タングステン合金　カラー

タングステン合金材料の切削加工

タングステンの特徴

①高い耐熱性

タングステンの融点は、3422℃と、金属の中で最も融点が高いと言われています。その高い耐熱性から、熱処理炉など超高温下で使用される材料として広く活用されています。また、熱膨張率が低く、超高温での形状安定性が極めて高いという点も、タングステンの特徴の一つと言えます。

②高密度で加工が難しい

タングステンの金属密度（比重）は19.3g/cm3と、金とほぼ同じであり、鉄の約2.5倍、鉛と比べても、1.7倍となります。タングステンという言葉は、スウェーデン語で「重い石」という意を持つのですが、その名の通り、非常に重い金属となっています。また、金属密度が高いことから、放射線遮へい能力に優れているという特徴を持ちます。鉛も同様に、X線やガンマ線などの放射線の遮へい材にもなるのですが、環境負荷が大きく、人体への影響も大きいというデメリットがあります。一方で、タングステンは環境負荷が小さく、さらに放射線遮へい能力においても、鉛より高いため、X線CTなどの医療分野で活躍しています。このように、普段身近に感じない金属ですが、工業用、医療用として私達の生活に密接に関係があります。また、タングステンは硬度が高いという特徴も持っています。炭素などと結びつくことで、さらに硬度が高くなり、モース硬度ではダイヤモンドの10に次ぐ、9にランクされます。タングステンの炭化物であるWC（タングステンカーバイド）はそのように、非常に硬度が高いことから、ドリルや旋盤など、金属の切削工具として広く利用されています。

タングステン合金の種類

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タングステンを主成分とした合金は、今までに数多く開発されています。具体的には、二成分系のタングステン-銅(W-Cu)、タングステン-銀(W-Ag)、三成分系のタングステン-ニッケル-銅(W-Cu-Ni)やタングステン-ニッケル-鉄合金(W-Fe-Ni)などがあります。三成分系のW-Cu-Ni系合金、W-Fe-Ni系合金はヘビーアロイとも呼ばれます。ヘビーアロイの特徴について、W-Cu-Ni系合金は非磁性ですが、熱伝導性に優れています。一方で、W-Fe-Ni系合金にはほんの少し磁性があり、引張強度や伸びに優れた性質を示します。また、ヘビーアロイを製造する際に、使用するタングステンの粒径、添加する金属の種類、金属の組成比などをコントロールすることで、様々な性質を有する合金を製造することが可能です。

ヘビーアロイは、タングステンの融点が非常に高いので粉末冶金法で製造されています。原料の金属粉末を均一に混合した後、高い圧力で押し固めて成型します。その後、高温で焼結して完成させます。

タングステンの毒性

タングステンは工具やアクセサリーなどの身近で直接人の手に触れるものにも使用されていますが、毒性は報告されていません。タングステンの急性毒性に関するデータはありませんが、特に危険性は報告されていません。タングステン化合物に関して、ラットの経口摂取によるLD50(半数致死量: 急性毒性の指標)の値は、リン酸タングステンで3300mg/kg、タングステン酸ナトリウムで1190mg/kg、酸化タングステン(VI)で840kg/mgであることが報告されています。毒物及び劇物取締法の分類において、いずれの化合物においても普通物に該当することがわかります。タングステンを加工する際に発生するタングステンの粉塵は、日本産業衛生学会による粉塵の危険性レベルの分類において、第三種粉塵に分類されています。第三種には無機粉塵が該当し、吸入性粉塵として2mg/m3、総粉塵として8mg/m3、と作業環境における粉塵許容量が定められています。