極低温ボールミルのカップとボールに最適な材料を探しています

私は、最初に極低温でボールミルで粉砕しなければならない一連の合金を使用しています。汚染が材料に混入しないようにすることが重要であり、この目的を確実にするために慎重な手順が取られます。

残念ながら、RBSラボを介して一連のサンプルを実行し、PIXEを介して再度実行すると、FeとCrの汚染があることがわかりました。最初は、サンプルの準備に使用した切削工具に由来すると考えられていたため、EDMを使用してカットした別のサンプルを実行しました。結果は同じでした。材料がステンレス鋼と接触する他の唯一の接触は、ボールミリングステップからのものです。

カップとボールに440Cを使用していましたが、この用途には316Lの方が適していると思われます。440Cは通常低温でうまく機能しないことを知っていますが、それは他のラボが使用していることなので、このタイプの問題があるとは思っていませんでした。

新しいカップとボールの材料で考慮すべきことは、機械加工性、コスト、入手可能性、極低温特性、耐振動性および耐疲労性、および密封能力です（カップは不活性Ar雰囲気で満たされています）。別の可能性は、現在の440C材料の熱処理ですが、その点で最善のアプローチが何であるかはわかりません。

コストが極端なものでない場合は、ボールにCo + WCメイクアップを使用し、低温プラスチックカップを使用してボールとカップの間を擦ることで汚染を最小限に抑えることができます。

WCは非常に熱的に安定しており、信じられないほど高い表面硬度を持っています（密度は言うまでもありません）。Coバインダーがストレスに耐えられる限り（または別の適切なバインダーを見つけることができる限り）、ミリングボールの密度と硬度の増加によるミリング時間/効率の加速とともに、はるかに低い汚染を享受する必要があります。

WCは粉末の形で容易に入手でき、溶融Co（またはNi）を加熱および注入して「濡らす」ことができる機械を使用して成形および焼結する準備ができています。Coが汚染または処理コストのために受け入れられないことが判明した場合、WCパウダーをウェット/バインドするために、常に低アウトガス、低温定格のエポキシを使用できます（私が考えているように、いずれにせよよりうまくいくかもしれません）。

私はこれについて回答とコメントの間で議論しましたが、最終的には不完全な答えではありますが、それは答えのようなものだと思います。

あなたが解決しようとしている主な問題は、ボールミリングプロセス中にボール/カップなどからの物質移動を防ぐことであるように思えます。必ずしも材料を変更する必要はないと思います。おそらく、既存のコンポーネントにPVDまたはCVDコーティングを追加するだけで解決することさえできるでしょう。

DLC（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングが最初に思い浮かびます。

しかし、潜在的にあなたに役立つ可能性のあるコーティングがたくさんあると思います。DLCコーティングは非常に硬く、耐摩耗性があります（「ダイヤモンドのような」名前が示唆するように）。それらは剥がれたり欠けたりせず、最終用途や「汚染なし」要件の性質はわかりませんが、これらのコーティングはほとんどすべての有機化学物質や合成化学物質に対して完全に不活性であり、人体に対しても完全に不活性です。上手。

このアプリケーションでは、ta-Cまたはta-C：Hコーティングがうまく機能すると思います。非常に硬く耐摩耗性があるはずの別のDLCですが、個人的な経験はありませんが、UNCD（ultrananocrystalline diamond）です。

また、TiNやTiAlNなどの従来のツールコーティングが適している場合があります。アプリケーションに最適なコーティングについては推奨できません。私はコーティングエンジニアではなく、過去に自分の用途にこれらのタイプのコーティングを使用した経験が豊富なエンジニアです。

440Cの主な利点は、焼入れ性が高いことです。

最大約60ロックウェルCの硬度を持つ440Cは、多くの工具鋼に匹敵するステンレスです。

この素材を焼きなまし状態で使用しているようですが、私には疑問です。この材料は通常、焼入れ性が高いために選択されます-焼鈍状態では一般的に使用されません（私の知る限り）。

