텅스텐 대 텅스텐 카바이드: 차이점은 무엇인가

텅스텐과 텅스텐 카바이드는 종종 같은 것으로 오해받지만, 유사한 이름 아래에는 두 가지를 구별하는 뚜렷한 특성이 있습니다. 둘 다 희귀 금속 원소인 텅스텐에서 유래하지만, 텅스텐 카바이드에 탄소 원자를 추가하면 고유한 특성을 가진 독특한 화합물이 생성됩니다.

이 블로그 게시물에서는 텅스텐과 텅스텐 카바이드의 주요 차이점을 자세히 살펴보고 경도, 취성, 밀도, 내식성 및 비용과 같은 요소를 살펴보겠습니다.

텅스텐이란?

텅스텐은 화학 기호 W로도 알려져 있으며, 자연적으로 발생하는 금속 원소입니다. 지구 지각의 약 1.5ppm만을 차지하는 희귀 금속으로 간주됩니다. 텅스텐은 원자 번호 74이며 주기율표의 6주기, 6족에 위치하여 전이 금속에 속합니다.

순수한 원소 형태에서 텅스텐은 강철 회색에서 주석 흰색 금속입니다. 텅스텐은 모든 금속 중 가장 높은 녹는점(3422°C, 6192°F)과 가장 높은 인장 강도를 포함하여 몇 가지 주목할 만한 특성을 가지고 있습니다. 텅스텐은 또한 우라늄에 이어 모든 자연 발생 원소 중에서 두 번째로 높은 원자량(183.84 u)을 가지고 있습니다. 19.3 g/cm³의 밀도는 금(19.32 g/cm³)과 비슷하며 납(11.34 g/cm³)보다 훨씬 높습니다.

텅스텐 카바이드란 무엇인가

텅스텐 카바이드(WC)는 텅스텐과 탄소 원자가 동일한 비율로 포함된 무기 화합물입니다. 텅스텐 모노카바이드라고도 하며, 텅스텐의 가장 중요하고 널리 사용되는 카바이드입니다.

WC의 텅스텐과 탄소 원자는 육각형 결정 구조로 결합되어 세라믹과 같은 재료 특성을 보입니다. 모스 경도가 9~9.5인 텅스텐 카바이드는 다이아몬드의 경도에 가깝습니다(10). 탄소가 존재하기 때문에 순수한 텅스텐보다 낮지만 2,870°C(5,200°F)의 높은 녹는점을 가지고 있습니다.

텅스텐 카바이드용 바인더 유형

순수한 텅스텐 카바이드는 경도가 뛰어나지만, 부서지기 쉽고 특히 충격 시 깨지기 쉽습니다. 인성과 내구성을 개선하기 위해 텅스텐 카바이드 분말은 고체 부품으로 소결되기 전에 금속 바인더와 혼합됩니다.

코발트(Co)

코발트는 텅스텐 카바이드에 가장 널리 사용되는 바인더입니다. 종종 카바이드로 간단히 불리는 코발트 결합 텅스텐 카바이드는 절삭 공구 및 마모 부품의 산업 표준입니다. 코발트 함량은 일반적으로 중량 기준으로 3%에서 30% 사이이며, 코발트 비율이 높을수록 경도와 마모 저항성이 다소 떨어지지만 인성이 증가합니다. 코발트는 텅스텐 카바이드와 우수한 습윤 및 접착 특성을 가지고 있어 고밀도, 공극 없는 소결 부품을 생산할 수 있습니다.

니켈(Ni)

니켈은 텅스텐 카바이드 복합재에서 코발트의 대체 바인더로 사용할 수 있습니다. 코발트에 비해 니켈 바인더는 더 나은 내식성과 개선된 화학적 안정성을 제공하며, 특히 산성 환경에 대한 안정성이 뛰어납니다. 그러나 니켈 결합 카바이드는 경도와 내마모성 등급이 낮습니다. 니켈은 때때로 코발트와 함께 사용되어 텅스텐 카바이드 복합재의 특성을 미세 조정합니다.

기타 바인더

크롬 및 철과 같은 다른 금속은 밑창 바인더로 덜 일반적으로 사용되지만 코발트나 니켈과 결합하여 특정 속성을 부여할 수 있습니다.

• 크롬은 텅스텐 카바이드 복합재의 부식 및 산화 저항성을 향상시킵니다. 종종 니켈 바인더와 함께 사용됩니다.
• 철은 코발트 바인더에 대한 경제적인 대체재 또는 추가재로 사용될 수 있습니다. 페로텅스텐 카바이드는 코발트 결합 등급에 비해 경도는 낮지만 인성은 더 높습니다.

