くの3Dプリントプロセスを知る