他の同様のデザインで一般的に使用されているため、この素材を選択したようです。これらのデザインでこの素材がどのような条件で使用されているのでしょうか。

他のデザインのいずれかから440Cコンポーネントを入手できる場合は、ロックウェルテストを行って、熱処理されているかどうかを確認します。私は熱処理されてそれにお金をかけるでしょう。アニーリングされた材料はおそらく20代から30代のロックウェルCにあり、熱処理された材料は50代になります。

ロックウェルテストを行う場合は、球体をテストするのが難しく、不正確な読み取り値を与える可能性があるため、フラットでコンポーネントを試してみてください。

熱処理を始める場所については、Carpenterのデータシートは通常かなり信頼できると思います。440Cの推奨事項は次のとおりです。

• HARDEN： 1850 /1950ºF（1010 /1066ºC）まで加熱します。浸漬; 温かいオイルで急冷するか、空気で冷却します。硬度は≈60HRCになります。過熱しないでください。最大の硬度に達することはできません。
• 焼戻し：ピーク応力を除去し、最大硬度を維持するには、300 /350ºF（149 /177ºC）で少なくとも1時間焼戻します。

あなたが熱処理を探しているなら、私はおそらくそこから始めるでしょう。

私は316が良い選択だとは思わない

440Cよりもはるかに柔らかい（ゴムの）素材なので、素材の移動の問題を悪化させると思います。

さて、これは不完全な答えだと言いましたが、

なぜなら、それがあなたの質問に直接答えることを私は知らないからです。それは可能な解決策への道を提供しますが、アプリケーションの正確なニーズをコーティングの専門家と話し合い、彼らの言うことを見る必要があるため、不完全です。

たとえば、これらのコーティングが極低温でどのように機能するか、またはボールミルプロセスで使用される研磨剤でどのコーティングが最適に機能するかについては知りません。

DLCコーティングを使用して、私が働いているいくつかのユニークな問題を解決し、代替手段を見つけることができなかったと思われることを可能にしました。

また、評判の良い信頼できるコーティングベンダーを見つけることが、このテクノロジーを私に適合させることの最も困難な部分であると言いたかったのです。それは非常に困難な挑戦になる可能性があるため、私は出発点としてのみ提案を提供し、エリコンバルザースとの良好な経験を個人的に持っていること以外、これ以上の支持を得ることはありません。ベンダーの推奨に関するポリシーがわからず、どのベンダーとも提携していません。ポリシーに違反する場合は、この回答を編集してベンダー名を削除してください。

誰と取引をするかに関係なく、アプリケーションエンジニアの1人に、アプリケーションの特定のニーズについて話し、推奨されるコーティングを確認することを強くお勧めします。

最後の考え

PVD / CVDコーティングは本質的にトライボロジーです。他の材料との界面に影響しますが、ベース基板の特性は変わりません。

軸受の設計について話すとき、一般に埋め込み性と呼ばれる特性があります。これは基本的に、異物を吸収する（またはそれ自体に埋め込む）軸受材料の能力を指します。

あなたのデザインの性質についてもっと知ることなく、私の腸は、あなたがボール/カップなどがあなたが粉砕しようとしている合金のいくらかの量を埋め込むことになるので、これが起こることを望まないことを教えてくれます。これが望ましいとは思えない。これは、316が適切でない選択だと思うもう1つの理由です。

埋め込み性を低下させるには、より硬い素材が必要です。

440Cコンポーネントを最初に熱処理し、その後PVDコーティングを適用して、用途に合わせて最適な特性の組み合わせを取得することをお勧めします。私は、コーティングエンジニアに、あなたのアプリケーションにどのコーティングが機能するかについて確実に話します（温度、材料の適合性など）

アルミナボールをお勧めします（スチール合金ではありません）。

5トンのボールミルとラボで使用するポットミル（250グラム）を使用し、アルミナボールを使用しました。

アルミナボールは不活性（酸化済み）であるため、不純物が混入する可能性はありますが、FeやCrのように化学的に合金に影響を与えるとは考えていません。

アルミナボールの場合、摩耗率は非常に低くなります。毎日の使用では、3か月ごとに定期的にボールを補充するだけです。

アルミナボールは、極低温（CMIIW）にも使用できます。ただし、注意すべき点があります。ポットミルの温度は、粉砕後に非常に高温（ほぼ沸騰）になるため、極低温を維持するのが困難になる場合があります。