텅스텐과 텅스텐 카바이드의 차이점

경도 및 내구성

텅스텐 카바이드는 순수 텅스텐 금속보다 훨씬 단단합니다. 모스 경도 척도에서 텅스텐 카바이드는 약 9-9.5로 다이아몬드와 거의 같은 단단함을 보입니다(10). 반면 텅스텐은 경화 강철과 같은 다른 단단한 금속과 비슷한 약 7.5의 경도를 가지고 있습니다.

텅스텐 카바이드의 극한 경도는 뛰어난 내마모성과 내구성으로 이어집니다. 텅스텐 카바이드 도구와 구성 요소는 날카로운 모서리를 유지하고 까다로운 조건에서 텅스텐보다 마모에 더 잘 견딥니다. 그러나 텅스텐 카바이드의 경도는 또한 더 부서지기 쉽게 만듭니다.

취성 및 충격 저항성

텅스텐 카바이드의 우수한 경도에 대한 트레이드오프는 순수 텅스텐에 비해 취성이 증가한다는 것입니다. 텅스텐 금속은 비교적 연성이 있고 충격 저항성이 더 좋습니다. 깨지거나 파손되지 않고 더 강한 타격을 견딜 수 있습니다.

충격이나 진동이 심한 응용 분야에서는 텅스텐이 더 나은 선택인 경우가 많습니다. 텅스텐 카바이드는 절삭 공구, 다이, 연마재와 같이 극도의 내마모성이 필요하지만 충격력이 낮은 곳에 더 적합합니다.

밀도와 무게

텅스텐은 밀도가 19.3 g/cm³로 납의 약 1.7배로 가장 밀도가 높은 금속 중 하나입니다.

텅스텐 카바이드는 약 15.6g/cm³로 밀도가 약간 낮지만, 강철(7.8g/cm³)보다 여전히 훨씬 무겁습니다.

부식 저항

텅스텐과 텅스텐 카바이드는 표면에 얇은 산화물 층이 형성되어 내식성이 좋습니다. 그러나 텅스텐 카바이드는 일반적으로 코발트나 니켈 바인더를 가지고 있어 특정 환경, 특히 산성 조건에서 부식되기 쉽습니다.

순수 텅스텐은 일반적으로 더 광범위한 환경에서 더 나은 내식성을 제공합니다. 가장 까다로운 응용 분야의 경우 순수 텅스텐 또는 텅스텐 합금이 일반적으로 카바이드보다 선호됩니다.

내열성

텅스텐은 3422°C(6192°F)로 모든 금속 중 가장 높은 녹는점을 가지고 있습니다. 이는 조명 필라멘트, 로켓 엔진 노즐, 용접 전극과 같은 매우 높은 온도의 응용 분야에 이상적입니다.

텅스텐 카바이드는 2870°C(5198°F) 정도로 낮은 녹는점을 가지고 있지만, 이는 대부분의 다른 재료에 비하면 여전히 예외적으로 높습니다. 텅스텐 카바이드는 높은 온도에서도 대부분의 경도와 강도를 유지합니다.

전기 전도도

순수 텅스텐은 전기의 좋은 도체이며 종종 전기 접점과 전극에 사용됩니다. 저항률은 5.6 μΩ·cm로 니켈과 탄소강보다 낮습니다.

대조적으로, 텅스텐 카바이드는 전기 절연체에 더 가깝고, 바인더 재료에 따라 약 20 μΩ·cm 이상으로 훨씬 더 높은 저항률을 보입니다. 시멘트 카바이드의 코발트 바인더는 약간의 전도성을 제공하지만 순수한 텅스텐보다 훨씬 낮습니다.

모습

순수한 텅스텐은 다른 금속과 비슷하게 회백색의 금속 광택을 띤다.

텅스텐 카바이드는 탄소 함량과 바인더 재료로 인해 일반적으로 무광 회색, 숯색입니다. 정확한 색조는 텅스텐과 카바이드의 비율과 특정 바인더 구성에 따라 다를 수 있습니다.

비용

텅스텐 카바이드 분말은 단위 부피당 텅스텐 사용량이 적기 때문에 순수 텅스텐보다 저렴합니다.

그러나 텅스텐 카바이드 구성 요소의 가공 및 소결은 더 비싸고 에너지 집약적인 경향이 있습니다. 카바이드의 취성 특성은 또한 가공 작업에서 더 많은 낭비로 이어집니다. 따라서 일반적으로 완성된 텅스텐 카바이드 부품은 순수 텅스텐보다 비쌉니다.